Compositi a base di cemento rinforzati con materiali a base di carbonio per il miglioramento delle proprietà meccaniche ed elettriche = Cement-based composites reinforced with carbon-based materials for the enhancement of mechanical and electrical properties.

L’aggiunta di carbonio all’interno della matrice cementizia è argomento di studio da diverse decine di anni, le ricerche che analizzano i vantaggi di tale processo sono ormai molte e molto accreditate; dall’ incremento della resistenza meccanica ad un più semplice monitoraggio strumentale sono tutti argomenti sotto la lente d’ingrandimento della ricerca contemporanea. Il presente lavoro riguarda lo sviluppo di un metodo nuovo di analisi riguardante composti a base cementizia con aggiunta di allotropi carboniosi con dimensioni che variano da qualche millimetro per le fibre di carbonio a qualche micron per il grafene e nanotubi di carbonio. Fibre di carbonio, nanotubi di carbonio e grafene, prima di essere miscelati con il cemento, sono stati sottoposti a un processo di funzionalizzazione acida al fine di migliorare l'interazione con la matrice cementizia dovuti alla formazione di gruppi funzionali contenenti ossigeno sulla superficie dei diversi rinforzanti. Il processo di funzionalizzazione è sfruttato per ottenere una migliore dispersione delle cariche all'interno dei compositi cementizi al fine di ottenere un miglioramento delle proprietà meccaniche e la formazione di una rete che aumenta la conducibilità elettrica. Il fine ultimo della ricerca è quello di sviluppare un disegno sperimentale capace in modo accurato di prevedere le risposte date da un provino “fittizio” non materialmente prodotto e analizzato. Il disegno sperimentale scelto è cubico a facce centrate (central composite design, CCD), un tipo di disegno sperimentale utilizzato per esplorare la relazione tra variabili indipendenti, nel nostro caso tre, rappresentate dalle percentuali in peso del carbonio nelle varie forme inserite, e dalle quantità di risposte in un esperimento, di nuovo tre, resistenza a compressione, trazione e l’energia di frattura. Questo processo di analisi è stato impiegato per poter analizzare la risposta di un sistema, a variazioni nelle variabili di input, permettendo di valutare la curvatura della superficie di risposta. Il disegno sperimentale CCD è ampiamente utilizzato nella ricerca scientifica e industriale per ottimizzare i processi e comprendere le relazioni tra le variabili di input e le risposte del sistema, per far ciò utilizza dati “sorgente” forniti da prove e analisi effettuate in laboratorio.