Calcestruzzo fibrorinforzato modificato con PCM: indagine multiscala sul comportamento di legame

Abstract

Il calcestruzzo fibro-rinforzato (TRC) modificato con PCM è un materiale innovativo che combina le alte prestazioni mecchaniche del TRC e il comportamento termico dei materiali a cambiamento di fase (PCM). La caratteristica non-corrosiva del tessuto di fibre permette di ridurre lo spessore del copriferro con conseguente diminuzione del peso e possibilità di costruire strutture leggere. D'altronde, lo spessore ridotto degli elementi può portare ad una considerevole riduzione dell'inerzia termica. L'aggiunta di materiali a cambiamento di fase (PCM) può migliorare le prestazioni termiche grazie alla loro capacità di cambiare fase da solido a liquido e viceversa, in funzione della temperature. Quindi, il calore latente dovuto al cambiamento di fase può significativamente migliorare l'inerzia termica del componente. L'uso dei PCMs nelle matrici cementizie porta ad un miglioramento in termini di prestazioni energetiche ma d'altro canto va a ridurre le prestazioni meccaniche dell'elemento. Infatti i PCMs si comportano come dei vuoti nell'interfaccia matrice-tessuto di fibre diminuendo così il comportamento di legame tra i due componenti. Partendo da un'approfondita ricerca in letteratura, viene illustrata una panoramica sul comportamento globale del TRC e del PCM-TRC. In particolare, il comportamento di legame del TRC è approfondito come base per una proposta sperimentale per il PCM-TRC. In conclusione viene proposta un'indagine sperimentale multi-scala per la valutazione del comportamento di legame per il PCM-TRC variando differenti parametri come il tasso di contenuto di PCM, la temperature e la lunghezza di ancoraggio. La tesi si propone di dare un contributo alla letterature scientifica su questo materiale innovativo che rappresenta una soluzione efficace per il consolidamento delle strutture esistenti.

The PCM-modified textile reinforced concrete is an innovative material that combine the high mechanical perfomance of TRC and the thermal behavior of PCMs. The non-corrosive characteristic of the textile fabric allows to reduce the thickness of the concrete covers with a consequent decrease in self-weight and possibility to make light structure. Besides, the reduced thickness of the elements can lead to a considerable reduction of the thermal inertia. The addition of Phase Change Materials (PCMs) can avoid this problem since they are special materials able to change their phase from solid to liquid, and vice versa, as a function of temperature. So, the latent heat due to the phase change can significantly improve the thermal inertia of the component. The use of PCMs inside a cementitious matrix develops an improvement in terms of energy performance of the elements, but on the other hand, it reduces their mechanical performance. Some studies discovered that the PCMs behave as voids at matrix-textile interface decreasing the bond behavior between the two components. Starting from a deep research on literature, an overview about the global behavior of TRC and PCM-TRC is illustrated. In particular, the bond behavior of TRC is deepened as the basis for an experimental proposal for PCM-TRC. In conclusion a multi-scale experimental investigation is proposed in order to assess the bond behavior for PCM-TRC varying several parameters such as PCM content rate, temperature and anchorage length. The thesis aims to give a contribution to scientific literature on this innovative material which represents an effective solution for the strengthening of existing buildings.