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Strategie di autoriparazione per polimeri e composti cementizi : l'applicazione dei principi biomimetici alla tecnologia

Macrì, Teresa

Strategie di autoriparazione per polimeri e composti cementizi : l'applicazione dei principi biomimetici alla tecnologia.

Rel. Jean Marc Christian Tulliani. Politecnico di Torino, Corso di laurea specialistica in Architettura, 2010

Abstract:

Prefazione(CR) (CR) Vivere in una grande città nel secondo millennio significa assistere, in maniera più o meno cosciente, ad una serie di cambiamenti rispondenti tutti alla stessa tendenza: la crescita. Cresce il numero della popolazione mondiale, cresce il tasso di immigrazione, crescono le metropoli che accolgono i nuovi abitanti, cresce l'indice di sovraffollamento, cresce l'imponenza delle infrastrutture. Questa spinta globale, delineata dal proliferare di questa continua catena di risorse, sembrerebbe la piattaforma ideale del progresso. Ma di quale progresso si parla? Se guardiamo il livello qualitativo della vita nelle grandi città, possiamo ritenerci soddisfatti? L'incessante impulso a costruire è un'effettiva necessità o si tratta di una smania che sta andando oltre e consumando il suolo terrestre, a svantaggio degli spazi naturali? La qualità delle strutture edificate è in grado di reggere al contraccolpo numerico? Qual è la soglia di demarcazione tra una crescita lanciata a conseguire nuovi obiettivi utili per l'umanità ed una crescita esponenziale insensata?La tesi che ho elaborato certamente non contiene le risposte a tutte queste domande ma la scelta dell'argomento trattato parte proprio da queste considerazioni. In più occasioni, nel corso degli anni trascorsi all'università, ho sentito dire che l'architettura cambia il mondo. Sembra una frase dal tono artificioso ma dopo averci riflettuto a fondo, l'ho trovata una grande verità. Il mondo, inteso come tutto ciò che c'è di tangibile e che possiede un volume ed una forma, è il risultato di un intervento architettonico. Cambiare il mondo in senso positivo, significa dare uno scopo sociale a tale intervento.(CR) L'obiettivo della tesi, dunque, è rivolto ad individuare delle soluzioni capaci di contrastare questa tendenza globale, a partire dai mezzi essenziali alla costruzione: i materiali. Infatti, sono stati studiati materiali autoriparanti che racchiudono nel loro comportamento la sintesi perfetta del concetto di progresso: l'impiego di tecnologie altamente avanguardistiche che però, rispondono ai principi suggeriti dal mondo biologico, governato da cicli naturali che non contemplano il concetto di "spreco" e sono capaci di durare in eterno.(CR) (CR) Abstract(CR) (CR) Il tema affrontato in questa tesi è la progettazione di materiali autoriparanti, proponendo soluzioni diverse per i polimeri e per i composti cementizi. L'approccio alle strategie analizzate nasce dall'osservazione del perfetto meccanismo esistente in natura per ogni organismo che, in maniera autonoma è in grado di individuare con precisione l'esatta regione danneggiata e ripararla. L'imitazione e l'applicazione delle funzioni del mondo biologico alla tecnologia, rientra nel campo di indagine di una nuovissima scienza, chiamata biomimetica. Tra i sistemi autoriparanti studiati, quello che può essere meglio definito biomimetico anche se ancora lontano dalle reali possibilità, consiste nella creazione di una rete microvascolare che trasporta microcapsule contenenti agente riparante all'interno del materiale, simulando l'apparato circolatorio del corpo umano.

