Caratterizzazione meccanica di calcestruzzi fibrorinforzati con fibre d'acciaio

L’utilizzo di materiali compositi come i calcestruzzi fibrorinforzati sta diventando sempre più frequente e diffuso. Tuttavia la scelta di nuovi materiali richiede una approfondita analisi delle loro caratteristiche e dei loro comportamenti. I vantaggi forniti dall’aggiunta di fibre d’acciaio ad un materiale fragile, quale il calcestruzzo, sono legati al miglioramento della duttilità e all'aumento di assorbimento di energia. L’aggiunta di fibre permette quindi di migliorare il comportamento strutturale del composito, dando vita ad un nuovo materiale capace di lavorare non solo a compressione ma anche in piccola parte a trazione, ma soprattutto caratterizzato da una discreta duttilità ed una buona capacità plastica. Questa tesi ha avuto come fine l’analisi delle caratteristiche di questi compositi cementizi fibrorinforzati. Partendo da prove sperimentali classiche quali prove di trazione e compressione, si è arrivati alla caratterizzazione di questi materiali avvalendosi di una campagna sperimentale basata sull’applicazione della norma UNI 11039/2003. L’obiettivo principale di questo lavoro consiste nell’analizzare e nel confrontare calcestruzzi rinforzati con fibre di due diverse lunghezze e in diversi dosaggi. Studiando questi calcestruzzi si è cercato di comprendere meglio questi materiali e trovare un riscontro pratico ai comportamenti descritti in teorie ormai diffuse e consolidate. La comparazione dei risultati dei test condotti ha permesso di mettere in luce differenze tra i materiali rinforzati con l’aggiunta di fibre corte rispetto a quelli con fibre lunghe, ma ha anche permesso di mostrare e sottolineare le analogie che caratterizzano questi materiali fibrorinforzati. Sono stati affrontati inoltre gli aspetti legati alle fasi della costituzione di questi materiali sia da un punto di vista teorico sia da un punto di vista pratico. Infine è stato sviluppato un modello analitico basato sulla definizione di specifici diagrammi tensione-deformazione; i risultati di questo modello sono quindi stati confrontati con i dati sperimentali ottenuti in laboratorio.

Synthesis of KOH-based geopolymers for innovative applications

This study presents an evaluation on compressive strength of metakaolin-based geopolymers synthetized by using different activators, KOH and NaOH. The influence of NaOH/KOH concentration ratio together with curing temperature and time were investigated to find the best results from the compressive strength tests of metakaolin-based geopolymers, synthesized with a commercial metakaolin. Aggregates of small grain size referred as fillers, were added to reduce brittleness, and minimize the pore size and shrinkage of the final mixture creating a stronger network. In this work, silt recovered from industrial processes of wash water used for aggregates production was used as a filler in the production of KOH-based geopolymers, examining the possible influence on the mechanical strength of the final product. The curing temperatures chosen for the synthesis were 85°C, 60°C and 40°C. The samples were tested after 7 days and 28 days, according to the UNI EN 1015-11:2019 applied on Ca-based cements, analyzing the differences in mechanical strength comparing samples with similar and different compositions. The study presented in total 72 synthetized geopolymer specimens that were analyzed with unconfined compression test (UCT). The characterization of the starting materials metakaolin and silt was carried out using X- ray diffraction analysis (XRD). Whereas, the formed geopolymers were analyzed using X- ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive X- ray spectroscopy (EDS).