Academic literature on the topic 'Compositi fibrorinforzati'

La tesi si occupa di un argomento ancora poco studiato, ovvero la durabilità dei materiali compositi fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) applicati ai substrati murari dell’edilizia storica, con particolare riguardo a come la presenza di umidità e di sali all’interno della muratura possa influire negativamente sull’efficacia del legame di adesione tra substrato e materiale composito FRP. La prima parte dell’elaborato è incentrata sulla definizione delle principali caratteristiche dei materiali compositi FRP, del loro utilizzo nel rinforzo strutturale del patrimonio edilizio storico e della loro durabilità in relazione a vari fattori di degrado, sulla base della letteratura tecnico-scientifica disponibile. La seconda parte riguarda la descrizione della campagna sperimentale condotta, dalla descrizione dei materiali e dei metodi impiegati fino alla discussione dei risultati ottenuti: sono stati studiati provini costituiti da mattoni in laterizio rinforzati con matrice polimerica a base di resina epossidica e tessuto unidirezionale in trefoli di acciaio. I provini sono stati sottoposti a due differenti tipi di cicli di condizionamento in modo da ricreare le condizioni di substrati murari affetti rispettivamente da umidità e sali: sono state poi eseguite le prove di taglio diretto per valutare il peggioramento del legame di adesione. In seguito, sono state effettuate le prove di caratterizzazione dei materiali: la cromatografia ionica e l’analisi al microscopio, per comprendere le modalità di rottura riscontrate nei campioni affetti dalla presenza di sali, e due diverse prove meccaniche standard (prova di flessione a 3 punti e prova brasiliana), per comprendere le modalità di rottura osservate nei campioni affetti da umidità. Infine, su singoli mattoni rinforzati in maniera analoga ai provini precedenti sono state svolte delle prove di pull-off, per confermare i risultati ottenuti in precedenza e avere una visione più completa riguardo il fenomeno dell’adesione.

L’utilizzo di compositi fibrorinforzati per il rinforzo e l’adeguamento di strutture esistenti in calcestruzzo armato e in muratura ha raggiunto una grande popolarità negli ultimi decenni. Tra i materiali compositi, i fibrorinforzati a matrice cementizia (fiber reinforced cementitious matrix, FRCM) rappresentano una novità nel mondo del rinforzo e la letteratura disponibile a riguardo è ancora molto limitata. Il presente lavoro si inserisce all’interno di un contesto di campagne sperimentali volte ad approfondire la conoscenza su questi materiali. Uno dei problemi di maggiore importanza nell’utilizzo dei compositi FRCM è costituito dalla valutazione della resistenza al distacco (debonding) del composito dal supporto su cui è applicato. Nel caso di strutture in muratura, i cicli di cristallizzazione salina sono una della cause principali di degrado della murature. In questa tesi vengono analizzati gli effetti della cristallizzazione salina sul debonding di compositi FRCM, con fibre di acciaio galvanizzato a matrice a base di calce idraulica, applicati alla muratura.

Questo studio si inserisce in un più ampio contesto di campagne sperimentali che mirano a caratterizzare i materiali compositi sotto il profilo della durabilità, aspetto ancora poco indagato. In particolare il presente lavoro di tesi si pone l’obiettivo di indagare il ruolo dei sali e dell’umidità nei processi di degrado dei sistemi compositi a matrice inorganica cementizia (FRCM) applicati alla muratura. L’elaborato si apre con una sezione dedicata all'identificazione delle principali tipologie di materiali compositi fibrorinforzati e delle loro proprietà, soffermandosi in particolare sulle differenze tra gli FRP (fibrorinforzati a matrice polimerica) e gli FRCM. Si passa quindi alla parte sperimentale che ha previsto l’esecuzione di cicli di condizionamento/degrado accelerato, prove meccaniche e laboratoriali su 20 campioni, costituiti da prismi in muratura rinforzati con una striscia di composito a matrice cementizia e trefoli in acciaio galvanizzato. Ogni ciclo di degrado è stato articolato in una fase di imbibizione del provino per capillarità, in acqua distillata o soluzione salina, e una di essiccamento in stufa ventilata (ogni fase ha avuto una durata complessiva di 48 ore). Al termine dei cicli di condizionamento i campioni sono stati sottoposti a prove meccaniche di taglio diretto, per investigare l’aderenza matrice-fibra e composito-substrato. Conclusi i test meccanici, dai campioni sono stati prelevati frammenti di malta di rinforzo, malta di allettamento e laterizio, sui quali sono state condotte le analisi cromatografiche e porosimetriche allo scopo di valutare la distribuzione e la concentrazione dei sali in funzione delle caratteristiche di porosità del materiale. Su travetti di malta di rinforzo sono anche state condotte prove di assorbimento capillare d’acqua per determinare i principali parametri che governano il fenomeno della risalita.

La tesi studia un tema ancora poco studiato, cioè la durabilità dei materiali fibrorinforzati a matrice inorganica (FRCM) per gli edifici in muratura, concentrando l’attenzione sulla resistenza al degrado causato dalla presenza di sali e di come questi ultimi ne modifichino le prestazioni, soprattutto in termini di efficacia dell’adesione tra rinforzo e substrato in muratura. L'elaborato è organizzato in due sezioni: - una parte di analisi della letteratura tecnico-scientifica disponibile, in cui si definiscono i materiali compositi e si affronta il tema della durabilità in relazione a vari fattori di degrado; - una parte sperimentale in cui invece si illustra tutta l’attività sperimentale svolta, dalla descrizione dei materiali e dei metodi impiegati al commento dei risultati ottenuti. Nello specifico, sono stati studiati dei provini di muratura rinforzati con compositi a matrice di calce idraulica, rete in fibra di vetro e trefoli d’acciaio. I provini sono stati sottoposti a cicli di degrado accelerato allo scopo di indagare gli effetti della cristallizzazione salina sulle prestazioni meccaniche. Terminati i cicli, sono state eseguite le prove di taglio diretto per poter valutare l’aderenza del rinforzo al substrato. Successivamente, sono state effettuate le prove sui materiali: la cromatografia ionica per determinare la concentrazione di sali e la porosimetria ad intrusione di mercurio per valutare la distribuzione dei pori e le loro dimensioni. Infine vengono raccolti e illustrati tutti i risultati ottenuti, dall’analisi visiva della documentazione fotografica relativa ai cicli di degrado all’elaborazione dei dati ricavati dai test meccanici e dalle prove in laboratorio.

L’obiettivo di questo studio è analizzare l’adesione tra i compositi fibrosi a matrice inorganica (FRCM) e alcune tipolgie di substrato su cui vengono applicati, attraverso l'esecuzione, in laboratorio, di prove di pull off, un test effettuabile anche in sito che consiste in un’estrazione semi-distruttiva al fine di valutare la forza di legame tra substrato e rinforzo. Nel presente studio sono stati scelti come substrati alcuni tra i materiali più impiegati nell’architettura storica: due tipi di laterizio (giallo e rosso) e due materiali lapidei porosi (pietra leccese e tufo napoletano). Alcuni di essi sono stati sottoposti a cicli di cristallizzazione salina per portarli a una condizione di degrado simile a quella della muratura esistente. Sono poi stati applicati gli FRCM. Come matrici inorganiche sono state utilizzati due tipi di malta a base di calce idraulica e una malta cementizia, combinate con rinforzi di reti di fibre in vetro o reti di fibre in basalto, applicati secondo le indicazioni fornite dai produttori. Dall’analisi dei risultati dei test di pull off si evince che l’adesione tra il substrato ed il composito è forte nella maggior parte dei casi, data la modalità di rottura coesiva prevalente, soprattutto nel tufo, il che però contraddice la letteratura riguardo alla reversibilità dell’intervento. Per quanto riguarda il degrado da sali è emerso che esso non ha danneggiato l’efficacia del rinforzo, bensì ha reso le superfici più scabre, incrementando quindi l’adesione. La prova di pull off è risultata essere una prova semplice, tuttavia si è riscontrata un’elevata dispersione dei risultati, quindi è necessario realizzare numerose prove. In sito si deve tener conto dell'eterogeneità dei materiali della muratura e della presenza di malta tra i giunti.

Nell’attività sperimentale di questa tesi è stata indagata l’efficacia di sensori distribuiti in fibra ottica per il monitoraggio di compositi fibrorinforzati. Nella prima parte dell’attività sono state svolte prove a trazione su provini di tessuto di fibre di acciaio per determinare la modalità di incollaggio più appropriata per il fissaggio della fibra ottica ai microtrefoli. Successivamente sono state eseguite prove a trazione su provini FRCM e S-FRGM allo scopo di comprendere con quale accuratezza le fibre ottiche riescano a rilevare l’andamento in termini di tensioni e deformazioni delle due tipologie di materiale. L’indagine è terminata con il monitoraggio di prove di aderenza di FRCM applicati a muratura al fine di determinare la capacità dei sensori in fibra ottica di ottenere dati rilevanti sulla distribuzione delle sollecitazioni all’interno del sistema di rinforzo.

In questo elaborato è presentato uno studio che riguarda lo sviluppo di nuovi materiali compositi fibro-rinforzati a matrice uretano-acrilato termoindurente. Lo studio è basato sulla ricerca di un diluente reattivo alternativo a stirene e vinil toluene, attualmente utilizzati in industria, in grado di migliorare l’aspetto di sicurezza e pericolosità legato alla manipolazione e all’utilizzo dei diluenti, mantenendo o migliorando le proprietà finali della resina. I diluenti selezionati sono circa 30, in base a indicazioni di pericolo EH&S, proprietà chimico fisiche, funzionalità e odore. Sono stati caratterizzati sia i diluenti reattivi puri che i rispettivi formulati uretano acrilato formati da resina addizionata di diluente reattivo. Le proprietà studiate sono state: reattività e comportamento reologico (viscosità e gel time), temperatura di transizione vetrosa (Tg), assorbimento d’acqua, ritiro volumetrico e proprietà meccaniche di resistenza a flessione (3-point bending) e impatto (Charpy). Sulla base dei risultati di screening, sono stati selezionati i diluenti reattivi più performanti e sono stati utilizzati per creare materiali compositi a matrice uretan acrilato rinforzati con fibra di vetro unidirezionale, ottenuti con tecnica di infusione sotto vuoto. Infine sono state caratterizzate le proprietà dei materiali compositi per valutarne la resistenza a flessione, a trazione, all’impatto, l’interlaminar shear strenght (ILSS) e l’assorbimento d’acqua.