Tensile behaviour of inorganic-matrix composites with different textile areal weight

This thesis investigates the mechanical performance of inorganic-matrix composites, specifically focusing on the influence of textile areal weight on their tensile behaviour. As the construction industry prioritizes the retrofitting of existing masonry and reinforced concrete structures in line with global sustainability goals, understanding the interaction between fibre reinforcement and brittle inorganic matrices, such as cementitious or lime-based mortars, is essential for a conscious structural optimization. The primary objective of this research is to correlate the global tensile response of Fabric Reinforced Cementitious Matrix (FRCM) systems with the characteristics of their individual constituents and their interaction mechanisms. Additionally, the work critically evaluates the current Italian design framework, addressing potential improvements in how tensile properties are interpreted for structural design. The research approach involved an experimental campaign consisting of uniaxial tensile tests on composite coupons using a clamping-grip configuration. The study compared various PBO-FRCM and Steel Reinforced Grout (SRG) systems with different textile architectures and areal weights. Monitoring techniques were employed to characterize the three-stage stress-strain response: the initial uncracked linear phase, the crack development stage, and the post-cracking phase where the textile carries the load. The conclusions demonstrate that while a higher textile areal weight increases the overall load-carrying capacity, it significantly influences the cracking pattern and the exploitation of the composite’s potential. The findings highlight that the tensile strength of reinforcing textiles is often not fully exploited due to premature debonding. These results provide critical insights for further calibrating analytical models and contribute to a more coherent mechanical characterization of FRCM systems in engineering practice.

Questa tesi studia le prestazioni meccaniche dei compositi a matrice inorganica, concentrandosi in particolare sull'influenza della grammatura del tessuto sul loro comportamento a trazione. Poiché il settore edile cerca di dare priorità alla riqualificazione delle strutture esistenti in muratura e cemento armato, comprendere l'interazione tra il rinforzo in fibra e le matrici inorganiche fragili, come le malte cementizie o a base di calce, è essenziale per un'ottimizzazione strutturale consapevole. L'obiettivo principale di questa ricerca è correlare la risposta globale alla trazione dei sistemi FRCM (Fabric Reinforced Cementitious Matrix) con le caratteristiche dei loro singoli costituenti e i loro meccanismi di interazione. Inoltre, il lavoro valuta criticamente l'attuale quadro normativo italiano, affrontando potenziali miglioramenti nel modo in cui le proprietà definite tramite prove di trazione vengono interpretate per la progettazione strutturale. La ricerca ha comportato una campagna sperimentale consistente in prove di trazione monoassiale su provini compositi utilizzando una configurazione di serraggio di tipo “clamping-grip”. Lo studio ha confrontato vari sistemi PBO-FRCM e Steel Reinforced Grout (SRG) con diverse architetture tessili e grammature. Sono state impiegate tecniche di monitoraggio per caratterizzare la risposta tensione deformazione in tre fasi: la fase lineare iniziale senza fessurazioni, la fase di sviluppo delle fessurazioni e la fase post-fessurazione in cui il tessuto sostiene il carico. Le conclusioni dimostrano che, sebbene un peso specifico superficiale più elevato del tessuto aumenti la capacità di carico complessiva, esso influenza in modo significativo il modello di fessurazione e lo sfruttamento del potenziale del composito. I risultati evidenziano che la resistenza alla trazione dei tessuti di rinforzo spesso non viene sfruttata appieno a causa del distacco prematuro. Questi risultati forniscono informazioni fondamentali per un'ulteriore calibrazione dei modelli analitici e contribuiscono a una caratterizzazione meccanica più coerente dei sistemi FRCM nella pratica ingegneristica.