Relatori: Jean Marc Christian Tulliani
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: G Geografia, Antropologia e Luoghi geografici > GH Scienze Ambientali
S Scienze e Scienze Applicate > SC Chimica
Corso di laurea: Corso di laurea specialistica in Architettura
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/1927
Capitoli:

Prefazione(CR) Abstract(CR) (CR) 1 Inquadramento socio-economico(CR) 1.1. Il concetto di "sostenibilita"(CR) 1.2. La vita di servizio degli edifici(CR) 1.3. Gli impatti economici e sociali del cls(CR) 1.3.1. Gli impatti ambientali del cls(CR) 1.3.2. Caso studio: stima dei costi economici ed ambientali per la costruzione di una palazzina tipo in cls leggero strutturale con argilla espansa(CR) 1.4 Gli impatti economici ed ambientali dei polimeri(CR) 1.5 Conclusioni(CR) (CR) 2 La biomimetica(CR) 2.1. Introduzione(CR) 2.2. Definizione di "Biomimetica"(CR) 2.3. Confronto tra naturale e tecnologico(CR) 2.4. Il metodo biomimetico(CR) 2.5. Esempi di ispirazione biomimetica(CR) 2.6. L'applicazione dei principi biomimetici alla tecnologia(CR) (CR) 3 Il sistema delle microcapsule(CR) 3.1. Il meccanismo di autoriparazione(CR) 3.2. Sperimentazioni(CR) 3.3. Il processo di microincapsulamento(CR) 3.4. Le analisi termiche(CR) 3.5. I sistemi fibrorinforzati(CR) 3.6. L'ispirazione biomimetica(CR) 3.7. La progettazione di leucociti artificiali(CR) 3.8. L'autoriparazione dei polimeri nanocompositi(CR) 3.9 Prove meccaniche(CR) (CR) 4 I serbatoi di nanotubi di carbonio(CR) 4.1. I capillari in fibre di vetro(CR) 4.2. Funzionamento dei serbatoi di nanotubi di carbonio (CR) 4.3. Sperimentazioni e presentazione di un caso studio(CR) 4.4. Il metodo dell'attivazione del calore (CR) 4.4.1. Le miscele termoplastiche (CR) 4.4.2. Le miscele termoindurenti(CR) (CR) 5 Il metodo del riscaldamento selettivo(CR) 5.1. Durevolezza delle strutture in cls (CR) 5.2. Le componenti del sistema autoriparante (CR) (CR) 5.2.1. Il composito di autodiagnosi (CR) 5.2.2. Tubi avvolti in film organico (CR) 5.2.3. Gli agenti riparanti (CR) 5.3. Le analisi termiche (CR) 5.4. Verifica dell'efficienza del sistema (CR) (CR) 6 I composti cementizi ingegneristici ECC (Engineered Cementitious Composites)(CR) (CR) 6.1. Prime considerazioni (CR) 6.2. La progettazione dei composti ECC (CR) (CR) 6.3. Caratterizzazione fisico-meccanica dei composti ECC sottoposti a cicli di bagnatura e asciugatura (CR) (CR) 6.3.1. Permeabilità (CR) 6.3.2. Frequenza di risonanza (CR) 6.3.3. Trazione uni-assiale (CR) 6.3.4. Condizionamento ambientale (CR) 6.4. Controllo dell'ampiezza delle fessure (CR) (CR) 6.5. Risultati (CR) 6.6. Studi dei composti cementizi ad alta resistenza sottoposti a cicli di gelo e disgelo (CR) 6.7. Le analisi dei composti ad alta resistenza ed i risultati di autoriparazione (CR) 6.8. Esposizione ad ambienti alcalini dei composti ECC (CR) (CR) 6.9. Il comportamento a trazione uniassiale dei composti ECC(CR) (CR) 7 Autoriparazione mediante precipitati organici (minerali)(CR) (CR) 7.1. L'applicazione dei Datteri (CR) 7.2. Le proprietà riparanti dei Datteri (CR) 7.3. Composti cementizi contenenti materiali di rifiuto (CR) (CR) 7.4. Prova di flessione a quattro punti (CR) (CR) 7.5. Caratterizzazione fisico-meccanica (CR) (CR) 7.6. Caratterizzazzione microstrutturale (CR) (CR) 8. Conclusioni(CR) (CR) Bibliografia

Bibliografia:

