Articolo metodologico

Valutazione della resilienza ai disastri del calcestruzzo con nanoparticelle di biossido di titanio

DOI:

10.3791/68246

⸱

14 novembre 2025

 ,  ,  , 
1Department of Environmental Sciences, São Paulo State University | UNESP, 2Brazilian National Center for Monitoring and Alert Natural Disasters (Cemaden), 3Department of Biochemistry and Molecular Biology, Federal University of Goiás, 4Municipal Faculty Professor Franco Montoro| FMPFM, 5Adventist University Center of São Paulo| UNASP-EC

In questo articolo

Sommario

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Questo protocollo descrive la valutazione per stabilire se l'applicazione del biossido di titanio sul calcestruzzo ne migliora le proprietà fisiche, aumentandone così la resistenza agli effetti dei disastri naturali causati da eventi estremi.

Abstract

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Negli ultimi decenni, il verificarsi di eventi estremi si è intensificato in diverse regioni del mondo, infliggendo impatti sostanziali sulle economie, sulla sicurezza e sulla qualità della vita delle popolazioni colpite. Questa realtà sottolinea l'urgente necessità di soluzioni innovative per mitigare tali danni. In questo quadro, la nanotecnologia è emersa come un paradigma promettente, con nanoadditivi distinti come agenti efficaci per migliorare la durata, l'impermeabilità e la resistenza meccanica dei materiali da costruzione. Nanoparticelle come il biossido di titanio (TiO2), i nanotubi di carbonio (CNT), la silice, l'argilla e il rame (Cu) sono stati associati a miglioramenti nella durata, nel rapporto resistenza-peso, nella stabilità e nella resilienza sismica. L'integrazione di questi nanomateriali favorisce la densificazione della matrice cementizia riducendo vuoti e capillari, migliorando così l'impermeabilità e ostacolando l'infiltrazione di sostanze deleterie. Il presente studio offre un'indagine sperimentale integrata da una revisione completa della letteratura, comprese simulazioni di assorbimento d'acqua e valutazioni dell'integrità superficiale sia in materiali trattati che non trattati. L'obiettivo è valutare i contributi dei nanoadditivi alla sicurezza, alla durata e alla sostenibilità di fronte alle sfide poste dai cambiamenti climatici. I risultati indicano che un'aggiunta dell'1% di nanoTiO2 produce la massima resistenza meccanica, mentre concentrazioni più elevate tendono a ridurre i benefici dovuti all'agglomerazione delle particelle. Questa scoperta sottolinea l'importanza di ottimizzare il contenuto di nanoparticelle per migliorare la resilienza del calcestruzzo contro i disastri naturali, contribuendo a pratiche di costruzione sostenibili. Il confronto con gli additivi a base di rame rivela che, nonostante un certo aumento di resistenza relativa nel tempo, le formulazioni di rame non sono all'altezza delle prestazioni meccaniche, evidenziando il nanoTiO2 come agente più promettente per migliorare la durabilità del calcestruzzo in ambienti soggetti a disastri. Data la crescente frequenza di disastri ambientali, l'adattamento dell'edilizia civile attraverso l'incorporazione sostenibile di nanomateriali richiede un'attenta considerazione dei processi di sintesi, della stabilità a lungo termine e dei potenziali impatti ecologici associati alle interazioni delle nanoparticelle con componenti ambientali biotici e abiotici.

Introduzione

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Le catastrofi sono eventi estremi definiti dal verificarsi di fenomeni naturali in grado di mettere a rischio la società, come illustrato da inondazioni, frane, terremoti e altri eventi simili, che possono anche essere influenzati da fattori antropogenici1. Sulla scia del cambiamento climatico avvenuto nel 2024, nazioni africane come il Kenya, insieme a paesi asiatici tra cui Indonesia e Afghanistan, hanno subito gravi inondazioni, provocando centinaia di vittime e migliaia di senzatetto2. Dal 1998 al 2017, le inondazioni hanno colpito più di due miliardi di persone in tutto il mondo3. Secondo Marengo et al., tra il 2013 e il 2022, più di 2,2 milioni di case in Brasile sono state danneggiate, con un impatto su oltre 4,2 milioni di persone in 2.640 comuni. Le inondazioni persistono a causa di una combinazione di fattori naturali, sociali e climatici e hanno generato perdite dell'ordine di 10 miliardi di dollari4.

