Materiali cementizi con incrementata resistenza e conduttività elettrica = Cementitious materials with increased strength and electrical conductivity

Il monitoraggio strutturale sta acquistando una rilevanza sempre crescente nell'ingegneria, dove si vuole poter intervenire in modo tempestivo per prevenire danni che possono mettere a repentaglio l’ambiente e le strutture civili. Efficaci strumenti di controllo, soprattutto nelle zone ad elevato rischio sismico, possono permettere di valutare, nelle strutture monitorate, le condizioni di lavoro ed individuare eventuali anomalie di comportamento dovute a danneggiamenti incipienti. I sensori tradizionali possono essere applicati solo in un limitato numero di punti fornendo un’informazione parziale per la successiva fase di diagnosi. Studi recenti hanno mostrato che l'aggiunta di materiali a base carbonio all'interno di una matrice cementizia possono dare origine a materiali compositi capaci di diagnosticare il proprio stato di deformazione e di tensione oltre che migliorarne alcune proprietà meccaniche. Il presente lavoro riguarda lo studio di nuovi materiali compositi autosensorizzati con migliori proprietà meccaniche ed elettriche. Sono stati realizzati materiali compositi a base cementizia con l’aggiunta di grafene, nanotubi di carbonio e fibre di carbonio. I materiali carboniosi prima di essere miscelati con il cemento sono stati sottoposti ad un processo di funzionalizzazione acida al fine di indagare i possibili miglioramenti nell’interazione con la matrice cementizia dovuti alla formazione di gruppi ossigenati sulla superfice dei diversi additivi. Il processo di funzionalizzazione viene sfruttato per poter ottenere una migliore dispersione delle cariche all’interno dei compositi cementizi in modo da ottenere un miglioramento nelle proprietà meccaniche e la formazione di un network che aumenti la conducibilità elettrica. Sfruttando il processo di funzionalizzazione è stato possibile ottenere compositi cementizi che avessero un netto miglioramento della risposta alle sollecitazioni meccaniche ed un abbattimento della resistività elettrica. In particolare sfruttando l’effetto combinato di cariche diverse all’interno dello stesso composito è stato possibile ottenere un aumento della resistenza a flessione del 80%, ed un aumento sostanziale dell’energia di frattura. La capacità di autodiagnosi si ottiene correlando la variazione della deformazione del composito con la variazione delle proprietà elettriche. Attraverso la misura di tali caratteristiche elettriche si possono quindi monitorare le prestazioni e le condizioni di lavoro dell'elemento. Questi nuovi sensori possono trasformare le strutture stesse in sensori diffusi.