Bar-Cohen Yoseph, Biomimetics. Biologically Inspired Technologies, London -New York, Taylor & Francis, 2005(CR) (CR) Benyus Janine M., Biomimicry. Innovation Inspired by Nature, New York, HarperCollins, 1997(CR) (CR) Curtis Helena, Biologia, Zanichelli, Bologna, 2003(CR) (CR) Chiesa Giacomo, Biomimetica, tra tecnologia e innovazione per l'architettura. Rei. Pagani Roberto. Politecnico di Torino, 2. Facoltà di Architettura, Corso di Laurea in Architettura (progettazione urbana e territoriale), 2008(CR) (CR) Georgescu-Roegen, Nicholas, Bioeconomia, Bollati Boringhieri, Torino, 2004(CR) (CR) Negro Alfredo, Tulliani Jean-Marc, Montanaro Laura, Scienza e tecnologia dei materiali, Celid, Torino, 2005(CR) (CR) Ratnieks Francis L. W, Biomimicry: Further Insights from Ant Colonies?, Bio-Inspired Computing and Communication, Springer Berlin / Heidelberg, 2008(CR) (CR) Todd Nancy Jach, Todd John, Progettare secondo natura, Eléuthera, , Milano, 2007(CR) (CR) Articoli(CR) (CR) Balazs Anna C, Modeling self-healing materials, Vol. 10 No. 9, pp.18-23,2007(CR) (CR) Blaiszik Ben J. et al, Microcapsules filled with reactìve solutions for self-healing materials, Polymer, Vol. 50 No. 4, pp. 990-997, 2009(CR) (CR) Farage Micheal C.R. et al, Rehydration and microstructure of cement paste after heating at temperatures up to 300 °C, Cement and Concrete Research, Vol. 33 No.7, 2003(CR) (CR) Garas Victor Y. et al, Short-term tensile creep and shrinkage of ultra-high performance concrete, Cement and Concrete Composites, Vol. 31 No. 3, pp. 147-152,2009(CR) (CR) Granger S. et al, Experimental characterization of thè self-healing of cracks in an ultra high performance cementitious material: Mechanical tests and acoustic emission analysis, Cement and Concrete Research, Vol. 37 No.4, 2007(CR) (CR) Herbst Olaf, Luding Stefan, Modeling particulate self-healing materials and application to uni-axial compression, International Journal of Fracture, Vol. 154 No 1-2, 2008(CR) (CR) Jacobsen Stefan et al, Sem observations of thè microstructure of frost deteriorateci and self-healed concretes, Cementand Concrete Research, Vol. 25 No. 8, pp. 1781-1790, 1995(CR) (CR) Jacobsen Stefan, Sellevold Erik J., Self-healing of high strength concrete after deterìoration by freeze/thaw, Cement and Concrete Research, Vol. 26 No. 1,pp. 55-62, 1996(CR) (CR) Jacobsen Stefan et al, Effect of cracking and healing on chloride transport in OPC concrete, Cement and Concrete Composites , Vol. 26 No.6, pp. 869-881, 1996(CR) (CR) Jonkers Henk M. et al, Application of bacteria as self-healing agent for thè development of sustainable concrete, Ecological Engineering, Delft University of Technology, Vol. 36 No.2, pp. 230-235, 2010(CR) (CR) Kessler Michael R., Self-healing: a new paradigm in materials design, Proceedings of thè Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, Vol. 221 No.4, pp. 479-495, 2007(CR) (CR) Lanzara Giulia et al, Carbon nanotube reservoirs for self-healing materials, Nanotechnology, Vol. 20 No. 33, 335704, 2009(CR) (CR) Lepecha Michael D., Li Victor C, Water permeability of engineered cementitious composites, Cement and Concrete Composites, Vol. 31 No. 10, pp. 744-753, 2009(CR) (CR) Mayer George, New classes of tough composite materials�Lessons from naturai rigid biological systems, Materials Science and Engineering: C, Vol. 26 No. 8, pp. 1261-1268,2006(CR) (CR) Mikic-Rakic Marija et al, Architectural style requirements for self-healing systems, Workshop on Self-healing systems, pp. 49-54, 2002(CR) (CR) Naaman, Reinhardt Hans-wolf, High