Materiali cementizi autoriparanti: sistemi incapsulati e risposta a cicli meccanici e termici = Self-healing concrete: encapsulated systems and response to mechanical and thermal cycles

ABSTRACT La comparsa di microfessure nel calcestruzzo, a causa della sua bassa resistenza a trazione, è inevitabile. La presenza di tali fessure non rappresenta necessariamente un rischio di crollo per la struttura ma ne accelera il degrado e ne diminuisce la vita di servizio, portando inoltre alla necessità di eseguire azione di manutenzione continue e ripetute nel tempo che hanno un importante impatto dal punto di vista economico e dal punto di vista della sostenibilità. Per ovviare a queste problematiche, per far fronte alla crescente preoccupazione per la sicurezza delle strutture e dunque per rendere più affidabili e duraturi i materiali cementizi, le attività di ricerca hanno fornito un notevole contributo alla comprensione dei meccanismi di auto-riparazione e guarigione di fessure. Tra le tecnologie maggiormente studiate a livello di laboratorio vi è il sistema di macroincapsulamento, che utilizza appunto delle macrocapsule contenti opportuni agenti riparanti, inserite all’interno di una matrice cementizia. Il sistema viene attivato, durante la fase di triggering, tramite l’applicazione di una sollecitazione esterna; questa causa la fessurazione dell’elemento in materiale cementizio, la rottura della capsula ed il rilascio dell’agente riparante lungo l’estensione della fessura realizzandone contestualmente la riparazione. In questo ambito, l’uso di precursori polimerici come agenti riparanti nei sistemi di self-healing di fessure su provini in malta cementizia basati su capsule è stato ampiamente studiato negli ultimi anni. In particolare, è stata dimostrata a livello di laboratorio l'efficacia del poliuretano macroincapsulato per il ripristino sia dell'impermeabilità che delle proprietà meccaniche e sono stati validati i metodi sperimentali per testarne l'efficacia seguendo procedure pre-standard. Tuttavia, l'utilizzo di macrocapsule contenenti precursori di poliuretano per applicazioni in campo non è stato ancora sufficientemente implementato. Affinché questi sistemi diventino rilevanti per l'industria delle costruzioni, è essenziale caratterizzare ulteriormente l'effetto autorigenerante in termini di stabilità nel tempo, ovvero indagare il comportamento del sistema autoriparato quando sottoposto a sollecitazioni ripetute che possono insistere sulle strutture nel tempo. L'obiettivo di questo lavoro di tesi è appunto quello di caratterizzare la capacità di diversi poliuretani commerciali, in diverse condizioni di utilizzo, di resistere ad azioni di flessione cicliche e ripetute variazioni di temperatura dopo il rilascio da macrocapsule tubolari cementizie (e polimeriche in alcuni casi) incorporate in provini di malta cementizia. I provini sono stati testati immediatamente dopo la prefessurazione e l'autoriparazione per caratterizzare l'efficienza di tenuta iniziale attraverso un test di water-flow. La stessa prova è stata ripetuta ad intervalli di tempo prescritti per analizzare l'evoluzione dell'efficienza di tenuta a seguito dell’applicazione di sollecitazioni di tipo meccanico e di tipo termico. I risultati hanno mostrato che il sistema proposto ha una buona stabilità contro le azioni dannose selezionate e hanno confermato il potenziale del poliuretano incapsulato per l’applicazione di self-healing.