Concrete Self-Healing via Macro-Encapsulated Polyurethane: An Experimental Study on the Resistance to Repeated Thermal Actions =

Il calcestruzzo è uno dei materiali da costruzione più utilizzati grazie alla sua elevata resistenza a compressione, versatilità di impiego, ampia disponibilità e relativa economicità. Tuttavia, la sua tendenza alla formazione di fessure dovute a sollecitazioni meccaniche o termiche rappresenta una criticità significativa in termini di durabilità. Queste fessure compromettono l’integrità strutturale e favoriscono la penetrazione di umidità e agenti aggressivi, accelerando il degrado a lungo termine. Il fenomeno è particolarmente rilevante nelle strutture esposte a sollecitazioni cicliche, sia di natura termica che meccanica, che possono favorire l'accrescimento e la propagazione delle fessure. Le tecniche di riparazione convenzionali, come l’iniezione di resine o boiacche fluide, offrono soluzioni temporanee e richiedono manutenzione ricorrente. Di conseguenza, lo sviluppo di calcestruzzi autoriparanti ha suscitato crescente interesse come strategia per prolungare la vita utile delle strutture e migliorarne la sostenibilità. Questa tesi analizza le prestazioni di un calcestruzzo autoriparante basato sull’impiego di poliuretano macro-incapsulato come agente riparante. L’obiettivo è valutare l’efficienza nella sigillatura delle fessure, la resistenza alla permeabilità e la durabilità sotto cicli termici. La macro-incapsulazione consente un rilascio mirato dell’agente al momento della fessurazione, superando i limiti della micro-incapsulazione, come la rottura prematura o il volume ridotto. Le macro-capsule utilizzate in questa tesi hanno un guscio cementizio realizzato manualmente, sono riempite con due diversi tipi di resine poliuretaniche (CarboStop F o CarboStop U) e sono state inglobate nei provini durante il getto. Il CarboStop U è stato testato a sei mesi e a tre anni dalla consegna per valutarne l’efficacia nel tempo. Dopo la stagionatura, i provini sono stati pre-fessurati mediante flessione a tre punti. L’efficacia dell’autoriparazione è stata valutata tramite prove di permeabilità all’acqua prima e dopo l’esposizione a cicli termici. Questi cicli hanno avuto duplice funzione: simulare le variazioni termiche reali e agire come test di invecchiamento accelerato, modellando in laboratorio il degrado atteso in decenni di esercizio. I risultati mostrano che, tra gli agenti testati, il CarboStop F ha garantito le migliori prestazioni, con elevata efficienza di sigillatura e comportamento autoriparante stabile. L’efficacia si è mantenuta anche dopo cicli termici ripetuti, confermando l’idoneità per applicazioni a lungo termine. La reattività controllata, la viscosità ottimale e la capacità espansiva del poliuretano hanno favorito l’infiltrazione nelle fessure, la formazione di una schiuma stabile e la chiusura dei vuoti. Le capsule hanno mostrato buona compatibilità meccanica con la matrice cementizia, resistendo alla rottura prematura e attivandosi correttamente in presenza di fessure. Lo studio conferma che il poliuretano macro-incapsulato può migliorare significativamente la capacità autoriparante e la durabilità del calcestruzzo, specialmente in condizioni di carico termico ciclico. Questo approccio rappresenta una soluzione promettente per infrastrutture soggette a variazioni termiche, con benefici in termini di minore manutenzione, maggiore vita utile e sostenibilità. I risultati supportano lo sviluppo e l’applicazione su scala reale di sistemi autoriparanti macro-incapsulati come innovazione concreta nei materiali da costruzione sostenibili e resilienti.