Effect of post-exposure curing on thermally damaged UHPC specimens

This study investigates the effect of post-exposure curing on thermally damaged Ultra-High Performance Concrete (UHPC) specimens. UHPC is a material with exceptional mechanical properties and is widely used in modern construction projects. However, high temperatures can degrade UHPC, even more than ordinary concretes due to its dense microstructure. This makes it of particular concern for special applications like nuclear power plants, where concrete can be subjected to moderately high temperatures (usually lower than 400°C) during its working life. Therefore, it is important to understand the influence and persistence of UHPC's innate self-healing capabilities over thermal degradation. To conduct the experiment, pre-cracked UHPC specimens with hybrid fibers (polypropylene and steel) were exposed to temperatures of 200°C or 400°C with a heating rate of 1°C/minute for two hours. The specimens were then cooled down for 24 hours before being tested for residual flexural capacity or self-healing under water immersion for six months. The pre-cracking was done up to a cumulative crack width of 0.3 mm under 4-point flexural test. The damage and healing evolution were monitored periodically using ultra-sonic pulse velocity survey and digital microscope inspection. The results showed that exposure to higher temperatures led to greater damage to UHPC specimens. However, post-exposure curing resulted in significant recovery of their mechanical properties, with higher recovery indices observed at lower exposure temperatures. Furthermore, during the healing period, UHPC showed a significant recovery in terms of strength assessed by ultra-sonic pulse velocity test and digital microscope inspection. This study demonstrates that post-exposure curing can effectively restore the mechanical properties of UHPC damaged by high temperatures, providing valuable insights for the design and maintenance of structures made from this material.

Questa ricerca investiga l'effetto della cura post-esposizione su campioni di calcestruzzo ad alte prestazioni Ultra-High Performance Concrete (UHPC) danneggiati termicamente. L'UHPC è un materiale con proprietà meccaniche eccezionali e viene ampiamente utilizzato in progetti di costruzione moderni. Tuttavia, le alte temperature possono degradare l'UHPC, ancora più di quanto accada nei calcestruzzi ordinari a causa della sua microstruttura densa. Ciò lo rende di particolare preoccupazione per applicazioni speciali come le centrali nucleari, dove il calcestruzzo può essere sottoposto a temperature moderatamente elevate (solitamente inferiori a 400°C) durante il suo ciclo di vita operativo. Pertanto, è importante comprendere l'influenza e la persistenza delle innate capacità di auto-guarigione dell'UHPC sulla degradazione termica. Per condurre l'esperimento, sono stati utilizzati campioni preincrinati di UHPC con fibre ibride (polipropilene e acciaio) esposti a temperature di 200°C o 400°C con un tasso di riscaldamento di 1°C/minuto per due ore. I campioni sono stati quindi raffreddati per 24 ore prima di essere testati per la capacità flessurale residua o l'auto-guarigione in immersione in acqua per sei mesi. La preincrinatura è stata effettuata fino ad una larghezza cumulativa della crepa di 0,3 mm sotto prova di flessione a 4 punti. L'evoluzione del danno e della guarigione è stata monitorata periodicamente tramite rilevazioni di velocità di impulso ultra-sonici e ispezioni al microscopio digitale. I risultati hanno dimostrato che l'esposizione a temperature più elevate ha provocato maggiori danni ai campioni di UHPC. Tuttavia, la cura post-esposizione ha portato a una significativa ripresa delle loro proprietà meccaniche, con indici di ripresa maggiori osservati a temperature di esposizione più basse. Inoltre, durante il periodo di guarigione, l'UHPC ha mostrato una significativa ripresa in termini di resistenza valutata tramite test di velocità di impulso ultra-sonici e ispezioni al microscopio digitale. Questa ricerca dimostra che la cura post-esposizione può ripristinare efficacemente le proprietà meccaniche dell'UHPC danneggiato dalle alte temperature, fornendo preziosi spunti per la progettazione e la manutenzione di strutture realizzate con questo materiale.