Potenziamento della duttilità del calcestruzzo leggero ad alta resistenza rinforzato con fibre sostenibili

In questo articolo, intitolato "Ductility Enhancement of Sustainable Fibrous-Reinforced High-Strength Lightweight Concrete", gli autori esplorano una soluzione innovativa per migliorare le proprietà del calcestruzzo leggero ad alta resistenza.

Si tratta di una pubblicazione internazionale a cura di Md. Akter Hosen¹,* , Mahaad Issa Shammas^1*, Sukanta Kumer Shill² , Safat Al-Deen³, Mohd Zamin Jumaat⁴ e Huzaifa Hashim⁴

Il calcestruzzo leggero ad alta resistenza è un materiale ampiamente utilizzato nell'industria delle costruzioni per la sua resistenza e leggerezza. Tuttavia, presenta una limitata duttilità, che può influire sulla sua capacità di assorbire energia e resistere alle deformazioni.

Gli autori propongono l'utilizzo di fibre sostenibili come rinforzo per migliorare la duttilità del calcestruzzo leggero ad alta resistenza. Le fibre sostenibili utilizzate includono fibre di cocco e fibre di polipropilene riciclato. Queste fibre possono migliorare la coesione del calcestruzzo, aumentare la sua capacità di assorbire energia e migliorare la sua resistenza alla fessurazione.

¹ Department of Civil and Environmental Engineering, College of Engineering, Dhofar University,
P.O. Box 2509, Salalah PC 211, Oman
² School of Engineering, Deakin University, Waurn Ponds, VIC 3216, Australia; sukanta.shill@deakin.edu.au
³ School of Engineering and Information Technology, The University of New South Wales,
Canberra, ACT 2612, Australia; s.al-deen@adfa.edu.au
⁴ Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Malaya,
Kuala Lumpur 50603, Malaysia; zamin@um.edu.my (M.Z.J.); huzaifahashim@um.edu.my (H.H.)
* Correspondence: mdhosen@du.edu.om (M.A.H.); mahad@du.edu.om (M.I.S.)

Lo studio include prove sperimentali per valutare le proprietà meccaniche del calcestruzzo rinforzato con fibre sostenibili. I risultati mostrano un significativo miglioramento della duttilità e della resistenza alla fessurazione del calcestruzzo leggero ad alta resistenza rinforzato con fibre di cocco e fibre di polipropilene riciclato. Questo potrebbe aprire nuove opportunità per l'utilizzo di materiali sostenibili nel settore delle costruzioni.

L'articolo evidenzia l'importanza del miglioramento delle proprietà del calcestruzzo leggero ad alta resistenza per garantire la sicurezza e la durabilità delle strutture. L'utilizzo di fibre sostenibili come rinforzo offre vantaggi sia dal punto di vista delle prestazioni tecniche che dell'aspetto ambientale. La ricerca evidenzia il potenziale delle soluzioni sostenibili nel settore delle costruzioni e invita a ulteriori studi e sviluppi in questo campo.

L'estratto dell'articolo

Traduzione dell'estratto originale dell'articolo

Per limitare le dimensioni della sezione trasversale delle strutture in calcestruzzo, il calcestruzzo leggero e ad alta resistenza è preferito per la progettazione e la costruzione di elementi strutturali. Tuttavia, il principale svantaggio del calcestruzzo leggero e ad alta resistenza è la sua fragilità rispetto al calcestruzzo di peso normale. La duttilità del calcestruzzo è un fattore cruciale, che svolge un ruolo importante quando le strutture in calcestruzzo sono sottoposte
a situazioni estreme, come terremoti e vento. Questo studio mira a migliorare la duttilità del calcestruzzo leggero e ad alta resistenza incorporando fibre d'acciaio.

