Experimental tests on concrete elements reinforced with GFRP rebars : test to evaluate bond durability and NDTs for rebars detection

In the last decades, Glass Fiber Reinforced Polymers (GFRPs) bars, which are not subjected to the electrochemical corrosion, have been proposed to replace traditional steel reinforcements. Nevertheless, this composite material might show other issues related to its residual performance and durability in concrete. Several tests, often in accelerated exposure conditions, have been performed by researchers to investigate factors that might affect the durability but none of these involves specimens taken from existing structures. Yet now there are existing GFRP reinforced concrete structures with more than 15 or 20 years of service life, thus a direct evaluation of their long-term bond durability is becoming even more important. Nonetheless, rebars embedded in concrete must be detected to extract samples from civil structures. Unlike traditional steel reinforcements, there is a lack of information in the literature on the use of Non-Destructive Tests (NDTs) to locate GFRP reinforcements. Recently, important technological solutions have been introduced in this field, making possible to develop much more accurate devices to detect reinforcements in concrete structures. This Master’s thesis work aims to define a possible test able to evaluate changes in the adhesion of GFRP reinforcement in concrete elements. This test may be performed also on specimens taken from existing structures. Several confinement forces and three different specimen support configurations have been analyzed to improve the reliability of the test. A research on the most promising NDTs has been conducted and, among them, Ground Penetrating Radar (GPR) and Ultrasonic Testing (UT) methods have been tested. The results obtained provide guidelines for the definition of the test procedure and the effectiveness of GPR and UT for rebars detection. The research activities have been planned at Politecnico di Milano, Italy, agreed and carried out at the University of Miami, United States of America.

Negli ultimi decenni, le barre in polimeri fibro-rinforzati con fibre di vetro (GFRP), non suscettibili al processo elettrochimico di corrosione, sono state proposte per sostituire i tradizionali rinforzi in acciaio. Tuttavia, questo materiale composito potrebbe presentare altre problematiche relative alle sue prestazioni residue e durabilità nel calcestruzzo. Numerose prove, spesso in condizioni di esposizioni accelerate, sono state condotte dai ricercatori per investigare i fattori che potrebbero influenzarne la durabilità, ma nessuna di esse ha mai previsto l’utilizzo di provini estratti da strutture reali. Eppure oggi esistono strutture in calcestruzzo rinforzato con GFRP in servizio da più di 15-20 anni, pertanto una valutazione diretta della loro durabilità a lungo termine risulta sempre più di fondamentale importanza. Ciò nondimeno, le armature annegate nel calcestruzzo devono essere localizzate per estrarre i campioni da strutture civili. Diversamente da quanto documentato per i tradizionali rinforzi in acciaio, in letteratura mancano informazioni sull’utilizzo di prove non distruttive per individuare le barre in GFRP. Recentemente, importanti soluzioni tecnologiche sono state introdotte in questo campo, rendendo possibile sviluppare strumenti sempre più accurati per rilevare i rinforzi nelle strutture in calcestruzzo. Lo scopo del seguente lavoro di tesi magistrale è quello di delineare un possibile test in grado di valutare i cambiamenti nell’adesione tra i rinforzi in GFRP ed il calcestruzzo. Questo test potrebbe essere eseguito anche su provini estratti da strutture reali. Numerose forze di confinamento e tre diverse configurazioni di supporto dei provini sono state analizzate al fine di migliorare l’affidabilità della prova. Una ricerca sulle più promettenti prove non distruttive è stata altresì condotta, tra queste sono stati sperimentati il georadar e gli ultrasuoni. I risultati ottenuti forniscono linee guida per la definizione della procedura del test e sulla validità del georadar e degli ultrasuoni per il rilevamento delle barre. Le attività di ricerca sono state pianificate al Politecnico di Milano, Italia, concordate e realizzate presso l’University of Miami, Stati Uniti d’America.