Data la crescente gravità e il rischio diffuso di questi eventi negli ultimi anni, ricercatori e professionisti sono alla ricerca di strategie di gestione e nuove tecnologie volte a promuovere comunità resilienti, in parallelo con i progressi dell'industria verso una maggiore sostenibilità 5,6. Tra i materiali promettenti per le applicazioni di ingegneria civile volte ad aumentare la resilienza ai disastri ci sono le nanoparticelle di biossido di titanio (nanoTiO2), che hanno dimostrato numerosi vantaggi per i materiali da costruzione essenziali, tra cui il calcestruzzo 7,8.

L'uso dei nanomateriali nell'industria delle costruzioni è ormai diffuso in una vasta gamma di applicazioni. Sono impiegati in vernici e rivestimenti per migliorare la resistenza alla degradazione dei raggi UV e all'attacco di sostanze aggressive. Questi materiali contribuiscono a una maggiore durata, a una ridotta permeabilità, a un migliore isolamento termico e a una maggiore resistenza al fuoco. Ad esempio, quando viene incorporato nell'asfalto, il TiO2 interagisce con i gas inquinanti, convertendoli in composti meno dannosi. Applicato al vetro, il TiO2 può rendere la superficie autopulente, poiché lo strato di ossido degrada le molecole organiche e facilita la rimozione della polvere inorganica. La radiazione ultravioletta interagisce con lo strato di vetro autopulente, rompendo ulteriormente le molecole e rimuovendo la polvere organica. Lo sviluppo di nuovi materiali da costruzione è essenziale per rendere le strutture più resilienti alle sollecitazioni ambientali, riducendo così gli impatti dei disastri e migliorando la sicurezza.

Il biossido di titanio, rinomato per il suo candore e stabilità, ha raggiunto per la prima volta un'ampia visibilità pubblica negli anni '70, principalmente come pigmento nel calcestruzzo e in altri materiali da costruzione9. Durante questo periodo, il TiO2 è stato utilizzato per creare finiture durevoli e di alta qualità sulle superfici esterne. A partire dagli anni '90, è emersa una nuova direzione con la scoperta delle sue proprietà fotocatalitiche, che ha notevolmente ampliato le applicazioni del TiO2 nel settore delle costruzioni10.

Al fine di comprendere appieno la rilevanza e l'applicabilità del TiO2 nell'edilizia civile, è essenziale delineare le sue proprietà e metterle in relazione con vantaggi pratici, come la resistenza alla flessione, alla trazione e alla compressione, insieme a indicatori di durabilità come la resistività elettrica, la permeabilità e la resistenza all'attacco dei solfati, alla carbonatazione e ai cicli di gelo-disgelo. I risultati sperimentali riportati da Ali Nazari et al. indicano che la resistenza alla flessione del calcestruzzo aumenta con l'aggiunta di nanoparticelle di TiO2 fino a una concentrazione del 3,0%. Sebbene questi rappresentino vantaggi diretti, le proprietà fotocatalitiche e battericide del TiO2 dovrebbero essere considerate anche come significativi benefici economici a lungo termine11.

La capacità dei materiali avanzati di mantenere la stabilità in presenza di fattori ambientali esterni, tra cui scenari catastrofici come gli agenti atmosferici, i cambiamenti climatici (ad esempio, l'aumento dei livelli di CO2 2) e le inondazioni, è oggi molto pertinente. Tuttavia, l'adozione diffusa è praticabile solo se la produzione e l'applicazione sono ecologicamente sostenibili 12,13,14. Questa preoccupazione è particolarmente rilevante dato che la produzione di cemento rappresenta circa il 5%-8% delle emissioni globali di CO2, una parte sostanziale dell'impronta del settore delle costruzioni civili, mentre il cemento rimane il suo pilastro e il consumo globale pro capite si attesta a circa 20 miliardi di tonnellatemetriche 15,16,17,18,19,20,21,22.

In questo contesto, il presente manoscritto riporta lo sviluppo e l'applicazione di una procedura sperimentale per valutare le proprietà distintive del nanoTiO2, con particolare attenzione a parametri come la resistenza meccanica del calcestruzzo trattato. Lo studio è sostenuto da una revisione mirata della letteratura che esamina i potenziali benefici di queste nanoparticelle, le considerazioni normative, la produzione sostenibile e la loro rilevanza nel contesto di scenari catastrofici.

