Concrete suffers from the formation of cracks during the hardening phase or during the application of external loads. These cracks could lead to the deterioration of the structure due to the infiltration of water, chlorides, sulfates and other aggressive particles. This could result in bigger costs for the maintenance and repair of the structure. In order to solve these issues connected with the presence of the cracks, in the past years research has focused on the self-healing capability of concrete and on the possibility to enhance this process with the introduction of new materials in the cement paste. These new and enhanced materials are still in the ‘proof of concept’ phase and the number of structures designed implementing the self-healing of concrete is very limited, due to the lack of standardization and reliable experimental results. To this end, the Europian Commision founded in 2018 the ReSHEALience project, part of the Horizon 2020 program. The project aims to develop an Ultra High Durability Concrete (UHDC) and the development of a design methodology called Durability Assessment-Based Design (DAD). The present study investigates the benefits in terms of durability enhancement of a Ultra High Fiber Reinforced Concrete when Cellulose Nanofibers (CNF) is added to the mixture. The experimental campaign consists of tests performed on cubic specimens, deep beams and thin beams for the evaluation of the mechanical properties, The self-healing capability of the cement paste is analyzed on thin beam specimens through visual investigation of the cracks and on thin discs specimens through water permeability tests. In the end, the chloride penetration is investigated on discs with 8 cm of thickness immersed in salt water up to 6 months. Results show the benefits given by the addition of cellulose nanofibers to the cement paste both in terms of recovery of the mechanical properties and crack sealing capability. Particularly, the best results in terms of self-healing are observed in the specimens immersed in geothermal water, rather than the case of specimens cured inside the humidity chamber.
Il calcestruzzo soffre della formazione di microfessure durante la fase di maturazione o durante l’applicazione del carico di esercizio. Queste fessure possono portare al deterioramento della struttura a causa di infiltrazioni di acqua, cloruri, solfati e altri agenti. Questo può portare a costi elevati per la riparazione delle strutture nel tempo. Per diminuire tali problematiche legate alla presenza delle fessure, negli ultimi anni la ricerca si è spostata sul fenomeno del self-healing del calcestruzzo e sulla possibile aggiunta di materiali innovativi che ne accelerino il processo. Questi tipi di materiali avanzati però risultano tuttora nella fase di ‘prova di fattibilità’ e il numero di strutture realizzate con un calcestruzzo autorigenerante è molto limitato, a causa della variabilità nei risultati degli studi fatti in merito alla guarigione autonoma e alla mancanza di standardizzazione del meccanismo di self-healing. A tale scopo nasce nel 2018 il progetto ReSHEALience, finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del programma Horizon 2020. Il progetto ha come obbiettivo la realizzazione di un calcestruzzo ad alta durabilità (UHDC) e lo sviluppo di una metodologia di progettazione denominata Durability Assessment-Based Design (DAD). L’obbiettivo primario di questa tesi è quello di studiare l’effetto dell’aggiunta di nanofibre di cellulosa (CNF) ad un calcestruzzo fibrorinforzato ad alta resistenza in merito alla possibilità di migliorare la sua durabilità quando questo viene immerso in acqua geotermica o maturato in una camera a temperatura e umidità controllata. A tale scopo, prove di caratterizzazione meccanica vengono effettuate su provini cubici, travi sottili e travi prismatiche. Successivamente la capacità di autoguarigione viene investigata tramite analisi al microscopio delle fessure su travi sottili e prove di permeabilità all’acqua su dischi sottili. Infine viene studiata la penetrazione dei cloruri in dischi spessi 8 cm immersi in acqua salata fino a 6 mesi di tempo. I risultati hanno dimostrano l’efficacia dell’aggiunta delle nanofibre di cellulosa nella miscela cementizia, sia in termini di recupero delle proprietà meccaniche, sia in termini di richiusura delle fessure. In particolare si è osservato un incremento della capacità del self-healing quando il calcestruzzo viene immerso in acqua geotermica, rispetto al caso di guarigione nella camera a temperatura e umidità controllata.
Capacità di autoriparazione di compositi cementizi con nanofibre di cellulosa
Postolachi, Valentin
2021/2022
Abstract
Concrete suffers from the formation of cracks during the hardening phase or during the application of external loads. These cracks could lead to the deterioration of the structure due to the infiltration of water, chlorides, sulfates and other aggressive particles. This could result in bigger costs for the maintenance and repair of the structure. In order to solve these issues connected with the presence of the cracks, in the past years research has focused on the self-healing capability of concrete and on the possibility to enhance this process with the introduction of new materials in the cement paste. These new and enhanced materials are still in the ‘proof of concept’ phase and the number of structures designed implementing the self-healing of concrete is very limited, due to the lack of standardization and reliable experimental results. To this end, the Europian Commision founded in 2018 the ReSHEALience project, part of the Horizon 2020 program. The project aims to develop an Ultra High Durability Concrete (UHDC) and the development of a design methodology called Durability Assessment-Based Design (DAD). The present study investigates the benefits in terms of durability enhancement of a Ultra High Fiber Reinforced Concrete when Cellulose Nanofibers (CNF) is added to the mixture. The experimental campaign consists of tests performed on cubic specimens, deep beams and thin beams for the evaluation of the mechanical properties, The self-healing capability of the cement paste is analyzed on thin beam specimens through visual investigation of the cracks and on thin discs specimens through water permeability tests. In the end, the chloride penetration is investigated on discs with 8 cm of thickness immersed in salt water up to 6 months. Results show the benefits given by the addition of cellulose nanofibers to the cement paste both in terms of recovery of the mechanical properties and crack sealing capability. Particularly, the best results in terms of self-healing are observed in the specimens immersed in geothermal water, rather than the case of specimens cured inside the humidity chamber.| File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/10589/192035