Mechanical behavior of multi-layer pbo fabric application in fabric reinforced cementitious materials (FRCM)

Fiber Reinforced Cementitious Materials (FRCM) have begun to be adopted as a structural rehabilitation alternative to Fiber Reinforced Polymers (FRP). FRCM consist of a grid of dry fibers that are embedded between layers of an inorganic matrix. FRCM provide many advantages compared to well-researched FRP materials, most notably the FRCM compatibility with masonry and cement substrates. It is also important to note that similarly to FRP composites, FRCM can contain more than one layer of the fiber fabric, which can increase the ultimate tensile strength of the composite material and provide additional reinforcement to the structural element that it was applied to. There is a notable drawback to utilizing FRCM technologies, and that is the lack of research and understanding of the tensile behavior when adding additional layers of fiber fabric to the composite. This thesis presents an introduction to FRCM and a state of the art to explore the characterization of the tensile behavior of multi-layer FRCM. The material focus for the fiber mesh element is PBO (phenylenebenzobisoxazole), which is characterized in an experimental campaign of PBO FRCM specimens containing one, two, three, and four layers of PBO fiber fabric. The present experimental process discussed consists of testing five bare PBO fiber fabrics and then six specimens of each FRCM configuration. After further analysis, the results obtained from this testing campaign display that the optimal configuration of multi-layer PBO FRCM is the triple fabric layer as it results in the greatest mean ultimate stress out of the FRCM configurations. It is important to note that these results do follow the general behavior patterns found in literature, but additional research is proposed comparing the mechanical behavior of different fiber multi-layer application FRCM, such as glass, basalt, PBO, and carbon fibers.

I materiali cementizi rinforzati con fibre (FRCM) hanno iniziato ad essere adottati come alternativa di riabilitazione strutturale ai polimeri rinforzati con fibre (FRP). Gli FRCM sono costituiti da una griglia di fibre secche incorporate tra strati di una matrice inorganica. Gli FRCM offrono molti vantaggi .rispetto ai già ben studiati FRP, in particolare la compatibilità degli FRCM con i substrati in muratura e cemento. È anche importante notare che analogamente ai compositi FRP, i FRCM possono contenere più di uno strato del tessuto in fibra, che può aumentare la resistenza alla trazione ultima del materiale composito e fornire ulteriore rinforzo all'elemento strutturale a cui è stato applicato. Esiste un notevole svantaggio nell'utilizzo delle tecnologie FRCM, ovvero la mancanza di ricerca e comprensione del comportamento a trazione quando si aggiungono ulteriori strati di tessuto in fibra al composito. Questa tesi presenta un'introduzione e uno stato dell'arte per esplorare la caratterizzazione del comportamento a trazione di FRCM multistrato. Il focus materiale per l'elemento di rete in fibra è PBO (phenylenebenzobisoxazole), che è caratterizzato in una campagna sperimentale di campioni PBO FRCM contenenti uno, due, tre e quattro strati di tessuto in fibra PBO. Il presente processo sperimentale discusso consiste nel testare cinque tessuti in fibra PBO nuda e quindi sei campioni di ciascuna configurazione FRCM. Dopo un'ulteriore analisi, i risultati ottenuti da questa campagna di test mostrano che la configurazione ottimale di PBO FRCM multistrato è il triplo strato di tessuto in quanto risulta nella massima sollecitazione finale media tra le configurazioni FRCM. È importante notare che questi risultati seguono i modelli di comportamento generale trovati in letteratura, ma si propone un'ulteriore ricerca confrontando il comportamento meccanico di diverse applicazioni FRCM multistrato di fibre, come vetro, basalto, PBO e fibre di carbonio.