Il calcestruzzo Nanodur convince con la massima stabilità di deformazione
La stabilità di deformazione dei letti di macchina realizzati con l'innovativo calcestruzzo ad altissime prestazioni Nanodur soddisfa i requisiti più elevati. Questo è il risultato di uno studio condotto presso il WZL dell'Università RWTH Aachen. I calcestruzzi ad altissime prestazioni come il Nanodur hanno anche altri vantaggi rispetto ai materiali convenzionali come la ghisa grigia o le costruzioni in acciaio saldate. Questi vantaggi sono stati dimostrati da dur-crete GmbH - lo specialista dei getti minerali legati al cemento nell'ingegneria meccanica - alla AMB 2018 di Stoccarda a settembre.
Gli elementi portanti e di sostegno di una macchina utensile non sono le fondazioni delle macchine, ma i basamenti delle macchine, che sono montati sulle fondazioni e integrati nelle macchine; questo perché i singoli elementi funzionali, come le guide e gli azionamenti, sono fissati a questi basamenti. La loro dimensione e forma dipendono essenzialmente dal compito di processo richiesto. I letti delle macchine possono quindi essere più leggeri di una tonnellata o molto grandi. La corretta selezione dei materiali utilizzati è di importanza decisiva per la funzionalità di un banco macchina. Oltre agli aspetti tecnici ed economici della produzione, le proprietà meccaniche dei vari materiali giocano un ruolo importante, poiché hanno un'influenza decisiva sulle proprietà dei componenti. Si tratta soprattutto del modulo di elasticità, che influenza la flessione elastica, così come lo smorzamento del materiale e il comportamento termico. La costanza geometrica a lungo termine, cioè solo una minima deformazione plastica dopo l'applicazione di un carico, è attesa da tutti i materiali come un prerequisito indispensabile. In caso contrario, le guide perdono col tempo la loro planarità e il loro parallelismo, il che è il risultato di una complessa e costosa lavorazione di precisione.
Calcestruzzo moderno ad alte prestazioni in ingegneria meccanica
In passato, i letti delle macchine erano principalmente in acciaio, acciaio fuso o ghisa grigia. In seguito alle esigenze tecniche ed economiche delle macchine utensili, nel corso degli ultimi 30 anni si sono affermati, oltre ai basamenti delle macchine in ghisa grigia, anche componenti del telaio realizzati in materiali come la ghisa minerale o il calcestruzzo polimerico legato con resina epossidica. L'acciaio e la ghisa hanno la più alta capacità portante, ma sono molto energivori e costosi da produrre. I materiali solidi come il calcestruzzo polimerico e la pietra naturale, d'altra parte, sono ampiamente utilizzati a causa del loro prezzo inferiore e dei vantaggi tecnici. Il moderno calcestruzzo ad altissime prestazioni (UHPC in breve) è ora saldamente affermato nell'ingegneria meccanica. Oltre al suo basso costo, il calcestruzzo offre vantaggi sia in termini di vibrazioni che di comportamento termico delle macchine utensili e sostituisce i materiali convenzionali come la ghisa grigia o le costruzioni in acciaio saldate. Dieci anni fa è stata depositata una domanda di brevetto per il legante ad alte prestazioni Dyckerhoff Nanodur. Durante questo periodo, Nanodur ha avuto un'influenza decisiva sul mondo dei calcestruzzi ad altissime prestazioni. Soprattutto, l'innovativo materiale high-tech ha dato un nuovo impulso alla costruzione di macchine moderne. Diversi impianti di prefabbricazione specializzati in tutto il mondo hanno prodotto con successo parti di macchine in calcestruzzo Nanodur per diversi anni.
Studi comparativi sul comportamento di scorrimento
Al fine di provare la speciale stabilità di deformazione e in particolare la sufficiente costanza geometrica a lungo termine del materiale Nanodur concrete come materiale da costruzione a telaio, recentemente sono stati eseguiti ampi test comparativi sul comportamento di scorrimento presso il laboratorio per le macchine utensili e l'ingegneria della produzione (WZL) dell'Università RWTH Aachen. Per "creep" si intende una deformazione plastica, dipendente dal tempo, sotto carico. Se si applica una forza ai corpi minerali, questi si deformano elasticamente. Se il corpo non è direttamente sollevato, si verifica un'ulteriore deformazione plastica del materiale in funzione del tempo. Il materiale si ritira dalla forza applicata per strisciamento. Lo scopo dello studio è stato quello di confrontare la stabilità di deformazione dei componenti realizzati in calcestruzzo Nanodur con quella di materiali alternativi come la pietra dura naturale e il calcestruzzo polimerico. Per classificare i risultati, sono stati esaminati in parallelo dei campioni di prova fatti di pietra dura naturale disponibile in commercio e di colata minerale legata con resina epossidica. Per i test, è stato utilizzato un calcestruzzo Nanodur E45, una miscela standard senza fa- sern. I campioni senza trattamento termico (senza WB) sono stati conservati per quattro settimane in una stanza climatica prima di essere consegnati per i test. I campioni con trattamento termico (con WB) sono stati riscaldati a circa 80 °C per due giorni poco dopo la sformatura. Questo accelera e completa il processo di indurimento chimico, l'idratazione del cemento, e aumenta la stabilità dimensionale. La pietra dura Na- ture proveniva da un'azienda tedesca di precisione riconosciuta nel settore degli strumenti di misura e la colata minerale legata con resina epossidica con grani di quarzo rotondi dal controllo qualità di un produttore riconosciuto. Tutte le piastre testate sono state segate da prismi delle dimensioni di 160 mm × 40 mm × 40 mm con una sega per attrezzature di prova e conservate nella stanza climatica fino alla rispettiva prova. Per determinare la costanza geometrica a lungo termine per un periodo di 90 giorni, è stato sviluppato un concetto speciale di banco di prova presso il WZL dell'Università RWTH Aachen, con il quale è stato possibile misurare le deformazioni minime previste.
Risultati chiari
Le indagini comparative hanno mostrato che la roccia dura naturale studiata mostra le deformazioni più basse in termini assoluti in funzione del tempo. La stabilità a lungo termine (espressa dall'indice di scorrimento) del calcestruzzo Nanodur trattato termicamente e legato al cemento è di un ordine di grandezza comparabile. La colata minerale legata con resina sintetica mostra le più alte deformazioni, sia nelle deformazioni elastiche a breve termine che nelle deformazioni plastiche aggiuntive dovute al creep. Il rapporto finale completo con i risultati dettagliati è disponibile presso durcrete GmbH.