Indagine sulla resistenza al gelo di materiali cementizi con aggregati di mattoni riciclati fibrorinforzati

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 15311 (2022) Citare questo articolo

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Per risolvere il problema dell'inquinamento ambientale causato dai rifiuti edili, è stato selezionato come materia prima per il calcestruzzo riciclato uno scarto tipico dei mattoni rossi. Questo studio ha presentato il calcestruzzo riciclato sostituendo alcuni aggregati naturali con aggregati di mattoni rossi trattati per studiare e analizzare il meccanismo della legge di degrado del calcestruzzo con aggregati di mattoni riciclati nella regione fredda. Sono state considerate un totale di quindici categorie di campioni e tre parametri sperimentali, che includevano il numero di cicli di gelo-disgelo (0, 50 e 100), le miscele di fibre di acciaio (0, 1 e 2%) e i tassi di sostituzione degli aggregati di mattoni ( 0, 25, 50, 75 e 100%), rispettivamente. Il metodo di prova di congelamento-disgelo rapido è stato selezionato per studiare il tasso di perdita di massa per degradazione del calcestruzzo riciclato e il relativo modulo elastico dinamico sotto vari cicli di gelo-disgelo. Il microscopio digitale e il SEM sono stati utilizzati per osservare i cambiamenti microstrutturali interni nei campioni in diversi tempi di congelamento-scongelamento. Inoltre, sono stati analizzati la morfologia microscopica del danno e il meccanismo del danno dei campioni. Infine, è stata testata la resistenza alla flessione dei provini danneggiati dal gelo per analizzare il deterioramento meccanico del calcestruzzo riciclato ed è stato presentato il modello numerico corrispondente al dosaggio delle fibre di acciaio e al tasso di sostituzione degli aggregati riciclati. L'analisi della correlazione grigia è stata utilizzata per quantificare l'influenza di ciascuna variabile sperimentale sui corrispondenti indici sperimentali in vari cicli di congelamento-scongelamento. I risultati hanno mostrato che la massa del campione è diminuita dopo i cicli di congelamento-scongelamento e la perdita di massa più elevata è stata riscontrata per i campioni con tassi di sostituzione dei mattoni del 50 e 75%. Inoltre, i provini hanno mostrato il miglior modulo dinamico relativo e la massima resistenza alla flessione quando il drogaggio delle fibre di acciaio era dell'1%. Il modello numerico concordava con i dati sperimentali e prevedeva efficacemente il tasso di perdita di massa dei campioni, il modulo dinamico relativo e la resistenza alla flessione dopo i cicli di gelo-disgelo. L’analisi della correlazione grigia ha mostrato che il contenuto di fibre di acciaio aveva una correlazione massima con la resistenza alla flessione, i tassi di sostituzione dei mattoni per il modulo dinamico relativo e la perdita di massa controlla i cicli di gelo-disgelo.

Con la graduale accelerazione dell’urbanizzazione in Cina, ogni anno vengono generati molti rifiuti edili, principalmente cemento e mattoni rossi. Al giorno d'oggi, i rifiuti edili annuali della Cina hanno raggiunto più di 100 milioni di tonnellate, che rappresentano il 30-40% del totale dei rifiuti urbani1. L'esistenza di rifiuti edili non solo occupa un gran numero di risorse territoriali, ma provoca anche un grave inquinamento dell'ambiente. Pertanto, molta attenzione si concentra sul riciclaggio del calcestruzzo. Tuttavia, l'aggregato riciclato ha proprietà fisiche inferiori rispetto all'aggregato naturale nel calcestruzzo riciclato, rendendo le proprietà meccaniche e la durabilità del calcestruzzo riciclato, in particolare la resistenza al gelo-disgelo, più deboli del calcestruzzo ordinario. Tutte queste osservazioni hanno seriamente ostacolato la promozione del calcestruzzo riciclato nelle regioni fredde.

Al fine di migliorare la resistenza al gelo-disgelo del calcestruzzo riciclato, studiosi nazionali e internazionali hanno condotto ricerche approfondite su questo argomento e alcuni studiosi hanno utilizzato il tasso di sostituzione degli aggregati riciclati e il numero di cicli di gelo-disgelo come parametri di prova2,3. Sono stati condotti studi fondamentali con metodi sperimentali come i metodi di congelamento rapido e lento, che hanno portato alla derivazione di modelli computazionali per il calcestruzzo aggregato riciclato con diversi tassi di sostituzione e diversi numeri di cicli di gelo-disgelo4,5. Viene utilizzato per analizzare il modello di danno da gelo-disgelo e il tasso di sostituzione ottimale del calcestruzzo riciclato. Xiao et al.6 hanno studiato le proprietà fisiche e meccaniche del calcestruzzo riciclato sotto l'effetto di accoppiamento dei cicli di gelo-disgelo e dell'ambiente solfato con diversi tassi di sostituzione degli aggregati formulando calcestruzzo riciclato con diversi tassi di sostituzione e determinando la miscela ottimale degli aggregati riciclati con l'aiuto del modello analisi. