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Canepa, Francesco

Calcestruzzi fibrorinforzati innovativi. Applicazione con fibre di vetro e nanotubi di carbonio.

Rel. Giuseppe Andrea Ferro, Jean Marc Christian Tulliani. Politecnico di Torino, Corso di laurea specialistica in Architettura, 2007

Abstract:

Il calcestruzzo costituisce uno dei materiali da costruzione più utilizzato nel mondo edilizio. La sua origine risale alle architetture romane di oltre 2000 anni fa di cui ancora oggi si ha testimonianza. Dal XIX secolo riprende il suo utilizzo attraverso sperimentazioni sempre più ardite, reggendo a testa alta il confronto con i nuovi materiali da costruzione come l'acciaio.

L'impiego costante di questo composto ha portato alla ricerca continua per il miglioramento delle prestazioni e la limitazione degli svantaggi che esso ha. Di conseguenza negli anni sono state sperimentate sempre nuove soluzioni, a partire dall'aggiunta di barre di acciaio per giungere ai composti di ultimissima generazione, come: i calcestruzzi "trasparenti", gli autocompattanti o ancora i calcestruzzi rinforzati da fibre di materiali diversi.

In questo contesto si situa il lavoro qui esposto. E' stato ritenuto utile studiare un composto che potesse aumentare proprio le caratteristiche di resistenza meccanica attraverso un intervento dei rinforzi fibrosi, per superare i limiti oggi raggiunti. In questa direzione sta procedendo il mondo della ricerca, anche se per il momento è tenuto in considerazione la sola tipologia a macro scala. Basti considerare che, dall'inserimento di barre di acciaio dei diametro dell'ordine di centimetri, si è giunti all'utilizzo di fibre, delle quali quelle polimeriche monofibrillate rappresentano quelle dimensionalmente più ridotte. Queste, se presentano un diametro dell'ordine del micron, hanno comunque una lunghezza dell'ordine del centimetro.

L'idea alla base del presente lavoro è quella di creare un rinforzo che possa costituire un ostacolo alla frattura del composto ad una scala micrometrica. Per questo si è pensato di sperimentare diversi tipi di impasti miscelando due tipologie di fibre differenti per caratteristiche costituzionali e morfologiche. Insieme alle fibre di vetro, materiale attualmente già impiegato come rinforzo nei calcestruzzi, si sono scelti i nanotubi di carbonio. Questi, grazie al diametro dell'ordine di qualche nanometro, lunghezza di qualche micron, altissime resistenze meccaniche, possono arrivare a creare i presupposti per un rinforzo alla scala dei processi di idratazione del cemento.

In letteratura, a riguardo, è stata condotta fino ad oggi una sola ricerca da parte di Li e dei suoi collaboratori, con risultati apparentemente più che soddisfacenti. Si è pertanto cercato di riprodurre un materiale che possedesse caratteristiche analoghe a quelle dello studio sopra citato, per poterne valutare le effettive caratteristiche.

Il lavoro si compone di due sezioni principali: una prima che analizza lo stato dell'arte sui calcestruzzi fibrorinforzati, esamina le diverse tipologie di fibre e dei calcestruzzi presenti sul mercato, riassume le potenzialità degli stessi attraverso una rassegna delle ricerche più significative in merito. Nella seconda sezione dei lavoro è descritta la sperimentazione effettuata con i risultati delle prove di resistenza meccanica e con la caratterizzazione chimico-morfologica dei campioni realizzati.

Il presente lavoro è stato oggetto di presentazione presso il XIX Convegno Nazionale del Gruppo Italiano Frattura tenutosi a Milano tra il 2 e il 4 luglio 2007.

Relatori: Giuseppe Andrea Ferro, Jean Marc Christian Tulliani
Soggetti: D Disegno industriale e arti applicate > DG Design
T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali
T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TA Consolidamento
Corso di laurea: Corso di laurea specialistica in Architettura
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/985
Capitoli:

INTRODUZIONE

CAPITOLO 1

1. Il calcestruzzo fibrorinforzato

1.1. Possibili applicazioni

1.2. Normative vigenti

CAPITOLO 2

2. Le tipologie di fibre

2.1. Fibre di acciaio

2.2. Fibre di vetro

2.3. Fibre polimeriche

2.4. Fibre aramidiche

2.5. Le fibre ceramiche

2.6. Fibre di carbonio

2.7. Nanotubi di carbonio

2.8. Comparazione tra tipologie di materiali differenti

CAPITOLO 3

3. Calcestruzzo classico e autocompattante

3.1. Caratteristiche costitutive del materiale

3.2. Limiti del calcestruzzo tradizionale

3.3. Calcestruzzo autocompattante

CAPITOLO 4

4. Calcestruzzi fibrorinforzati e ricerca

4.1. Fibre di acciaio

4.2. Fibre di vetro

4.3. Fibre polimeriche

4.4. Fibre ceramiche

4.5. Hybrid

4.6. Nanotubi di carbonio

CAPITOLO 5

5. Programma sperimentale

5.1. Premesse di ricerca

5.2. Materiali e variabili sperimentali

5.3. Procedure sperimentali

5.4. Preparazione provini per le prove

5.5. Prove sui prismi

5.6. Prove di compressione sui cubi

CAPITOLO 6

6. Analisi chimica

6.1. Caratterizzazione qualitativa

6.2. Caratterizzazione quantitativa: analisi termica

6.3. Caratterizzazione strutturale: diffrattometria a raggi x

6.4. Caratterizzazione morfologica: SEM

6.5. Discussione risultati delle analisi

CAPITOLO 7

7. Ulteriori sviluppi

7.1. prove sui prismi

CONCLUSIONI

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