Prestazioni meccaniche alle brevissime stagionature di compositi cementizi fibrorinforzati stampabili in 3d

Over the last two thousand years concrete has been the most widely used construction material in the world, thanks to its characteristics of strength, reliability and durability. It has constantly improved and undergone considerable technological developments both in the selection of components used in the mixture and in construction techniques, adapting to new architectural and construction requirements. A great transformation of construction processes is recently being achieved thanks to the success of 3D printing which could represent a real industrial revolution. The printing process is a novel digitally-controlled additive manufacturing method which can build architectural and structural components without formwork, unlike conventional concrete construction methods. As a novel technique, is not yet perfectly implemented in all aspects of the production process, but it is already possible to evaluate advantages, like architectural and structural freedom in construction, a significant increase in safety on site, reduction of labor costs and construction time. The most critical fresh properties are shown to be extrudability and buildability, which have mutual relationships with workability and open time. The mechanical characterization of the printable mixture, both in fresh and hardened state, needs to be completely studied in all its aspects, in order to establish universal parameters of classification. Moreover, many studies currently underway must be completed in order to define technical standards and universal law to make the process effective in all its aspects. This thesis focuses on the early age properties of printable fiber-reinforced cementitious composites, to be extruded through a nozzle to build layer-by-layer structural components. In particular, the development of the stress – strain constitutive behaviour under tensile and shear load conditions has been investigated as a function of time, with the aim of establishing a valid procedure for discriminating the printability of the mixture in its plastic state.

Il calcestruzzo da oltre duemila anni rappresenta il materiale in volume più utilizzato nelle costruzioni grazie alle sue caratteristiche di resistenza, affidabilità e durabilità. Costantemente migliorato, ha subito nel corso degli anni notevoli sviluppi tecnologici sia nella selezione dei componenti utilizzati nella miscela, sia nelle tecniche realizzative, adattandosi alle nuove esigenze architettoniche e costruttive. Una grande trasformazione dei processi costruttivi si sta recentemente ottenendo grazie all’affermazione della stampa 3D, una nuova tecnica di manifattura additiva che permette la realizzazione di componenti strutturali senza l’utilizzo di casseforme, mediante l’estrusione di materiale su strati sovrapposti. Nonostante tale processo automatizzato, sia ancora in una fase di sperimentazione non ancora perfettamente implementato in ogni aspetto della filiera produttiva, è possibile valutarne i notevoli vantaggi, tra i quali la grande libertà architettonica e strutturale ottenibile, la riduzione dei costi della manodopera, dei tempi di realizzazione, e un significativo incremento della sicurezza in cantiere. Ad oggi è soltanto possibile ipotizzare le potenzialità di tale tecnologia, ma nel lungo periodo si ritiene altamente probabile che possa rappresentare una vera e propria rivoluzione industriale. Numerosi studi attualmente in corso devono tuttavia essere portati a termine al fine di poter definire una normativa tecnica di riferimento e poter rendere il processo efficace in tutti i suoi aspetti realizzativi. La caratterizzazione meccanica della miscela stampabile, sia allo stato fresco sia indurito, risulta essere di notevole importanza in questo ambito e necessita ancora di essere studiata in tutti i suoi aspetti, in modo da stabilire parametri universali di classificazione. In questo lavoro di tesi ci si è concentrati sullo studio alle brevissime stagionature di compositi cementizi fibrorinforzati stampabili, in grado di essere estrusi in forma di filamenti e deposti su strati sovrapposti. In particolare è stato studiato il comportamento di diverse miscele fibrorinforzate mediante prove a trazione e taglio diretto a spostamento controllato, con l’obiettivo di stabilire una procedura valida per discriminare la stampabilità della miscela e ricavare i parametri del materiale allo stato plastico che lo rendessero stampabile.