Studio sperimentale delle proprietà meccaniche e termiche della pasta di cemento con materiali a cambiamento di fase microincapsulati e materiali bidimensionali

Abstract

Lo sviluppo di materiali da costruzione in grado di conciliare prestazioni strutturali ed efficienza energetica è diventato una sfida fondamentale nel settore edile. In questo contesto, i materiali a cambiamento di fase (PCM) hanno suscitato un interesse crescente grazie alla loro capacità di immagazzinare e rilasciare calore latente, contribuendo così alla regolazione termica degli ambienti interni. Tuttavia, l'incorporazione di PCM nei compositi cementizi rimane limitata dalla riduzione delle prestazioni del materiale associata alla presenza di inclusioni morbide all'interno della matrice cementizia. Parallelamente, i materiali bidimensionali (2D) si sono affermati come promettenti additivi multifunzionali per i sistemi a base di cemento, grazie al loro potenziale di influenzare sia le proprietà meccaniche che termiche. In questo contesto, la presente tesi indaga l'integrazione di PCM e materiali 2D in sistemi cementizi attraverso un duplice approccio sperimentale. La prima fase si concentra su compositi di pasta di cemento contenenti PCM microincapsulati (MPCM) insieme a grafene a pochi strati (FLG) e nitruro di boro esagonale (h-BN), con l'obiettivo di valutare l'influenza del tipo e del dosaggio del materiale 2D sul comportamento meccanico e termofisico del materiale. La seconda fase esplora percorsi alternativi per l'integrazione di PCM e materiali 2D attraverso sistemi a base di bio-PCM e aggregati di legno leggero rivestiti, estendendo così lo studio verso un concetto più ampio di materiale multifunzionale. Il lavoro è ulteriormente supportato da una revisione sistematica della letteratura basata su PRISMA, relativa a studi sperimentali su sistemi a base di cemento che incorporano PCM microincapsulati e nanomateriali bidimensionali, condotta per identificare le strategie prevalenti di PCM e incapsulamento, gli approcci di dispersione, le tendenze prestazionali e le lacune di ricerca esistenti.

I risultati ottenuti nella prima fase confermano la penalizzazio

The development of building materials capable of reconciling structural performance with energy efficiency has become a major challenge in the construction sector. Within this context, phase change materials (PCM) have attracted increasing attention owing to their ability to store and release latent heat, thereby contributing to the thermal regulation of indoor environments. Nevertheless, the incorporation of PCM into cementitious composites remains limited by the reduction in material performance associated with the presence of soft inclusions within the cement matrix. In parallel, two-dimensional (2D) materials have emerged as promising multifunctional additives for cement-based systems because of their potential to affect both mechanical and thermal properties. Against this background, the present thesis investigates the integration of PCM and 2D materials in cementitious systems through a dual experimental approach. The first stage focuses on cement paste composites incorporating microencapsulated PCM (MPCM) together with few-layer graphene (FLG) and hexagonal boron nitride (h-BN), with the aim of assessing the influence of 2D material type and dosage on the mechanical and thermophysical behaviors of the material. The second stage explores alternative routes for integrating PCM and 2D materials through bio-PCM-based systems and coated lightweight wood aggregates, thereby extending the study towards a broader multifunctional material concept. The work is further supported by a PRISMA-based systematic literature review on experimental studies on cement-based systems incorporating microencapsulated PCM and two-dimensional nanomaterials, undertaken to identify prevailing PCM and encapsulation strategies, dispersion approaches, performance trends, and existing research gaps. The results obtained in the first stage confirm the mechanical penalty induced by PCM incorporation, while also demonstrating that this effect can be partially mitigated at selected 2D dosages. I