Studio sperimentale sulle proprietà di trazione assiale del calcestruzzo fibrorinforzato con polipropilene

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 16383 (2023) Citare questo articolo

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Al fine di studiare le proprietà di trazione assiale del calcestruzzo rinforzato con fibra di polipropilene, in questo articolo viene sviluppato un dispositivo per prove di trazione assiale per calcestruzzo. Il dispositivo è composto da tre parti: telaio rigido, cerniera sferica ed estrattore e parte per la fabbricazione del provino. Il dispositivo di prova può misurare con precisione la resistenza alla trazione e la deformazione di picco del calcestruzzo e risolve perfettamente il problema dell'eccentricità dei provini di calcestruzzo sotto tensione. Può misurare la deformazione a trazione del segmento post-picco, in modo tale da poter ottenere l'intera curva sollecitazione-deformazione a trazione del processo. La prova di trazione assiale del calcestruzzo in fibra di polipropilene è stata eseguita utilizzando il dispositivo di prova di cui sopra e i risultati mostrano che la resistenza alla trazione del calcestruzzo può essere chiaramente migliorata aggiungendo fibra di polipropilene, che fa sì che la rottura per trazione del calcestruzzo mostri determinate caratteristiche plastiche. I risultati dei test mostrano che con l’aumento del contenuto di fibre, la resistenza alla trazione del calcestruzzo prima aumenta e poi diminuisce. Sono stati studiati gli effetti del contenuto di fibre di polipropilene e dell'età di stagionatura sulle proprietà di trazione del calcestruzzo ed è stato determinato il contenuto ottimale di fibre di polipropilene. Quando il contenuto di fibre è pari a 0,9 kg/m3, la resistenza alla trazione del calcestruzzo raggiunge il valore massimo. Contemporaneamente è stata effettuata la prova di trazione a fessura del calcestruzzo nelle stesse condizioni. Sono stati confrontati e analizzati il ​​fenomeno del danneggiamento e i risultati della prova di trazione assiale e della prova di trazione a spaccatura del calcestruzzo, ed è stata verificata l'applicabilità del nuovo dispositivo sviluppato nella prova di trazione assiale del calcestruzzo.

L’aggiunta di fibre di polipropilene al calcestruzzo può fornire vantaggi significativi, miglioramento dell’economia e della sostenibilità. Ad esempio, la combinazione di fibra e calcestruzzo può aumentare la resistenza alle fessurazioni del calcestruzzo1,2. La fibra di polipropilene ha eccellenti proprietà meccaniche, buona resistenza alla corrosione e prezzo basso. L'aggiunta di una quantità adeguata di fibra di polipropilene nel calcestruzzo può ovviamente migliorare le proprietà meccaniche e la resistenza alle fessurazioni del calcestruzzo3,4,5. Il ritiro plastico del calcestruzzo può essere ridotto del 12–25% aggiungendo lo 0,1–0,3% di fibra di polipropilene. Inoltre, la resistenza alla trazione e alla flessione del calcestruzzo dopo 7 e 28 giorni può essere aumentata, e il rapporto trazione-compressione a 28 giorni può essere aumentato del 46%. Ovviamente, le fibre di polipropilene possono migliorare significativamente le prestazioni del calcestruzzo6,7,8.

Attualmente, la maggior parte delle ricerche sulle proprietà meccaniche del calcestruzzo si concentrano sulle prestazioni del calcestruzzo sotto carichi di compressione e flessione, mentre gli studi sul comportamento a trazione assiale del calcestruzzo sono stati rari. Attualmente, la resistenza alla trazione del calcestruzzo viene misurata principalmente con il metodo indiretto, comprendente la prova di spaccatura9,10 e la prova di flessione11. La resistenza a trazione viene calcolata secondo la formula empirica, mentre lo stato tensionale interno del provino è più complicato; l'errore della resistenza a trazione misurata è maggiore e la deformazione ultima a trazione e la curva sforzo-deformazione a trazione del calcestruzzo non possono essere misurate12. La prova di trazione assiale è il metodo più adatto per testare la resistenza a trazione del calcestruzzo13. Diversi studiosi hanno effettuato esperimenti in merito.

Julia et al.14 hanno condotto contemporaneamente una prova di flessione su tre punti e una prova di trazione assiale. Nella prova di trazione assiale sono stati utilizzati provini cilindrici di calcestruzzo. Inoltre, è stato sviluppato un dispositivo per prove di trazione assiale. Le due estremità dei provini sono state bloccate da un dispositivo metallico per esercitare una forza di trazione, ma questo approccio non adotta alcuna misura per eliminare l'eccentricità. Kim et al.15 hanno utilizzato un provino con manubrio a sezione variabile e la concentrazione delle sollecitazioni è stata ridotta dalla sezione variabile, in modo che la parte centrale del provino fosse una zona di trazione uniforme. Liao et al.16 hanno progettato una serie di dispositivi di trazione assiale e morsetti per calcestruzzo e hanno eseguito contemporaneamente prove di trazione diretta e indiretta sul calcestruzzo. Kasagani e Rao17 hanno sviluppato un dispositivo di fissaggio per calcestruzzo del tipo a morsetto esterno che fissa le estremità superiore e inferiore del calcestruzzo e posiziona un anello di trazione su entrambe le estremità per eliminare l'eccentricità del provino. Questo metodo è stato utilizzato per misurare la sezione ascendente della curva sforzo-deformazione a trazione del calcestruzzo. Il lavoro sperimentale è stato condotto sotto tensione uniassiale con volumi di fibra di 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,50% di fibre di vetro mono, e i risultati hanno mostrato che la resistenza, la capacità di deformazione e la capacità di assorbimento di energia erano più elevate per Calcestruzzo rinforzato con fibra di vetro classificato rispetto al calcestruzzo rinforzato con fibra di vetro mono.