Aspetti del biossido di titanio nel calcestruzzo
Le nanoparticelle di biossido di titanio (nanoTiO2) comprendono dimensioni da 1 a 100 nanometri e assumono tipicamente morfologie sferiche o ellissoidali. Le loro dimensioni su scala nanometrica conferiscono una superficie notevolmente aumentata, che migliora sostanzialmente la loro reattività23. Queste nanoparticelle hanno guadagnato importanza nel regno dei compositi a base di cemento grazie alle loro caratteristiche distintive e alle diverse applicazioni 24,25,26. NanoTiO2 è emerso come componente versatile nelle formulazioni cementizie, esibendo proprietà che lo rendono adatto a un'ampia gamma di usi industriali 11,16,18,20.

Questo nanomateriale viene impiegato per diversi motivi, tra cui proprietà chimiche favorevoli, bassa tossicità, economicità, caratteristiche anticorrosive e capacità fotocatalitiche27,28. NanoTiO2 può aumentare la resistenza del calcestruzzo alla manipolazione, un fattore amplificato dalla fotocatalisi che si verifica sotto la luce ultravioletta (UV). Possiede la capacità di decomporre le sostanze organiche, come inquinanti, sporco e microrganismi, presenti all'interno del calcestruzzo29. Inoltre, il nanoTiO2 è in grado di generare radicali liberi altamente reattivi, conferendo alla superficie proprietà detergenti, e protegge il calcestruzzo dai danni causati dagli agenti atmosferici che ne accelerano l'usura, come gli ossidi di azoto30.

Le particelle di NanoTiO2 possono assumere diverse forme cristalline - rutilo, anatasio e brookite - ognuna con proprietà distinte. L'anatasio e il rutilo sono i polimorfi più comuni del TiO2, mentre le proprietà della brookite non sono ancora completamente comprese, il che pone sfide per l'applicazione industriale 31,32,33,34. A causa delle proprietà fotocatalitiche del TiO2, l'anatasio è ampiamente utilizzato nei sistemi di purificazione dell'acqua e dell'aria, dove è altamente efficace nella decomposizione delle impurità organiche e inorganiche. Il rutilo trova ampio impiego nell'industria tessile, della plastica e delle vernici e la forma rutilo è anche ampiamente impiegata nelle creme solari e in altri cosmetici grazie alle sue capacità di bloccare i raggi UV35,36.

Le nanoparticelle di biossido di titanio (nanoTiO2) offrono applicazioni versatili nei materiali da costruzione, come il calcestruzzo, migliorando le prestazioni e introducendo nuove funzionalità. Tra le loro caratteristiche degne di nota ci sono le proprietà antimicrobiche e autopulenti, che sono promettenti per mitigare l'inquinamento atmosferico urbano attraverso la trasformazione dei gas inquinanti 37,38,39. Se esposto alla luce solare, il nanoTiO2 può decomporre le sostanze organiche in acqua e anidride carbonica, con i sottoprodotti risultanti successivamente rimossi dall'acqua40.

Inoltre, l'attività pozzolanica del nanoTiO2 all'interfaccia esterna del calcestruzzo può aumentare la durabilità, sebbene possa essere associata a un aumento dell'assorbimento d'acqua e a potenziali implicazioni per la lavorabilità41. È anche importante notare che le particelle di nanoTiO2 possono agglomerarsi all'interno della matrice di cemento, compromettendo potenzialmente le prestazioni 42,43,44. Per quanto riguarda la degradazione dei gas, il calcestruzzo che incorpora TiO2, ad esempio, nelle applicazioni di pavimentazione, ha il potenziale per ridurre i livelli di O3 troposferico45.

Le capacità fotocatalitiche del TiO2 consentono la formazione di radicali ossidrilici (OH) e ioni superossido (O2-) in presenza di acqua sotto irradiazione ultravioletta. Queste specie altamente reattive ossidano e decompongono lo sporco e i contaminanti inorganici. L'azione fotocatalitica dei TiO2 riduce anche l'angolo di contatto dell'acqua sulle superfici, migliorando le prestazioni autopulenti46. Questa proprietà autopulente contribuisce a ridurre le impurità presenti nell'aria, riducendo potenzialmente le concentrazioni di inquinanti associate ai rischi climatici causati dai gas serra.

