Cenni sul trattamento di degasaggio e assorbimento d'acqua. I campioni di PFC vengono quindi posti in un recipiente chiuso che è stato depressurizzato utilizzando una pompa a vuoto, e l'acqua introdotta dalla superficie esterna verso l'interno. Credito:Università di Kanazawa
Il calcestruzzo è il materiale da costruzione più utilizzato al mondo e di conseguenza viene continuamente sviluppato per soddisfare i requisiti moderni. Gli sforzi per migliorare la resistenza del calcestruzzo hanno portato a segnalazioni di calcestruzzo esente da porosità (PFC), il cemento più duro testato fino ad oggi. Alcune delle proprietà di base del PFC sono già state esplorate, e ora un team che include l'Università di Kanazawa ha sondato la risposta all'impatto di questo materiale innovativo. I loro risultati sono pubblicati in Rivista internazionale di ingegneria civile .
Il calcestruzzo ad altissima resistenza offre vantaggi significativi, tra cui la riduzione del peso delle grandi strutture e la protezione da disastri naturali e impatti accidentali. Il PFC è un calcestruzzo ad altissima resistenza le cui proprietà possono essere ulteriormente migliorate incorporando fibre di acciaio.
Il modo in cui viene preparato il PFC porta a pochissimi vuoti nel materiale finale, che gli conferisce la sua elevata resistenza:400 MPa possono essere applicati al PFC prima che si guasti, rispetto a 20-30 MPa per calcestruzzo standard. Alcune delle proprietà del materiale di base del PFC rinforzato con fibre di acciaio sono già state riportate; ora i ricercatori hanno valutato la risposta all'impatto di una gamma di preparati PFC con diversi contenuti di fibre d'acciaio e altezze di sezione.
"Il continuo sviluppo dei materiali da costruzione è particolarmente importante nelle aree in cui frequenti disastri naturali minacciano l'integrità delle strutture, " Spiega l'autore principale dello studio Yusuke Kurihashi. "Abbiamo effettuato test di impatto su una varietà di campioni di PFC rinforzati con fibre di acciaio per determinare le loro reazioni, e così facendo, accelerare l'applicazione diffusa di PFC nei progetti di costruzione. I nostri test sono progettati per simulare le risposte a eventi come cadute di massi, esplosioni e oggetti volanti."
Processo di polimerizzazione. Dopo il trattamento di assorbimento dell'acqua, il campione è stato sottoposto a polimerizzazione a vapore (velocità di riscaldamento:15 ºC/h, temperatura massima:90 ºC, tempo massimo di mantenimento della temperatura:48 h, velocità di raffreddamento:15 ºC/h). Prossimo, polimerizzazione a caldo (velocità di riscaldamento:60 ºC/h, temperatura massima:180 ºC, tempo massimo di mantenimento della temperatura:48 h, velocità di raffreddamento:60 ºC/h, 1 atm) è stato applicato. Credito:Università di Kanazawa
Condizione di guasto dopo il carico d'urto. Il grado di danneggiamento delle travi può essere ridotto modificando la velocità di miscelazione della fibra di acciaio nella trave PFC da 1 a 2 vol.%. Credito:Università di Kanazawa
I ricercatori hanno fatto due scoperte chiave. in primo luogo, hanno osservato che aumentando il contenuto di fibra d'acciaio dall'1% al 2% si riduceva il danno dovuto all'impatto del 30%-50%. Questo significativo miglioramento delle prestazioni dovrebbe informare le future decisioni di progettazione dei materiali.
Inoltre, hanno dimostrato che era possibile prevedere il comportamento dei campioni con una precisione di circa l'80% confrontando i valori calcolati con quelli misurati, che contribuirà a snellire i processi di sviluppo.
"Speriamo che PFC contribuisca a migliorare la sicurezza degli edifici in futuro, " afferma il Dr. Kurihashi. "Sebbene sia necessario un lavoro sperimentale aggiuntivo e un'elaborazione statistica per tradurre completamente il PFC in applicazioni pratiche diffuse, i nostri risultati danno un contributo significativo alla comprensione del ruolo di PFC nel migliorare la sicurezza di molte grandi strutture compresi i grattacieli, ponti e strade».
