Fibers orientation and mechanical performance of HPFRC in 3D printed molds

Governing the dispersion and the orientation of fibres in concrete through a suitably balanced set of fresh state properties and a carefully designed casting procedure, is a feasible and cost-effective way to achieve a superior mechanical performance of fibre reinforced cementitious composites, which may be required by the intended application, even keeping the fibre content at relatively low values. The purpose of this work is to investigate how the fibers orientation induced through the 3D modeling of the formwork allows an increase in flexural strength in high-performance fiber-reinforced concretes. To achieve this, a series of 16 toothed parallelepiped specimens, divided by tooth height category, with a total height of 32mm, width of 116mm and length of 360mm were casted. The work was intended to verify whether the casting methods and the geometry (which was designed to "reproduce" the peculiarities of 3D printed elements). Initially, a detailed analysis which deals with the use of 3D modeling technology in the construction field, outlining its limits and advantages was carried out. Subsequently, a brief description of the characteristics of fiber reinforced concrete and its fields of application precedes the actual experience. In it takes place the journey that starts, as in all the recipes of a Michelin-starred restaurant, from the list of ingredients to create toothed parallelepiped samples in fiber-reinforced cement and continues with the method used to obtain the required results, up to the assembly of the food on the plate, in which the results will attract the reader's curiosity. Furthermore, it was explained how the modalities of the fresh concrete flow and the geometrical characteristics of the formwork induce a predetermined orientation of the fibers with which to govern them during the casting. To conclude, a report that bonds the orientation parameters and the bending resistant capacity of the specimens has been carefully found.

Governare la dispersione e l'orientamento delle fibre nel calcestruzzo attraverso un insieme opportunamente bilanciato di proprietà di stato fresco e una procedura di colata accuratamente progettata, è un modo fattibile ed economico per ottenere prestazioni meccaniche superiori di materiali compositi fibrorinforzati, che possono essere richiesti dall'applicazione prevista, mantenendo anche il contenuto di fibre a valori relativamente bassi. Lo scopo di questo lavoro è quello di studiare come l'orientamento delle fibre indotto attraverso la modellazione 3D della cassaforma consenta un aumento della resistenza alla flessione in calcestruzzi rinforzati con fibre ad alte prestazioni. Per ottenere ciò, sono stati scelti una serie di 16 campioni parallelepipedi a denti, divisi per categoria di altezza del dente, con un'altezza totale di 32 mm, larghezza di 116 mm e lunghezza di 360 mm. Il lavoro aveva lo scopo di verificare se i metodi di fusione e la geometria (che era stata progettata per "riprodurre" le peculiarità degli elementi stampati in 3D). In prima analisi è stata effettuata una dettagliata analisi sull’impiego di tecnologia di modellazione 3D nel campo delle costruzioni, delineando i suoi limiti e i vantaggi. Successivamente, una breve descrizione delle caratteristiche del fiber reinforced concrete e i suoi campi di applicazione precede l’esperienza vera e propria. In essa si svolge il viaggio che parte, come in tutte le ricette di un ristorante stellato Michelin, dall’elenco degli ingredienti per creare i campioni parallelepipedi dentellati in cemento fibrorinforzato e prosegue con il metodo utilizzato per ottenere i risultati richiesti, fino alla fase di assemblamento del cibo nel piatto, in cui i risultati attireranno la curiosità del lettore. Inoltre, è stato spiegato come le modalità del flusso fresco di calcestruzzo e le caratteristiche geometriche del cassero inducano un orientamento prestabilito delle fibre con il quale governarle in fase di getto. Per concludere, una relazione che lega i parametri di orientamento e la capacità resistente a flessione dei provini è stata accuratamente trovata.