Capacità di riparazione autogena di composti cementizi fibrorinforzati ad elevate prestazioni (UHPFRC)

ReSHEALience (Rethinking coastal defence and green-energy Service infrastructures through enHancEd-durAbiLity high-performance cement-based materials) is the consortium’s name at the base of this research project funded by the European Committee and leaded by Politecnico di Milano. This project is nowadays the main work on the innovative materials for structural applications, i.e. UHPFRC (Ultra High Performance Concrete), which concern higher durability and mechanical behaviour with respect to a common concrete material in long term service condition and dept into aggressive environments. In particular this work is referred to composite cementitious materials reinforced by short fibres. On the basis of [1], which is the reference mix design for this thesis, other two casting process occurred in accordance with the original work. The two casts are two months time distance and they include a total number of samples around 150: deep and thin beams for 4 points bending tests, disks for splitting tests, squared shape sample for DEWS and cubes for compression tests. For a best comprehension of self-healing (concrete process for which cracks are closed once they are open) it was tested rupture, loading/unloading cycles, pre-cracking and re-cracking time step scheduled and under different time varying environmental condition. So self-healing represents a reliable path in the research’s world for which concern environmental sustainability. Indeed, sustainability and durability are the key words of this research project in reference to the growing of the actual environment attention. As a matter of fact, an improving of mechanical performance of any material leads to an increasing of life-cycle of any structures. In this way it can be avoided frequent inspection and maintenance of structures which in other ways would lead to an higher cost of the life cycle of those structures. The approach used for self-healing is the main topic to create durability and sustainability concepts. They absolutely cannot be confused in an intrinsic property material “bonus” way but they have to be a new challenge for the next future. The unavoidable damaging of concrete structures leads to cracks opening and they induce vulnerability of the material in time. For this aim, the self-healing process, reduces this phenomenon of damage concerning the micro and macro scale of the matrix by delayed hydration and falling of the calcium carbonate particles. The numerical procedure for the evaluation of self-healing is included on this thesis based on some parameters and indexes: closure index, mechanical properties recover index, damage and toughness.

ReSHEALience (Rethinking coastal defence and green-energy Service infrastructures through enHancEd-durAbiLity high-performance cement-based materials) è il nome del consorzio che si pone alla base del progetto di ricerca finanziato dalla Commissione Europea e coordinato dal Politecnico di Milano. Tale progetto si pone quale fondamentale obiettivo lo studio e la applicazione di materiali innovativi in ambito strutturale, quali UHPFRC (Ultra High Performance Concrete), che a lungo termine mostrano, in ambienti particolarmente aggressivi, durabilità e comportamento meccanico migliore rispetto ad un comune calcestruzzo. Si fa riferimento, in particolar modo, a materiali compositi costituiti da matrici cementizie di diversa natura rinforzati per mezzo di fibre corte. Sulla base degli studi effettuati in [1], preso come mix di riferimento per il presente elaborato, sono stati eseguiti altri due getti, in linea con quanto stabilito dal progetto iniziale. I due getti si susseguono a distanza di due mesi e comprendono all’incirca un totale di 150 provini tra cui: travi spesse e sottili per prove di flessione su 4 punti, dischi per le prove di splitting, geometre quadrate per prove DEWS e cubi per prove di compressione. Per una più ampia panoramica sul self-healing (processo di autoriparazione del calcestruzzo mediante processi chimici una volta che questo viene fessurato) sono state eseguite prove di rottura, prove di carico/scarico, di fessurazione iniziale e rifessurazioni successive ad intervalli temporali programmati, esponendo i provini ciclicamente in ambienti con diverse caratteristiche chimiche. Il self-healing rappresenta quindi una valida direzione di ricerca per quanto concerne la sostenibilità ambientale. Infatti, sostenibilità e durabilità sono le due parole chiave di questo progetto di ricerca, data la sempre più crescente attenzione all’ambiente che ci circonda. È evidente come al migliorare di tale caratteristica in un materiale corrispondano un allungamento del ciclo di vita delle strutture realizzate con tali materiali evitando così ripetitivi interventi di manutenzione che vanno ad incidere inevitabilmente sui costi della vita dell’opera. La visione alla base del self-healing rende disponibile i due concetti sopra descritti che non devono essere visti come “bonus” intrinseco del materiale ma una sfida sempre più affiatata nella ricerca di materiali che guardino al futuro. Il normale stato di servizio e gli inevitabili fenomeni di degrado a cui è soggetto il calcestruzzo porta la formazione di fessure che rendono il materiale sempre più vulnerabile nel tempo. Per tale motivo la riparazione autogena del calcestruzzo riduce gli effetti di degrado intervenendo a livello micro e macroscopico nella matrice cementizia tramite idratazione ritardata e precipitazione del carbonato di calcio. Per quantificare tale fenomeno, i risultati delle prove sperimentali eseguite nell’ambito di questo elaborato sono stati analizzati attraverso la definizione e la valutazione quantitativa di parametri ed indici quali: indice di richiusura delle fessure, indice di recupero della resistenza, di danno e tenacità.