Sono stati preparati campioni di cemento leggero ad alta resistenza rinforzati con fibre d'acciaio e la loro duttilità è stata sistematicamente esaminata. Il POC è stato utilizzato come aggregati e materiali cementizi supplementari. Nel calcestruzzo sono state utilizzate fibre d'acciaio da 0-1-50% (in volume), con un incremento dello 0,5%, quando utilizzate nella mescolazione del calcestruzzo. La duttilità di compressione, la duttilità di spostamento e la duttilità energetica sono state utilizzate come indicatori per valutare il miglioramento della duttilità. Inoltre, sono state studiate la resistenza alla compressione, la resistenza alla flessione, il comportamento di deformazione-deformazione, il modulo di elasticità, le caratteristiche di carico-spostamento, la capacità di assorbimento di energia e la deformabilità dei campioni di calcestruzzo.

La duttilità di compressione, la duttilità di spostamento e gli indici di duttilità energetica sono stati aumentati fino al 472%, 140% e 568% rispetto ai campioni di controllo (calcestruzzo con lo 0% di fibre d'acciaio), rispettivamente. Inoltre, la deformabilità e la capacità di assorbimento di energia del calcestruzzo sono state aumentate al 566% e al 125%, rispettivamente.

Pertanto, calcestruzzo a base di POC, ad alta resistenza, fibroso e leggero potrebbe funzionare meglio del calcestruzzo convenzionale in condizioni di carico estreme come ha dimostrato la duttilità significativamente più elevata.

Le Conclusioni

Questo studio rivela un miglioramento del comportamento duttile e delle proprietà meccaniche del calcestruzzo leggero ad alta resistenza a base di scorie di olio di palma (POC) incorporando fibre di acciaio ad estremità uncinate (0-1,5% in volume, con incrementi del 0,5%). Sulla base dei risultati sperimentali, si possono trarre le seguenti conclusioni:

1. La duttilità a compressione del calcestruzzo leggero ad alta resistenza a base di POC con il 1,0% di fibre d'acciaio è risultata sei volte superiore rispetto al controllo (campione di calcestruzzo senza fibre d'acciaio al 0%). Questo miglioramento della duttilità migliorerà significativamente le prestazioni delle strutture in calcestruzzo leggero ad alta resistenza soggette a carichi sismici e di vento.
2. L'aggiunta di fibre d'acciaio al calcestruzzo leggero ad alta resistenza a base di POC ha determinato un aumento della duttilità a deformazione fino al 140% rispetto al campione di controllo. Inoltre, la duttilità energetica del calcestruzzo leggero ad alta resistenza a base di POC è aumentata fino al 568% rispetto al campione di controllo.
3. La deformabilità del calcestruzzo corrispondente allo sforzo di picco è aumentata fino al 566% grazie all'aggiunta delle fibre d'acciaio. L'aumento della deformabilità del calcestruzzo leggero ad alta resistenza provoca una rottura duttile delle strutture in calcestruzzo in condizioni estreme.
4. Sebbene la resistenza a compressione a 28 giorni del calcestruzzo leggero ad alta resistenza a base di POC sia aumentata fino al 19%, la resistenza a flessione è aumentata da 5,5 MPa a 15,17 MPa. Questo significativo miglioramento della resistenza a flessione del calcestruzzo leggero ad alta resistenza a base di POC comporta un aumento sostanziale della capacità di momento di cricca degli elementi strutturali.
5. Il modulo di elasticità e la capacità di assorbimento dell'energia del calcestruzzo leggero ad alta resistenza a base di POC sono aumentati rispettivamente fino al 40% e al 125%.
6. Complessivamente, la duttilità e le proprietà meccaniche del calcestruzzo leggero ad alta resistenza a base di POC sono state notevolmente migliorate grazie all'aggiunta di fibre d'acciaio ad estremità uncinate.

Parole chiave:
Duttilità di compressione; duttilità di spostamento; duttilità energetica; deformabilità; energia di assorbimento; fibrorinforzato; calcestruzzo leggero

In allegato l'articolo integrale