Geminiano MANCUSI | Progetti

CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DI MATERIALI COMPOSITI A MATRICE INORGANICA FRCM

La ricerca proposta, di tipo sperimentale, rappresenta l’estensione di una sperimentazione già precedentemente avviata -con altro FARB- con lo scopo di definire una affidabile procedura per la caratterizzazione meccanica dei materiali compositi FRCM.La ricerca pregressa sviluppata dal proponente è consistita nela sperimentazione su campioni di materiale composito FRCM confezionati sia con fibre di carbonio, che di PBO e soprattutto di acciaio ad altissima resisteza UHTSS (Ultra High Tensile Strength Steel). In questo ultimo caso i compositi sono confezionati con trefoli di acciaio UHTSS, derivante 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, in grado di conferire una resistenza a trazione 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.Allo stato attuale delle conoscenze è opinione di molti ricercatori che il comportamento costitutivo uni-assiale dei compositi FRCM possa essere modellato per scopi tecnici per il tramite di legami aventi forma tri-latera, costituita da tre rami consecutivi corrispondenti, nell’ordine, allo stadio non fessurato (fase A), alla fase di fessurazione in atto (fase B) ed alla fase totalmente fessurata (fase C). Le proprietà meccaniche giudicate rilevanti sono: la resistenza ultima a trazione; la deformazione ultima a trazione; il modulo di elasticità a trazione nella fase A, nella fase B, nella fase C; il punto di transizione tra le fasi A e B; il punto di transizione tra le fasi B e C.Dalla sperimentazione pregressa è emerso innanzitutto che non è sempre possibile rilevare i suddetti punti di transizione. Ciò è in relazione alla maggiore o minore percentuale di rinforzo presente nel campione.E’ altresì emerso che non è sempre garantita una perfetta aderenza tra fibre e matrice: scorrimenti locali all’interfaccia sono stati osservati con riferimento alle fibre di carbonio e di PBO ed anche a quelle di acciaio UHTSS, sia pure per elevati livelli del carico applicato. In quest'ultimo caso sono ipotizzabili meccanismi di distensione geometrica dei trefoli di acciaio UHTTS, caratterizzati generalmente da un avvolgimento con torsione dei fili più esterni.Tutto ciò suggerisce innanzitutto un approfondimento della sperimentazione sul comportamento uniassiale dei campioni di composito FRCM (primo obiettivo del presente progetto di ricerca).E’ inoltre giudicato essenziale analizzare in forma parallela e combinata con le prove di trazione uni-assiale anche la resistenza al distacco dal supporto muraro (secondo obiettivo del presente progetto di ricerca).Le prove di trazione uni-assiale saranno effettuate, come già finora fatto, in controllo di spostamento su campioni piani di materiale avente sezione trasversale rettangolare, la cui larghezza sia tale da includere almeno 3 fasci (“strands”) di fibre nella direzione di prova (ordito o trama). Lo spessore sarà invece definito anche in ragione delle esigenze di confronto con i risultati dei test di delaminazione. Per evitare rotture localizzate nelle zone di afferraggio tra le mordacchie della macchina di trazione, i campioni saranno ancorati, alle due estremità, in uno speciale device metallico appositamente realizzato.Le prove di distacco saranno invece eseguite su campioni costituiti da un substrato normalizzato di muratura, rinforzato con strati di FRCM, avendo cura che siano identici lo spessore del rinforzo e quello dei campioni sperimentati in regime di trazione uni-assiale con prova di trazione diretta.