Geminiano MANCUSI | Progetti

CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI MATERIALI COMPOSITI A MATRICE INORGANICA FRCM (FABRIC REINFORCED CEMENTITIOUS MATRIX)

Il materiale composito FRCM che si intende caratterizzare è costituito da una matrice cementizia e da trefoli di acciaio UHTSS (Ultra High Tensile Strength Steel). L’acciaio utilizzato deriva dall’evoluzione di un acciaio perlitico o ipereutettoidico, sottoposto ad un processo produttivo innovativo articolato nelle fasi di prima trafilatura grossolana, rinvenimento, placcatura in ottone o zinco, seconda trafilatura fine, taglio.La resistenza a trazione dei fili così ottenuti è molto elevata (da 2400 MPa a 4000 MPa). Il diametro dei fili, raggruppati in forma di piccoli trefoli, varia da 0.20 mm a 0.48 mm. I trefoli, a loro volta, sono assemblati in reti che sono infine inserite nella matrice inorganica. Il legame costitutivo degli FRCM, rilevabile con una prova di trazione monoassiale, è generalmente assimilabile ad una spezzata costituita da tre rami consecutivi, corrispondenti nell’ordine allo stadio di campione non fessurato (fase A), in fase di fessurazione (fase B) e fessurato (fase C). Conseguentemente, le proprietà meccaniche rilevanti sono: la resistenza ultima a trazione; la deformazione ultima a trazione; il modulo di elasticità a trazione nel campione non fessurato (fase A), se rilevabile; il modulo di elasticità a trazione nel campione in fase di fessurazione (fase B); il modulo di elasticità a trazione del campione fessurato (fase C); il punto di transizione tra le fasi A e B, se rilevabile. Il modulo elastico a trazione del campione fessurato coincide con quello del materiale di rinforzo. Nell’ambito del progetto di ricerca sarà adottato il seguente set-up sperimentale giudicato particolarmente valido per la qualificazione degli FRCM. Le prove saranno effettuate in controllo di spostamento su campioni piani di materiale con sezione trasversale rettangolare, la cui larghezza è tale da includere almeno 3 fasci (“strands”) di fibre nella direzione di prova (ordito o trama). I campioni saranno testati dopo un periodo di maturazione di almeno 14 giorni dalla data di preparazione durante i quali saranno stati conservati in una camera climatizzata a 20°C e 50% UR. Per evitare rotture localizzate nelle zone di afferraggio tra le mordacchie della macchina di trazione, i campioni saranno corredati, alle due estremità e da ambo i lati, di talloni di GFRP incollati con araldite. La resistenza ultima dei campioni, riferita all’area del rinforzo secco, sarà assunta pari al valore del carico corrispondente ad un’apertura media delle lesioni fissata convenzionalmente in 0.25mm. La velocità di avanzamento della traversa mobile della macchina di prova sarà di 0.2 mm/min. Una volta esaurita la fase non fessurata, caratterizzata da un andamento rettilineo del grafico carico-spostamento, la prova sarà proseguita attraverso successivi cicli di scarico e carico. Alla fine di ciascuna fase di scarico sarà misurato lo spostamento residuo, a partire dal quale, in base al numero di fessure apertesi sulla lunghezza del campione si potrà risalire al valor medio dell’apertura delle lesioni. La caratterizzazione meccanica sarà completata con lo studio degli effetti di cicli di gelo-disgelo e di esposizione ad ambienti umidi, alcalini o salini. Per quanto riguarda il primo tipo di effetti, i campioni saranno condizionati in una camera umida per una settimana, ad una umidità relativa del 100% e ad una temperatura di 38 °C; successivamente, saranno sottoposti a 20 cicli di gelo-disgelo. Ciascun ciclo consisterà di almeno 4 ore a -18 °C, seguite da 12 ore in una camera umida (100% di umidità relativa, 38 °C). Per quanto riguarda invece il secondo tipo di effetti, i campioni saranno invecchiati artificialmente mediante un’esposizione di 1000 ore ad un ambiente umido, secondo gli standard ASTM D 2247-11 e ASTM E 104-02; ad un ambiente salino, secondo gli standard ASTM D 1141-98 e ASTM C 581-03; ad un ambiente alcalino per immersione in soluzione con pH = 9,5 o superiore ed alla temperatura di 23 ± 2 °C.