Reinforced concrete, under certain conditions, is subject to degradation phenomena. The crack propagation involves exposing the reinforcement to aggressive environmental agents able to corrode it. Corrosion, in turn, causes further damage to the already deteriorated structure. Consequently, maintenance and repairs become necessary to ensure, in addition to structural stability, also an extension of the lifespan of the structure. The self-healing of cracks turns out to be a promising solution, to overcome the high maintenance costs. The aim of this thesis is to implement an experimental methodology to assess the self-healing of cracks and its effects on the bond behaviour and on the corrosion of reinforcement. To this end, the experimental methodology envisaged the production of cylindrical concrete specimens with different mix design with an embedded steel bar. Three types of specimens were considered: one composed of standard reference concrete, one composed of concrete with crystalline admixture and one with standard concrete and bars with a crystalline waterproofing coating. Through pull-out tests, the specimens were pre-cracked and subjected, with undamaged companion specimens, to wet-dry cycles in salt or tap water. The performances of the bond were influenced principally by the type of the specimen, while the type of exposure has a marginal impact. The presence of cracks, logically, reduced the bond resistance. This aspect was analysed by comparing pre-cracked specimens subject to different exposure periods and under different exposure conditions. The main parameters involved in the sealing of the cracks were the type of specimen, the exposure period and the crack width. The bar corrosion increased over time and was promoted by wet-dry cycles in salt water. Finally, needle-shaped crystalline formations were found on the crack faces, typical of the self-healing phenomenon.

Il calcestruzzo armato, in determinate condizioni, è soggetto a fenomeni di degrado. L’innesco di fessure comporta l’esposizione dell’armatura ad agenti ambientali aggressivi, in grado di corroderla. La corrosione provoca a sua volta ulteriori danni alla struttura già deteriorata. Di conseguenza, la manutenzione e riparazione diventano necessarie per garantire, oltre alla stabilità strutturale, anche un prolungamento della vita utile della struttura. L’autoriparazione delle fessure risulta essere una promettente soluzione per ovviare agli alti costi di manutenzione. Lo scopo di questa tesi è quello di implementare una metodologia sperimentale per stimare il self-healing delle fessure e i suoi effetti sull’aderenza e sulla corrosione dell'armatura. A tal fine, per la campagna sperimentale sono stati prodotti provini cilindrici in calcestruzzo con differenti mix design in cui è presente una barra d'acciaio annegata. Sono state considerate tre tipologie di provini: uno composto da calcestruzzo di riferimento standard, uno composto da calcestruzzo con additivo cristallino e uno composto da calcestruzzo standard e barre ricoperte da boiacca cristallina. Attraverso prove di estrazione, i provini sono stati pre-fessurati e sottoposti, insieme a provini integri, a cicli bagnato-asciutto in acqua salata e dolce. Le prestazioni dell’aderenza risultano essere influenzate principalmente dalla tipologia del provino, mentre il tipo di esposizione ha un impatto marginale. La presenza delle fessure, logicamente, ha ridotto la resistenza dell’aderenza. Questo aspetto è stato analizzato confrontando provini prefessurati soggetti a differenti periodi di esposizione e in diverse condizioni di esposizioni. I principali parametri coinvolti nella richiusura delle fessure sono il tipo di provino, il periodo di esposizione e l'ampiezza della fessura. La corrosione della barra è aumentata nel tempo ed è stata favorita da cicli asciutto-bagnato in acqua salata. Infine, sulle facce delle fessure sono state rinvenute formazioni cristalline aghiformi, tipiche del fenomeno del self-healing.

An experimental set-up to assess the effects of crack sealing and the concrete-reinforcement bond in chloride environments

Zaro, Alessio
2021/2022

Abstract

Reinforced concrete, under certain conditions, is subject to degradation phenomena. The crack propagation involves exposing the reinforcement to aggressive environmental agents able to corrode it. Corrosion, in turn, causes further damage to the already deteriorated structure. Consequently, maintenance and repairs become necessary to ensure, in addition to structural stability, also an extension of the lifespan of the structure. The self-healing of cracks turns out to be a promising solution, to overcome the high maintenance costs. The aim of this thesis is to implement an experimental methodology to assess the self-healing of cracks and its effects on the bond behaviour and on the corrosion of reinforcement. To this end, the experimental methodology envisaged the production of cylindrical concrete specimens with different mix design with an embedded steel bar. Three types of specimens were considered: one composed of standard reference concrete, one composed of concrete with crystalline admixture and one with standard concrete and bars with a crystalline waterproofing coating. Through pull-out tests, the specimens were pre-cracked and subjected, with undamaged companion specimens, to wet-dry cycles in salt or tap water. The performances of the bond were influenced principally by the type of the specimen, while the type of exposure has a marginal impact. The presence of cracks, logically, reduced the bond resistance. This aspect was analysed by comparing pre-cracked specimens subject to different exposure periods and under different exposure conditions. The main parameters involved in the sealing of the cracks were the type of specimen, the exposure period and the crack width. The bar corrosion increased over time and was promoted by wet-dry cycles in salt water. Finally, needle-shaped crystalline formations were found on the crack faces, typical of the self-healing phenomenon.
CUENCA, ESTEFANIA
ING I - Scuola di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale
28-apr-2022
2021/2022
Il calcestruzzo armato, in determinate condizioni, è soggetto a fenomeni di degrado. L’innesco di fessure comporta l’esposizione dell’armatura ad agenti ambientali aggressivi, in grado di corroderla. La corrosione provoca a sua volta ulteriori danni alla struttura già deteriorata. Di conseguenza, la manutenzione e riparazione diventano necessarie per garantire, oltre alla stabilità strutturale, anche un prolungamento della vita utile della struttura. L’autoriparazione delle fessure risulta essere una promettente soluzione per ovviare agli alti costi di manutenzione. Lo scopo di questa tesi è quello di implementare una metodologia sperimentale per stimare il self-healing delle fessure e i suoi effetti sull’aderenza e sulla corrosione dell'armatura. A tal fine, per la campagna sperimentale sono stati prodotti provini cilindrici in calcestruzzo con differenti mix design in cui è presente una barra d'acciaio annegata. Sono state considerate tre tipologie di provini: uno composto da calcestruzzo di riferimento standard, uno composto da calcestruzzo con additivo cristallino e uno composto da calcestruzzo standard e barre ricoperte da boiacca cristallina. Attraverso prove di estrazione, i provini sono stati pre-fessurati e sottoposti, insieme a provini integri, a cicli bagnato-asciutto in acqua salata e dolce. Le prestazioni dell’aderenza risultano essere influenzate principalmente dalla tipologia del provino, mentre il tipo di esposizione ha un impatto marginale. La presenza delle fessure, logicamente, ha ridotto la resistenza dell’aderenza. Questo aspetto è stato analizzato confrontando provini prefessurati soggetti a differenti periodi di esposizione e in diverse condizioni di esposizioni. I principali parametri coinvolti nella richiusura delle fessure sono il tipo di provino, il periodo di esposizione e l'ampiezza della fessura. La corrosione della barra è aumentata nel tempo ed è stata favorita da cicli asciutto-bagnato in acqua salata. Infine, sulle facce delle fessure sono state rinvenute formazioni cristalline aghiformi, tipiche del fenomeno del self-healing.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/188550