NanoTiO2 contribuisce anche ad aumentare la resistenza alla flessione e alla compressione dei materiali. In termini di resistenza alla compressione, il nanoTiO2 riduce la porosità, affina la struttura dei pori, densifica la matrice e favorisce l'idratazione. Tuttavia, il raggiungimento di questi benefici richiede un attento controllo del carico di particelle e un'efficace omogeneizzazione per prevenire l'agglomerazione e la formazione di zone deboli che potrebbero avviare crepe47. Il TiO2 agisce come un riempitivo che densifica il composito cementizio, riducendo così la porosità. Questo risultato è legato a (i) l'accelerazione della formazione di gel C-S-H, (ii) una riduzione dello spazio disponibile per lo sviluppo di Ca(OH)2 , producendo cristalliti più piccoli, e (iii) la creazione di una microstruttura più omogenea con porosità ridotta. Aggiunte opportunamente calibrate di TiO2 possono anche migliorare la resistenza alla flessione dei compositi cementizi48.

È stato dimostrato che NanoTiO2 migliora significativamente la durata dei compositi cementizi riducendo la porosità e la permeabilità all'acqua e fornendo protezione contro gli attacchi chimici e i fattori ambientali come le radiazioni ultraviolette. Questo vantaggio, tuttavia, dipende dall'adeguata dispersione delle nanoparticelle, poiché la loro elevata energia superficiale e le interazioni di van der Waals su scala nanometrica tendono a promuovere l'agglomerazione37. Se adeguatamente omogeneizzato, l'incorporazione di nanoTiO2 migliora l'impermeabilità, la resistività elettrica e la resistenza ai cicli di gelo-disgelo e all'attacco dei solfati, sottolineando il suo potenziale per la costruzione destinata a resistere a eventi catastrofici. Tuttavia, ad alte concentrazioni, questi vantaggi possono essere diminuiti o addirittura invertiti49,50.

Nel contesto delle applicazioni del TiO2 nell'edilizia civile per scenari estremi come inondazioni, tempeste e temperature estreme, è essenziale bilanciare i benefici del nanoTiO2 con i potenziali rischi associati al suo utilizzo. Ad esempio, le proprietà fotocatalitiche che possono migliorare la qualità dell'aria urbana e aiutare nella pulizia e nella bonifica dei rifiuti dopo una catastrofe devono essere valutate rispetto ai possibili rischi di inalazione e alla tossicità polmonare 51,52,53.

Gli additivi a base di rame migliorano l'impermeabilità e sono a basso costo e facilmente manipolabili. Il biossido di titanio nanometrico produce calcestruzzo idrorepellente e una maggiore resistenza alla compressione. Attualmente utilizzato su larga scala, il TiO2 non è destinato agli utenti finali, ma ha un potenziale per la costruzione futura. Il test di resistenza alla compressione confronta i risultati dei campioni con varie miscele per analizzare i vantaggi e gli svantaggi degli additivi per rame e del biossido di titanio.

Il calcestruzzo impregnato di nanoTiO2 mostra una maggiore riflettanza solare (maggiore albedo), contribuendo a temperature ambiente più miti, mitigando l'effetto isola di calore urbano e, praticamente, riducendo le temperature degli edifici e producendo risparmi energetici. Questo vantaggio si estende alla riduzione del consumo di prodotti per la pulizia54,55.

Attributi come l'opacità, la durabilità, il potenziale antibatterico, la resistenza ai raggi UV e la capacità di accogliere materie prime alternative all'interno del calcestruzzo, riducendo così la dipendenza dal cemento e dagli aggregati, segnalano forti incentivi per l'implementazione del nanoTiO2. Queste prospettive sono integrate dal potenziale di miglioramento dei tetti e delle superfici verdi che favoriscono un drenaggio più efficiente dell'acqua piovana 10,56,57,58.

