Concrete has a natural self-healing capability to seal small cracks, named autogenous healing, which is mainly produced by continuing hydration and carbonation. This capability is highly limited and is activated only when in direct contact with water. Studies published in the literature report that Ultra-High-Performance Fibre-Reinforced Concrete and Engineered Cementitious Composites are able to heal cracks for low damage levels, due to their cracking pattern with multiple micro-cracks and high cement content. While their superior self-healing behaviour compared to traditional concrete classes is frequently assumed, this study aims to have a direct comparison to move a step forward in durability quantification. In this research, reinforced beams of the size of 150×100×750 mm3 have been casted, made of traditional concrete, high-performance concrete and two types of ultra-high-performance concrete reinforced with steel fibres. In particular, these last two types of concretes have been studied incorporating crystalline admixtures and two different species of nanomaterials. All the beams were pre-cracked through a four-point bending test up to a fixed strain level in the tension zone, to allow the analysis of the effect of the different cracking patterns. Afterwards, water permeability tests were performed, before and after healing exposure, using as healing condition the immersion of the specimens in water for a period of 28 days. A modification of the water permeability test was also explored using chlorides to evaluate the potential protection of the healing in aggressive chloride-rich environments. The results show the superior durability and self-healing performance of Ultra-High-Performance Fibre-Reinforced Concrete elements.

Il calcestruzzo è dotato di una naturale capacità di autoriparazione in grado di sigillare piccole fessure, chiamata autoguarigione autogena, la quale viene principalmente prodotta per continua idratazione e carbonatazione. Questa capacità è assai limitata e si attiva solo in contatto diretto con acqua. Gli studi pubblicati in letteratura riportano che Calcestruzzi Fibro-Rinforzati ad Ultra-Alta Resistenza e Compositi Cementizi Ingegnerizzati sono in grado di guarire le fessure per un basso livello di danno, grazie al loro modello di fessurazione caratterizzato da molteplici micro-fessure e alto contenuto di cemento. Mentre la loro superiore capacità di autoguarigione è considerata ormai assodata in comparazione alle classi di calcestruzzi ordinari, questo studio mira a realizzare un confronto diretto al fine di poter quantificare il loro grado di durabilità. In questo progetto sono state fabbricate travi armate della dimensione di 150×100×750 mm3 con calcestruzzo tradizionale, calcestruzzo ad alta resistenza e due tipologie di calcestruzzi ad ultra-alta resistenza rinforzati con fibre di acciaio. In particolare, queste ultime due tipologie di calcestruzzi sono state studiate incorporando additivi cristallini e due diverse specie di nanomateriali. Tutte le travi sono state pre-fessurate mediante un test a flessione a quattro punti fino al raggiungimento di un livello fisso di deformazione nell'area soggetta a tensione, al fine di consentire l'analisi dell'effetto dei diversi modelli di fessurazione. Successivamente, sono stati realizzati test di permeabilità all'acqua, prima e dopo la fase di autoguarigione, utilizzando come condizione di guarigione l'immersione dei campioni in acqua per un periodo di 28 giorni. Infine, una modifica del test di permeabilità all'acqua è stata analizzata, usando cloruri al fine di valutare il grado di protezione garantito dall'autoguarigione in ambienti aggressivi. I risultati mostrano la superiore durabilità e capacità di autoguarigione dei Calcestruzzi Fibro-Rinforzati ad Ultra-Alta Resistenza.

Self-healing efficiency evaluation of UHPFRC enhanced with crystalline admixtures and nanomaterials

NEGRINI, ALBERTO
2017/2018

Abstract

Concrete has a natural self-healing capability to seal small cracks, named autogenous healing, which is mainly produced by continuing hydration and carbonation. This capability is highly limited and is activated only when in direct contact with water. Studies published in the literature report that Ultra-High-Performance Fibre-Reinforced Concrete and Engineered Cementitious Composites are able to heal cracks for low damage levels, due to their cracking pattern with multiple micro-cracks and high cement content. While their superior self-healing behaviour compared to traditional concrete classes is frequently assumed, this study aims to have a direct comparison to move a step forward in durability quantification. In this research, reinforced beams of the size of 150×100×750 mm3 have been casted, made of traditional concrete, high-performance concrete and two types of ultra-high-performance concrete reinforced with steel fibres. In particular, these last two types of concretes have been studied incorporating crystalline admixtures and two different species of nanomaterials. All the beams were pre-cracked through a four-point bending test up to a fixed strain level in the tension zone, to allow the analysis of the effect of the different cracking patterns. Afterwards, water permeability tests were performed, before and after healing exposure, using as healing condition the immersion of the specimens in water for a period of 28 days. A modification of the water permeability test was also explored using chlorides to evaluate the potential protection of the healing in aggressive chloride-rich environments. The results show the superior durability and self-healing performance of Ultra-High-Performance Fibre-Reinforced Concrete elements.
SERNA ROS, PEDRO
ARC I - Scuola di Architettura Urbanistica Ingegneria delle Costruzioni
16-apr-2019
2017/2018
Il calcestruzzo è dotato di una naturale capacità di autoriparazione in grado di sigillare piccole fessure, chiamata autoguarigione autogena, la quale viene principalmente prodotta per continua idratazione e carbonatazione. Questa capacità è assai limitata e si attiva solo in contatto diretto con acqua. Gli studi pubblicati in letteratura riportano che Calcestruzzi Fibro-Rinforzati ad Ultra-Alta Resistenza e Compositi Cementizi Ingegnerizzati sono in grado di guarire le fessure per un basso livello di danno, grazie al loro modello di fessurazione caratterizzato da molteplici micro-fessure e alto contenuto di cemento. Mentre la loro superiore capacità di autoguarigione è considerata ormai assodata in comparazione alle classi di calcestruzzi ordinari, questo studio mira a realizzare un confronto diretto al fine di poter quantificare il loro grado di durabilità. In questo progetto sono state fabbricate travi armate della dimensione di 150×100×750 mm3 con calcestruzzo tradizionale, calcestruzzo ad alta resistenza e due tipologie di calcestruzzi ad ultra-alta resistenza rinforzati con fibre di acciaio. In particolare, queste ultime due tipologie di calcestruzzi sono state studiate incorporando additivi cristallini e due diverse specie di nanomateriali. Tutte le travi sono state pre-fessurate mediante un test a flessione a quattro punti fino al raggiungimento di un livello fisso di deformazione nell'area soggetta a tensione, al fine di consentire l'analisi dell'effetto dei diversi modelli di fessurazione. Successivamente, sono stati realizzati test di permeabilità all'acqua, prima e dopo la fase di autoguarigione, utilizzando come condizione di guarigione l'immersione dei campioni in acqua per un periodo di 28 giorni. Infine, una modifica del test di permeabilità all'acqua è stata analizzata, usando cloruri al fine di valutare il grado di protezione garantito dall'autoguarigione in ambienti aggressivi. I risultati mostrano la superiore durabilità e capacità di autoguarigione dei Calcestruzzi Fibro-Rinforzati ad Ultra-Alta Resistenza.
Tesi di laurea Magistrale
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