Produzione e caratterizzazione di schiume inorganiche a base geopolimerica

Scopo di questa tesi di laurea sperimentale (LM) è stata la produzione di geopolimeri a base metacaolinitica con una porosità controllata. Le principali tematiche affrontate sono state: -la produzione di resine geopolimeriche, studiate per individuare le condizioni ottimali ed ottenere successivamente geopolimeri con un’ultra-macro-porosità indotta; -lo studio dell’effetto della quantità dell’acqua di reazione sulla micro- e meso-porosità intrinseche della struttura geopolimerica; -la realizzazione di schiume geopolimeriche, aggiungendo polvere di Si, e lo studio delle condizioni di foaming in situ; -la preparazione di schiume ceramiche a base di allumina, consolidate per via geopolimerica. Le principali proprietà dei campioni così ottenuti (porosità, area superficiale specifica, grado di geopolimerizzazione, comportamento termico, capacità di scambio ionico sia delle resine geopolimeriche che delle schiume, ecc.) sono state caratterizzate approfonditamente. Le principali evidenze sperimentali riscontrate sono: A)Effetto dell’acqua di reazione: la porosità intrinseca del geopolimero aumenta, sia come quantità che come dimensione, all’aumentare del contenuto di acqua. Un’eccessiva diluizione porta ad una minore formazione di nuclei con l’ottenimento di nano-precipitati di maggior dimensioni. Nelle schiume geopolimeriche, l’acqua gioca un ruolo fondamentale nell’espansione: deve essere presente un equilibrio ottimale tra la pressione esercitata dall’H2 e la resistenza opposta dalla parete del poro in formazione. B)Effetto dell’aggiunta di silicio metallico: un elevato contenuto di silicio influenza negativamente la reazione di geopolimerizzazione, in particolare quando associato a più elevate temperature di consolidamento (80°C), determinando una bassa geopolimerizzazione nei campioni. C)Effetto del grado di geopolimerizzazione e della micro- e macro-struttura: un basso grado di geopolimerizzazione diminuisce l’accessibilità della matrice geopolimerica determinata per scambio ionico e la porosità intrinseca determinata per desorbimento di N2. Il grado di geopolimerizzazione influenza anche le proprietà termiche: durante i test dilatometrici, se il campione non è completamente geopolimerizzato, si ha un’espansione che termina con la sinterizzazione e nell’intervallo tra i 400 e i 600 °C è presente un flesso, attribuibile alla transizione vetrosa del silicato di potassio non reagito. Le prove termiche evidenziano come la massima temperatura di utilizzo delle resine geopolimeriche sia di circa 800 °C.

Rilevamento geologico-strutturale lungo la Linea di Belluno nella zona di Monte Piad (Provincia di Belluno)

Il prodotto principale del lavoro è la Carta Geologica alla scala 1:5.000 che ha portato un avanzamento delle conoscenze nella zona in esame. Dal punto di vista stratigrafico il Gruppo dei Calcari Grigi è stato suddiviso nelle formazioni già distinte nei Fogli CARG Tione, Malè, Trento e Asiago: la Formazione di Monte Zugna, Fm. Di Loppio, Fm. Di Rotzo, Fm. Di Grigno. È stato possibile anche rilevare e cartografare l’Oolite di S. Vigilio, anche detta Encrinite di Monte Agaro, con uno spessore di circa 5 m sino alla zona di Sass de Falares, cioè più ad est di quanto noto in letteratura. E’ stato osservato che la Linea di Belluno non è un piano unico, ma comprende altre due faglie: la Linea di Monte Piad che consiste in una faglia inversa che taglia in cerniera l’Anticlinale del Monte Coppolo, e poco a sud la Linea di Sasso Falares che rappresenta la faglia che ha generato la piega per propagazione di faglia del Coppolo, e proseguendo poi verso l’alto ha tagliato tutta la piega emergendo in superficie. In tal modo si forma il duplex di Sasso Falares, arrangiato in una blanda coppia anticinale-sinclinale tipica della geometria di queste strutture, che risulta delimitato a nord dalla linea omonima e a sud dalla L. di Belluno s.s. che si incontrano a quota circa 700 m. Si è potuta anche ricostruire la cinematica del piano principale del thrust di Belluno studiando l’affioramento eccezionale messo a nudo di recente. Gli assi degli sforzi, agenti in compressione, ricostruiti tramite l’analisi meso-strutturale, testimoniano una compressione orientata NNW-SSE, correlabile con l’Evento Valsuganese del Serravalliano-Tortoniano, legato ad un asse compressivo N340 che rappresenta l’evento principale nella regione sudalpina. Anche l’Evento compressivo del Cattiano-Burdigalliano con asse N30 ed una compressione orientata circa E-W correlabile con l’Evento Scledense del Messiniano-Pliocene risultano dall’analisi strutturale.