Per quanto riguarda la longevità e la durabilità del calcestruzzo che incorpora nanoTiO2, gli studi contemporanei indicano una maggiore resistenza alle radiazioni ultraviolette, nonché una migliore resilienza contro gli attacchi chimici e gli agenti atmosferici59. Questi miglioramenti producono benefici economici diretti riducendo la frequenza delle riparazioni e delle sostituzioni, riducendo così il consumo di materiale e gli sprechi nel tempo. Oltre a questi vantaggi finanziari immediati, l'uso del nanoTiO2 offre anche risparmi indiretti relativi alla produzione, al trasporto e allo smaltimento del calcestruzzo, contribuendo a ridurre l'impronta di carbonio associata al suo ciclo di vita33,60.

Date le implicazioni ambientali dei processi di solfato e cloruro utilizzati per estrarre ilmenite e rutilo, il processo del cloruro è considerato l'opzione meno dannosa. Questo percorso impiega il cloro gassoso per convertire il rutilo in TiCl4, che viene successivamente ossidato a TiO2, producendo meno sottoprodotti deleteri rispetto al processo al solfato59. I prodotti contenenti TiO2 producono residui stabili e non liscivianti alla fine del loro ciclo di vita, presentando così un minor rischio ambientale. Questo profilo ambientale integra la maggiore resistenza e durata dei materiali, in particolare in condizioni catastrofiche, sottolineando il valore delle valutazioni sperimentali nell'avanzamento delle tecnologie di costruzione.

Uno studio condotto da Mohajerani et al. dimostra che le proprietà del calcestruzzo variano con i nanomateriali applicati61. Le nanoparticelle di silice, titanio, carbonio, ferro e alluminio vengono introdotte nel calcestruzzo per rafforzare la resistenza meccanica, promuovere un'idratazione rapida e migliorata, indurre un grado di idratazione più elevato, conferire capacità autopulenti, migliorare la durata meccanica, prevenire fessurazioni, aumentare la resistenza alla compressione e aumentare la resistenza all'abrasione. Questi vantaggi sono altamente desiderabili nei materiali da costruzione, contribuendo a una maggiore resilienza delle strutture contro i disastri naturali.

Pertanto, l'obiettivo di questo lavoro è quello di convalidare, attraverso la prova di trazione a spacco su provini cilindrici, l'aumento della resistenza meccanica nel calcestruzzo ottenuto incorporando nanoparticelle di biossido di titanio nella miscela. Questa ricerca mira a far progredire lo sviluppo di materiali più resilienti, in particolare nel contesto di disastri naturali in cui le strutture in calcestruzzo sono soggette a condizioni estreme e richiedono durata e prestazioni superiori.

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Protocollo

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La base metodologica utilizzata è la prova brasiliana, che determina la resistenza alla trazione indiretta (rottura) attraverso la sezione diametrale di provini cilindrici caricati verticalmente. Questa procedura, sviluppata dal professor Lobo Carneiro nel 1943 per i materiali cementizi, prevede l'applicazione di due forze di compressione concentrate e diametralmente opposte a un cilindro, generando così tensioni di trazione uniformi perpendicolari al diametro lungo la sezione di prova62.

Il test ha utilizzato cinque gruppi, designati A, B, C, D ed E, corrispondenti rispettivamente a: un gruppo di controllo; calcestruzzo con l'1% di NanoTiO2; calcestruzzo con il 2% di NanoTiO2; calcestruzzo con il 3% di NanoTiO2; e calcestruzzo con il 3% di additivo plastificante a base di rame. Ogni gruppo è stato suddiviso in tre sottogruppi del tempo di stagionatura: 7 giorni (1), 14 giorni (2) e 28 giorni (3). Pertanto, lo studio comprende un totale di quindici campioni, etichettati come A1-A3, B1-B3, C1-C3, D1-D3 ed E1-E3. La Figura 1 illustra il campione utilizzato in questo studio.

