Il danneggiamento di calcestruzzo architettonico bianco ad alte temperature. Indagini sperimentali e interpretazioni teoriche

Experimental observations and numerical simulations are presented for the evaluation of residual properties of white high-strength concrete after exposure to high temperatures. Destructive and non-destructive experimental tests have been performed to identify mechanical parameters characterizing the residual material behavior after the heat-treatment at temperatures of 500°C and 750°C. In particular, compression, direct tensile and split cylinder tests have been performed determining the modulus of elasticity of the material. Flexural tests have also been monitored using Electronic Speckle Interferometry (ESPI) to evaluate displacement and strain fields in the fracture process zone. Experimental results have been analyzed and interpreted with numerical simulations (using a modified version of the model of M4 microplanes in its “over nonlocal” formulation) capable to simulate the behavior of the material in a reliable way. This study reveals how the thermal treatments at high temperatures cause physical and chemical phenomenons which modifies the microstructure of the material and how, increasing the temperature of thermal treatment there is an evident decay of mechanical properties and a different behavior in tension and compressionl. Damaged material appears more ductile and the size of the fracture and process zone tend to increase, as well as the characteristic length. In fact a larger dissipative zone is observed in thermally damaged specimens and the size effect tends to attenuate.

Vengono presentate osservazioni sperimentali e modellazioni numeriche sulla valutazione delle proprietà residue del calcestruzzo ad alta resistenza bianco dopo un’esposizione ad alte temperature. Sono state effettuate prove sperimentali di tipo distruttivo e non distruttivo per identificare i parametri che caratterizzano il comportamento del materiale. Si analizzano e si discutono i risultati ottenuti per valutare gli effetti del trattamento termico sulle proprietà meccaniche del materiale alle temperature di 500°C e 750°C. In particolare, sono state eseguite prove di compressione, di trazione diretta e indiretta determinando i moduli elastici. Le prove di flessione sono state anche monitorate con l’interferometria elettronica a speckle (ESPI) per valutare i campi di spostamento e deformazione nella zona di processo della frattura. I risultati sperimentali sono stati discussi con elaborazioni numeriche (formulazione “over-nonlocal “ del modello del micropiano) capaci di simulare il comportamento del materiale nella situazione danneggiata e non. Le alte temperature alte provocano fenomeni fisico-chimico che modificano la microstruttura del materiale. Lo studio rivela che, all’aumentare della temperatura del trattamento termico, si assiste ad un decadimento più o meno forte delle proprietà meccaniche del materiale ed un diverso comportamento a trazione e a compressione. Il materiale danneggiato appare più duttile e le dimensioni della zona di processo e di frattura tendono ad aumentare come pure la cosiddetta lunghezza caratteristica. Nei provini danneggiati termicamente si evidenzia un’ampia zona dissipativa e l’effetto scala tende ad attenuarsi.