Rilevamento geologico – strutturale lungo la Linea di Belluno nella zona di Sass de Falares (Provincia di Belluno)

Il lavoro si propone di definire l’assetto geologico strutturale dell’area compresa tra la Valle del Torrente Cismon ed il Sass de Falares, a nord di Lamon (BL). Le novità che si sono potute aggiungere alla cartografia esistente, dal punto di vista stratigrafico sono: 1) La suddivisione del gruppo dei Calcari Grigi in quattro formazioni presenti più a occidente, quali la formazione di Monte Zugna, la formazione di Loppio, la formazione di Rotzo e la formazione del Grigno che in queste zone non erano ancora state evidenziate. La presenza di diffusi noduli di selce grigio-giallastra presenti nella parte medio-alta della formazione di Monte Zugna che testimoniano la persistenza di un ambiente subtidale nel Lias al passaggio tra Alto di Trento e Bacino Bellunese. 2) La presenza dell’Encrinite di Monte Agaro (Oolite di S.Vigilio) con uno spessore esiguo di 5 m sul Monte Coppolo ed anche in cresta a Sass de Falares. In ambito tettonico: 1) Si è accertato che l’anticlinale del Monte Coppolo è tagliata dalla faglia inversa del M.Piad con direzione circa E – O e immergente a N con un’inclinazione di circa 70° spezzando la piega quasi in cerniera; la si può riconoscere sul versante S ed E del M. Coppolo dove disloca la Fm. di M. Zugna e la Dolomia Principale. 2) Si è ricostruito l’assetto tettonico del Sass de Falares, che risulta essere una scaglia tettonica (duplex) compresa tra la Linea di Sass de Falares e la Linea di Belluno. 3) L’Anticlinale del M. Coppolo si è generata per propagazione di una faglia che corrisponde alla Linea di Sass de Falares che in seguito ha tagliato l’anticlinale con meccanismi di fault bend folding. Infine per ultima si è formata la Linea di Belluno s.s. a basso angolo con un raccorciamento maggiore di 2 km. Il sovrascorrimento di Belluno pertanto non è una struttura unica ma si sfrangia in 3 strutture tettoniche separate: Linea di M.Piad, Linea di Sass de Falares e Linea di Belluno s.s. 4) In Val della Selva è stato invece fatta la scoperta più importante di questo lavoro, visto che si è potuto osservare direttamente il piano principale della Linea di Belluno affiorante sulla strada forestale che porta verso la località Pugnai e quindi studiarlo e tracciarlo con precisione sulla carta. Esso ha direzione N68 ed un inclinazione di 30° verso NNW; mette a contatto la Fm. di M. Zugna con la Maiolica. Nell’affioramento si è potuta definire l’anatomia della zona di taglio con associazioni di piani R, R’, P e tettoniti S-C. 5) La ricostruzione della sezione geologica ci ha permesso di riconoscere l’organizzazione degli strati coinvolti nella deformazione. Attraverso programmi appositi quali Georient e Software Carey sono stati ricostruiti gli assi di massima compressione tramite l’analisi meso-strutturale: essi testimoniano una compressione orientata NNW-SSE, in accordo con l’Evento Valsuganese del Serravalliano-Tortoniano, legato ad un asse compressivo N340 che rappresenta l’evento principale nella regione sudalpina, ma sono stati riconosciuti anche assi di compressione orientati NE-SW e circa E-W correlabili con l’Evento Insubrico del Miocene inf. e con l’Evento Scledense del Messiniano - Pliocene.

Analisi dei depositi trasgressivi ed olocenici in un settore della piattaforma continentale della Sicilia Settentrionale

La morfologia della piattaforma continentale della Sicilia Settentrionale è il risultato dell'assetto geodinamico della zona e delle più recenti fluttuazioni glacioeustatiche del livello marino.Oggetto di questa tesi è stato lo studio degli elementi geomorfologici sommersi, risalenti all’ultima trasgressione marina, e del cuneo sedimentario olocenico da cui sono sepolti. Tramite i dati forniti da strumenti geofisici, quali l’ecoscandaglio a fascio multiplo (Multibeam) e i profili sismici Chirp Sub-bottom, è stato possibile lo studio di tali elementi e la redazione di due mappe che riportano le isobate delle profondità della superficie di massima ingressione marina e degli isospessori del cuneo olocenico di stazionamento alto. I depositi, nel corso del lavoro, sono stati suddivisi per facilitare la loro descrizione. L'analisi dei depositi trasgressivi ha permesso il riconoscimento di elementi morfologici quali frecce litorali (spit), isole barriera (barrier island), sistemi barriera-laguna e un sistema deltizio sommerso. Queste elementi sono stati ricondotti dunque ad una piattaforma relitta, ormai sommersa, le cui morfologie sono state plasmate dall'ultima trasgressione marina. Grazie ai profili chirp subbottom è stato inoltre possibile riconoscere un basamento carbonatico Meso-Cenozoico con un area di 23 km². I depositi olocenici di stazionamento alto occupano circa l'88% della superficie della piattaforma analizzata. Gli spessori maggiori, corrispondenti a 25m, sono stati riscontrati in prossimità della costa da cui degradano verso nord fino ad estinguersi. L'estensione del cuneo olocenico risulta essere influenzata dalle correnti, che trasportano i sedimenti verso est, dalla presenza degli alti morfologici, in prossimità della cui superficie i sedimenti si arrestano, e dall'apporto fluviale fornito dalle fiumare che sfociano nella zona analizzata. Quest'ultimo è il fattore che influenza maggiormente lo spessore del cuneo. Nelle aree di piattaforma prossime alle foci fluviali inoltre è stata riscontrata la deposizione di materiali grossolani che lateralmente sfumano a fini attraverso contatti eteropici.