1. Preparazione del campione

  1. Preparare quattro gruppi di campioni utilizzando una miscela di calcestruzzo di cemento Portland CPII, pietrisco, sabbia di fiume mediamente lavata e acqua nel rapporto 1:2:3 (cemento:sabbia:ghiaia), mantenendo un rapporto acqua/cemento di 0,5. Per ogni campione di 3,63 kg, utilizzare circa 558,46 g di cemento, 1.116,92 g di sabbia, 1.675,38 g di ghiaia e 279,23 g di acqua.
    NOTA: Utilizzare questa formula per i campioni di prova senza additivi. Per i campioni con biossido di titanio, aggiungerlo durante la miscelazione degli ingredienti secchi (cemento, sabbia e ghiaia). Una volta che il composto sarà omogeneo, aggiungete l'acqua. Per i campioni con un additivo plastico, diluirlo nell'acqua di miscelazione prima di aggiungerlo alla miscela.
  2. Omogeneizzare accuratamente tutti i componenti per ottenere la massa più uniforme possibile, quindi gettare la miscela negli stampi. Ispezionare la miscela per segni di segregazione degli aggregati, accumulo di acqua libera o macchie da materiale non miscelato. Garantire una coerenza uniforme per garantire risultati rappresentativi.
  3. Modellare i campioni di prova in forme cilindriche di metallo di 10 cm di diametro e 20 cm di altezza. Riempire correttamente gli stampi, assicurandosi che il volume di calcestruzzo raggiunga il livello designato con una distribuzione uniforme, senza eccessi o carenze che potrebbero compromettere la prova. Riempire completamente l'interno, preservando la geometria dello stampo ed evitando vuoti.
  4. Produrre il campione A in conformità con ABNT NBR 6136, ABNT NBR 5738 e ABNT NBR 5739 63,64,65. Utilizzare questo campione come controllo negativo, privo di additivi, per fungere da base per il confronto con gli altri campioni.
  5. Produrre il campione B incorporando l'1% di NanoTiO2 (circa 36,3 g) nella miscela di calcestruzzo. Prestare attenzione durante la preparazione, poiché il TiO2 tende ad agglomerarsi; Pertanto, distribuire le nanoparticelle in modo uniforme sulla massa per garantire l'omogeneità tra i set di campioni.
  6. Produrre il campione C incorporando il 2% di NanoTiO2 (circa 72,6 g) nella miscela di calcestruzzo. Prestare attenzione durante la preparazione, poiché il TiO2 tende ad agglomerarsi; Pertanto, distribuire le nanoparticelle in modo uniforme sulla massa per garantire l'omogeneità tra i set di campioni.
  7. Produrre il campione D incorporando il 3% di NanoTiO2 (circa 108,9 g) nella miscela di calcestruzzo. Prestare attenzione durante la preparazione, poiché il TiO2 tende ad agglomerarsi; Pertanto, distribuire le nanoparticelle in modo uniforme sulla massa per garantire l'omogeneità tra i set di campioni.
  8. Produrre il campione E incorporando il 3% di additivo plastificante a base di rame (circa 108,9 g) nella miscela di calcestruzzo. Utilizzare questo campione come controllo positivo per confrontare l'effetto dell'additivo plastificante sulle prestazioni del calcestruzzo rispetto agli altri campioni.
  9. Conservare i campioni in un'area con condizioni controllate, senza essere soggetti a influenze ambientali, in attesa del momento di indurimento.

2. Processo di stagionatura

  1. Polimerizzare i campioni in un'area con umidità controllata a una temperatura di (23 ± 2) °C e un'umidità relativa di almeno il 95% per 24 ore. Quindi, immergere i campioni in acqua satura di calce mantenuta alla stessa temperatura (23 ± 2) °C per continuare l'indurimento durante il periodo designato in conformità con ABNT NBR 573863.
  2. Misurare il peso di ciascun campione dopo l'indurimento; Assicurarsi che ogni campione abbia una massa media di 3,63 kg.
  3. Condizionamento dei provini a temperatura ambiente (23 ± 2) °C come segue:
    7 giorni: campioni A1, B1, C1, D1 ed E1;
    14 giorni: campioni A2, B2, C2, D2 ed E2;
    28 giorni: campioni A3, B3, C3, D3 ed E3.
    NOTA: È importante sottolineare che le percentuali in questo metodo sono correlate alla massa del provino, Tabella 1.

3. Test di resistenza alla compressione

NOTA: Eseguire la prova di resistenza alla compressione utilizzando la macchina per prove su calcestruzzo (pressa), con un intervallo nominale e calibrato di 0-100 tonnellate. Calibrare l'apparecchiatura mediante misurazione indiretta, mettendo in relazione la pressione con l'area del pistone, utilizzando un manometro digitale e un calibro digitale. Azzerare l'apparecchiatura e garantire l'allineamento prima del test.

