Ottenimento di eccezionali prestazioni meccaniche/di adesione da parte del nanocomposito epossidico come calcestruzzo

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9157 (2023) Citare questo articolo

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L'ancoraggio delle armature in acciaio nelle strutture in calcestruzzo è un metodo comune nel settore dell'edilizia e delle costruzioni. Questa ricerca si concentra sul miglioramento delle proprietà meccaniche/di adesione dell'adesivo nanocomposito epossidico preparato utilizzando il trattamento superficiale dei nano riempitivi SiO2 mediante glicidossipropiltrimetossisilano (GPTMS). A questo scopo, le particelle di nano silice sono state silanizzate tramite un facile metodo sol-gel a concentrazioni di silano di 1, 5, 10 e 20X (cioè X è la concentrazione stechiometrica di silano). Le nanoparticelle sono state caratterizzate attentamente mediante tecniche FTIR, TGA, XRD e XPS. Si è riscontrato che il rapporto di innesto GPTMS più elevato è stato ottenuto con una concentrazione di silano pari a 10X. Le nanoparticelle pure e silanizzate sono state aggiunte a una resina epossidica a due componenti e sono state confrontate per le proprietà di trazione e compressione. Si è riscontrato che la modifica superficiale della nanosilice ha causato un miglioramento della resistenza, del modulo, della resistenza alla compressione e del modulo di compressione del 56, 81, 200 e 66% rispetto all'adesivo epossidico originale e anche del 70, 20, 17 e 21% rispetto all'adesivo epossidico originale. adesivo contenente nanosilice pura. Ha inoltre causato un miglioramento del 40 e del 25% nella forza di estrazione, un miglioramento del 33 e del 18% nello spostamento di estrazione e del 130 e 50% nell'energia di adesione rispetto rispettivamente agli adesivi contenenti silice incontaminata e grezza.

Il calcestruzzo è uno dei materiali da costruzione più preziosi che si trova ovunque sia presente un'infrastruttura1,2,3,4. Le armature, sotto forma di rinforzo, vengono utilizzate per collegare in rete la fondazione e le colonne5,6,7. Inoltre, un'altra delle loro applicazioni più importanti nelle fondazioni è l'implementazione dei conigli per prevenire giunti di costruzione nel calcestruzzo8. Per rinforzare il calcestruzzo nelle strutture, le armature sono collegate con fili, in modo che il sistema di ancoraggio sia saldamente inserito nel calcestruzzo9,10.

Il legame tra cemento e armatura in acciaio svolge un ruolo importante nel comportamento fisico-chimico del sistema di ancoraggio10,11. In generale, le crepe nel calcestruzzo sono generate da sollecitazioni di trazione, che possono essere provocate da sovraccarico, variazioni di temperatura e ritiro, e provocano connessioni inadeguate, slittamento delle armature e cedimento degli ancoraggi12,13. Sono stati compiuti molti sforzi per migliorare l'adesione delle armature in acciaio nel calcestruzzo cementizio, inclusa l'applicazione di materiali polimerici sulla superficie delle armature (ad esempio rivestimenti14, resine epossidiche15, ecc.) e la modifica della progettazione della miscela di calcestruzzo (ad esempio con nanoparticelle16, fibre17, ecc. ).

Generalmente gli adesivi per calcestruzzo si dividono in due tipologie: a base epossidica e a base lattice/polimero18. Questo tipo di materiali vengono utilizzati per riparare il calcestruzzo, sigillarlo, aumentare le proprietà fisico-chimiche del calcestruzzo e collegare il calcestruzzo vecchio a quello nuovo19. Alcuni dei vantaggi degli adesivi strutturali sono il rafforzamento della struttura e l'aumento della connessione tra i materiali, l'utilizzo in ambienti umidi, il collegamento di elementi con una sezione trasversale, resistenza alla corrosione e un'implementazione rapida e semplice20,21. Piantare tondo per cemento armato o bullone è uno dei metodi più comunemente utilizzati nel settore edile. Ciò include un'ampia gamma di collegamenti strutturali e non strutturali, nonché il rafforzamento delle strutture22,23. Da questo punto di partenza, il miglioramento delle proprietà adesive è la tecnica più efficace per prevenire danni strutturali rafforzando il legame metallo-calcestruzzo24.

Al giorno d'oggi, gli adesivi a base epossidica sono tra gli adesivi più apprezzati per i sistemi di ancoraggio delle armature in acciaio, grazie alla loro elevata forza di adesione, compattazione rapida ed eccessiva, impermeabilità all'umidità, all'acqua di mare, ai liquami e ai materiali petroliferi, significativa resistenza alle vibrazioni e alle sollecitazioni strutturali ed elevata proprietà meccaniche19,25.

Dal 1980 in poi, ricercatori come Bloxham26, Van Gemert et al.27 e Swamy et al.28 hanno condotto studi sul rinforzo del calcestruzzo con armature in acciaio utilizzando adesivi epossidici.