Towards sustainable buildings: an assessment of the mechanical properties of soil mixtures with graphene

The research on raw earths is thought to possibly represent a practical way of substituting traditional building materials, mainly concrete and cement, which represent a significant portion of the total Global Greenhouse Gas (GHG) emissions. This Master Thesis Work investigates the possibility of employing a graphenebased additive, used already to improve concrete properties, in two soil mixtures, with different mineralogical and geotechnical properties, at increasing graphene content (0,01 wt%, 0,05 wt% and 0,1 wt%), to spot eventual variations in the mechanical properties. To achieve these results, the experimental test carried out involve XRD and ATRFTIR analysis for the understanding of the minerals-graphene interaction, the laboratory-modified Proctor test, used to manufacture sample similar to the rammed earth technique, but also able to give information on the compactability, and finally the Unconfined Compressive Strength (UCS) test, giving information on the actual compressive strength and the stiffness. The results found are quite discouraging, since the Proctor test showed at increasing graphene content, a worsening of the compaction, while the UCS test showed a decrease in compressive strength and stiffness for increasing additive concentration. Nevertheless, this Master Thesis, integrated with previous studies, aims to give a comprehensive analysis of the graphene role in the modification of properties of earthen materials.

La ricerca sulle terre crude è considerata potenzialmente una pratica alternativa ai materiali da costruzione tradizionali, specialmente il cemento, che rappresenta una parte significativa delle emissioni totali di gas serra a livello globale. Questa Tesi Magistrale indaga la possibilità di utilizzare un additivo a base di grafene, già impiegato per migliorare le proprietà del cemento, in due terre, con diverse proprietà mineralogiche e geotecniche, a concentrazioni crescenti di grafene (0,01%, 0,05% e 0,1% in peso), al fine di individuare variazioni nelle proprietà meccaniche. Per ottenere questi risultati, i test sperimentali effettuati coinvolgono XRD e ATRFTIR per comprendere l'interazione tra minerali e grafene, il Proctor test, utilizzato per realizzare campioni simili alla tecnica della terra battuta ma in grado anche di fornire informazioni sulla compattazione, e infine l’Unconfined Compressive Strength (UCS), test che fornisce informazioni sulla resistenza a compressione e sul modulo di rigidità. I risultati ottenuti sono piuttosto scoraggianti, poiché il Proctor test ha mostrato un peggioramento della compattazione con l'aumento della concentrazione di grafene, mentre il test UCS ha evidenziato una diminuzione della resistenza a compressione e del modulo di rigidità con l'aumento della concentrazione dell'additivo. Nonostante ciò, questa Tesi Magistrale, integrata con studi precedenti, mira a fornire un'analisi completa del ruolo del grafene nella modifica delle proprietà delle terre crude.