Studio e Realizzazione del Modello RVE (Representative Volume Element) per componenti polimerici realizzati in stampa 3D FDM

A fianco ai metodi più tradizionali, fin ora utilizzati, le tecnologie additive hanno subito negli ultimi anni una notevole evoluzione nella produzione di componenti. Esse permettono un ampio di range di applicazioni utilizzando materiali differenti in base al settore di applicazione. In particolare, la stampa 3D FDM (Fused Deposition Modeling) rappresenta uno dei processi tecnologici additivi più diffusi ed economicamente più competitivi. Gli attuali metodi di analisi agli elementi finiti (FEM) e le tecnologie CAE (Computer-Aided Engineering) non sono in grado di studiare modelli 3D di componenti stampati, dal momento che il risultato finale dipende dai parametri di processo e ambientali. Per questo motivo, è necessario uno studio approfondito della meso struttura del componente stampato per estendere l’analisi FEM anche a questa tipologia di componenti. Lo scopo del lavoro proposto è di creare un elemento omogeneo che rappresenti accuratamente il comportamento di un componente realizzato in stampa 3D FDM, questo avviene attraverso la definizione e l’analisi di un volume rappresentativo (RVE). Attraverso la tecnica dell’omogeneizzazione, il volume definito riassume le principali caratteristiche meccaniche della struttura stampata, permettendo nuove analisi e ottimizzazioni. Questo approccio permette di realizzare delle analisi FEM sui componenti da stampare e di predire le proprietà meccaniche dei componenti a partire da determinati parametri di stampa, permettendo così alla tecnologia FDM di diventare sempre di più uno dei principali processi industriali a basso costo.

Niobium-based heterogeneous catalysts synthesised in supercritical carbon dioxide for selective olefin epoxidation

In this work, two different protocols for the synthesis of Nb2O5-SiO2 with a sol-gel route in which supercritical carbon dioxide was used as solvent have been developed. The tailored design of the reactor allowed the reactants to come into contact only when supercritical CO2 is present, and the high-throughput experimentation scCO2 unit allowed the screening of synthetic parameters, that led to a Nb2O5 incorporation into the silica matrix of 2.5 wt%. N2-physisorption revealed high surface areas and the presence of meso- and micropores. XRD allowed to demonstrate the amorphous character of these materials. SEM-EDX proved the excellent dispersion of Nb2O5 into the silica matrix. These materials were tested in the epoxidation of cyclooctene with hydrogen peroxide, which is considered an environmentally friendly oxidant. The catalysts were virtually inactive in an organic, polar, aprotic solvent (1,4-dioxane). However, the most active scCO2 Nb2O5-SiO2 catalyst achieved a cyclooctene conversion of 44% with a selectivity of 88% towards the epoxide when tested in ethanol. Catalytic tests on cyclohexene revealed the presence of the epoxide, which is remarkable, considering that this substrate is easily oxidised to the diol. The behaviour in protic and aprotic solvents is compared to that of TS-1.

Numerical study on viscoelastic behavior of polypropylene fiber reinforced concrete subjected to temperature variations using LDPM theory

This thesis is focused on the viscoelastic behavior of macro-synthetic fiber-reinforced concrete (MSFRC) with polypropylene studied numerically when subjected to temperature variations (-30 oC to +60 oC). LDPM (lattice discrete particle model), a meso-scale model for heterogeneous composites, is used. To reproduce the MSFRC structural behavior, an extended version of LDPM that includes fiber effects through fiber-concrete interface micromechanics, called LDPM-F, is applied. Model calibration is performed based on three-point bending, cube, and cylinder test for plain concrete and MSFRC. This is followed by a comprehensive literature study on the variation of mechanical properties with temperature for individual fibers and plain concrete. This literature study and past experimental test results constitute inputs for final numerical simulations. The numerical response of MSFRC three-point bending test is replicated and compared with the previously conducted experimental test results; finally, the conclusions were drawn. LDPM numerical model is successfully calibrated using experimental responses on plain concrete. Fiber-concrete interface micro-mechanical parameters are subsequently fixed and LDPM-F models are calibrated based on MSFRC three-point bending test at room temperature. Number of fibers contributing crack bridging mechanism is computed and found to be in good agreement with experimental counts. Temperature variations model for individual constituents of MSFRC, fibers and plain concrete, are implemented in LDPM-F. The model is validated for MSFRC three-point bending stress-CMOD (crack mouth opening) response reproduced at -30 oC, -15 oC, 0 oC, +20 oC, +40 oC and +60 oC. It is found that the model can well describe the temperature variation behavior of MSFRC. At positive temperatures, simulated responses are in good agreement. Slight disagreement in negative regimes suggests an in-depth study on fiber-matrix interface bond behavior with varying temperatures.