  1. Sottoporre ogni campione a una prova di compressione assiale in una macchina universale per prove di trazione/compressione.
  2. Assicurarsi che la capacità della cella di carico sia compatibile con le dimensioni del campione e che sia presente un sistema di controllo digitale per il monitoraggio e la registrazione del carico applicato.
  3. Continuare il test fino al cedimento, registrando il carico massimo supportato.
  4. Calcola la resistenza a compressione (fc) utilizzando:
    fc = Fmax / A
    dove: fc = resistenza alla compressione (N/mm2), Fmax = carico massimo registrato (N), A = area della sezione trasversale del provino (mm2). 1 N/mm2 = 1 MPa
  5. Eseguire la prova di resistenza alla compressione posizionando ogni provino cilindrico (100 mm × 200 mm) verticalmente al centro della pressa idraulica, assicurando il corretto contatto con le piastre di carico. Garantire il corretto posizionamento delle superfici di carico in conformità con ABNT NBR 5739:201864.
    1. Applicare il carico assiale in modo continuo e senza urti, a una velocità di 0,45 ± 0,15 MPa/s 66,67. Ripetere l'operazione per i tre set di campioni: controllo, drogato con TiO2 e additivo a base di rame.
  6. Registrare sistematicamente tutti i valori per il confronto tra i set di campioni.
  7. Confrontare i risultati per valutare il comportamento dei campioni.
  8. Concludi il test.
    NOTA: La Figura 2 presenta i campioni sottoposti alla prova di compressione dopo 28 giorni di indurimento. La Figura 3 mostra i valori di resistenza alla compressione ottenuti per ogni campione testato.

4. Smaltimento dei residui di materiale

NOTA: Tutti i rifiuti generati durante il processo di prova devono essere smaltiti in conformità con ABNT NBR 10004 e ABNT NBR 15116, nonché con la guida delle autorità locali responsabili delle norme e degli standard di protezione ambientale, tra cui 68,69,70.

  1. Raccogliere separatamente i frammenti di cemento, la polvere e tutti i materiali contenenti TiO2 o additivi plastificanti. Dare priorità al riutilizzo o al riciclaggio dei rifiuti solidi presso strutture autorizzate per il trattamento dei rifiuti da costruzione e demolizione, in linea con i requisiti tecnici per gli aggregati riciclati.
  2. Per i rifiuti non riciclabili, imballare il materiale in contenitori sigillati per evitare la dispersione di particelle fini e indirizzarlo verso discariche industriali autorizzate dall'agenzia ambientale competente.
    NOTA: In nessun caso i rifiuti devono essere rilasciati nei sistemi di acque piovane, nei corpi idrici naturali o in siti di smaltimento non autorizzati71.

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Risultati

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I valori ottenuti per ciascun campione nella prova di resistenza alla compressione sono presentati nella Tabella 2 e nella Figura 3. La tabella 2 indica l'identificazione del campione, il suo tempo di polimerizzazione e il carico massimo supportato in MPa. Nella Figura 2, è possibile visualizzare un sottoinsieme di campioni dopo il test di compressione. I valori registrati sono presentati nella ...

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Discussione

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Nell'analisi dei risultati, illustrati graficamente in Figura 3, è evidente che i campioni contenenti un additivo plastico a base di rame hanno mostrato la resistenza alla compressione più bassa. Questi valori sono inferiori a quelli del gruppo di controllo, che è stato preparato senza alcun additivo. La Figura 3 mostra inoltre che, dopo 28 giorni di indurimento, i campioni raggiungono le migliori prestazioni nel test di compres...

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Dichiarazioni

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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari o materiali relativi alla ricerca descritta in questo articolo.

Ringraziamenti

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Grazie alla società RAID Technology and Construction per il tempo e le attrezzature fornite per effettuare la prova di resistenza per la modellazione di provini in calcestruzzo, accompagnati dalla cura e dal supporto tecnico specializzato sul territorio.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Campioni di prova in calcestruzzoJCRBBloco 20Per il test furono utilizzate due unità
Scala analiticaShimadzuATX224R
Apparecchiature per il test della resistenza alla compressioneSoloTest1504100
Additivo plastificanteNovaTintasNovaLiga
Scala di precisioneSartorius3862 MP8-1 
Anidride di titanio R110FRAC ChemicalFR10ZZ2400905RTPigmento di anidride di titanio rutilo
Purificatore a ultrasuoniCristó foli2.5L

Riferimenti

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