Durability of fibre reinforced cementitious materials

The preservation of the mechanical properties of a structure is essential in order to design elements that can guarantee the technical design specifications for their entire service life. In civil and construction engineering in general, this characteristic is even more marked in the case that the systems under analysis must perform load-bearing functions, and therefore guarantee structural integrity in the event of characteristic or extraordinary stresses, as is required by today's standards in the case of structural requalification. FRCM composite materials are strengthening systems based on the synergy between high-performance reinforcement fabrics and inorganic matrices, which are becoming increasingly popular over the more common FRP systems due to the many advantages due to the nature of the materials they are made of and their mechanical behaviour. However, as these materials are recently introduced in the construction sector, there is a lack of information regarding their durability and the evolution of their mechanical properties over time, especially in conjunction with the many aggressive agents that can commonly be found in construction. The aim of this thesis is to provide all the general information for the correct and complete knowledge of inorganic matrix composite materials, starting from the types of constituent phases to arrive at their mechanics, and then expose the salient analyses carried out by experts who have dealt with the issue of durability in reference to this type of materials, in relation to methods of testing, conditioning and analysis, with the aim of enclosing in a single document all the most important information present today and necessary for the proper management of the parameters that modify the mechanical properties of this type of composites. In addition, in order to have an even greater knowledge of the subject, an experimental campaign was carried out at the laboratories of the Politecnico di Milano, following the Italian guidelines in reference to material certification regulations, with the subject of two types of FRCM reinforcements based on glass fibres: the first characterized by an AR glass immersed in hydraulic mortar, while the second by E glass covered with a rubber coating SBR immersed in a cementitious mortar.

Il mantenimento delle proprietà meccaniche di una struttura è di fondamentale importanza al fine di progettare elementi che possano garantire le specifiche tecniche di progetto per la loro intera vita utile. Nell’ingegneria civile ed edile in generale questa caratteristica è ancora più marcata nel caso che i sistemi sotto analisi debbano assolvere a funzioni portanti, e quindi garantire l’integrità strutturale in caso di sollecitazioni caratteristiche o straordinarie, come viene richiesto dalle odierne norme nel caso di riqualificazioni strutturali. I materiali compositi FRCM sono sistemi di consolidamento basati sulla sinergia tra tessuti di rinforzo ad alte prestazioni e matrici di natura inorganica, che sempre più spesso vengono preferiti ai più comuni sistemi FRP per molteplici vantaggi dovuti alla natura dei materiali che li compongono e al loro comportamento meccanico. Essendo però questi materiali dei sistemi di recente introduzione nel settore delle costruzioni, sono scarse le informazioni in riferimento alla loro durabilità e all’evoluzione delle loro proprietà meccaniche nel tempo, specialmente in concomitanza ai molti agenti aggressivi che comunemente è possibile trovare in edilizia. Questa tesi si pone l’obbiettivo di fornire tutte le informazioni generali per la corretta e completa conoscenza dei materiali compositi a matrice inorganica, partendo dalle tipologie di fasi costituenti per arrivare alla loro meccanica, per poi esporre le analisi salienti svolte dagli esperti che hanno trattato il tema della durabilità in riferimento a questa tipologia di materiali, in correlazione a metodologie di test, condizionamento ed analisi, col fine di racchiudere in un unico documento tutte le maggiori informazioni presenti ad oggi e necessarie per la corretta gestione dei parametri che modificano le proprietà meccaniche di questa tipologia di compositi. In aggiunta, al fine di avere una conoscenza ancora più ampia sull’argomento, è stata svolta una campagna sperimentale presso i laboratori del Politecnico di Milano seguendo le linee guida italiane in riferimento ai regolamenti di certificazione materiali, con oggetto due tipologie di rinforzi FRCM a base di fibre di vetro: la prima caratterizzata da un vetro AR immerso in malta idraulica, mentre la seconda da vetro E ricoperto da un rivestimento in gomma SBR immerso in una malta cementizia.