performance fiber reinforced cement composites HPFRCC-4 -.International RILEM workshop, Materials and Structures I Matériaux et Constructions, Vol. 36, pp.710-712, 2003(CR) (CR) Naaman , Reinhardt Hans-wolf, Strain hardening and deflection hardening fiber reinforced cement composites, International Workshop High Performance Fiber Reinforced Cement Composites, pp.95-113, 2003(CR) (CR) Naaman, Deflection-Softening and Deflection-Hardening FRC Composites: Characterization and Modeling, International Concrete Research & Information Portai, Vol. 248, pp.53-66, 2007(CR) (CR) Nishiwaki Tomoya et al, Development of Self-Healing System for Concrete with Selective Heating around Crack, Journal of Advanced Concrete Technology, Vol. 4 No. 2, pp. 267-275, 2006(CR) (CR) Parant Edouard et al, Durability of a muniscale fibre reinforced cement composite in aggressive environment under service load, Cement and Concrete Research, Vol. 37 No.7, pp. 1106-1114, 2007(CR) (CR) Passino Kevin M., Biomimicry of Social Foraging Bacteria for Distributed Optimization:Models,Principles,andEmergent Behaviors,Journalof Optimization Theory and Applications, Vol. 115 No. 3, 2002(CR) (CR) Qian Shunzhi et al., Self-healing behavior of strain hardening cementitious compositesincorporatinglocai waste materials,CementandConcrete Composites, Vol. 31 No. 9, pp. 316-621, 2009(CR) (CR) Reinhardt Hans-wolf, Jooss Martin, Permeability and self healing of cracked concrete as a function of temperature, Cement and Concrete Research, Vol. 33 No. 7, pp. 981-985, 2003(CR) (CR) Sahmaran Mustafa, Li Victor C, Durability of mechanically loaded engineered cementitious composites under highly alkaline environments, Cement and Concrete Composites, Vol. 30 No. 2, pp. 72-81, 2008(CR) (CR) Sahmaran Mustafa et al, Self-healing of mechanically-loaded self consolidating concretes with high volumes offlyash, Cement and Concrete Composites, Vol. 30 No. 10, pp. 872-879, 2008(CR) (CR) Toledo Filho Romildo D. et al, Free, restrained and drying shrinkage of cement mortar composites reinforced with vegetable fibres, Cement and Concrete Research, Vol. 27 No.5, pp. 537-546, 2005(CR) (CR) Trask Robert S. et al, Biomimetic self-healing of advanced composite structures using hollow glass fibres, Journal of thè Royal Society , Vol. 4 No.13, pp.363-371,2006(CR) (CR) Vincent J. F. V., Biomimetics-a review, Proceedings of thè Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine, Vol. 223 No. 8, pp. 919-939, 2009(CR) (CR) Viney Christopher et al, Inspiration versus duplìcation with biomolecular fibrous materials: learning nature's lessons without copying nature's limitations, Current Opinion in Solid State and Materials Science, Vol. 8 No. 2, pp. 165-171, 2004(CR) (CR) Yang Yingzi et al, Autogenous healing of engineered cementitious composites under wet-dry cycles, Cement and Concrete Research, Vol. 39 No. 5, pp. 382-390, 2009(CR) (CR) (CR) Siti internet(CR) (CR) http://www.asknature.org/(CR) http://www.bath.ac.uk/mech-eng/biomimetics/(CR) http://www.bimat.princeton.edu(CR) http://www.biomimicry.net/(CR) http://www.biomimicryinstitute.org/(CR) http://www.braungroup-beckman.illinois.edu/(CR) www.citg.tudelft.nl(CR) http://www.hansmalab.phsics.ucsb.edu(CR) http://www.mrs.org(CR) http://www.nasa.gov/(CR) http://www.nature.com(CR) http://www.nerc.northwestern.edu(CR) http://www.rdg.ac.uk/Biomim/(CR) http://www.selfhealingmaterials.nl(CR) http://www.technologyreview.com/nanotech(CR) http://www.thinkartificial.org

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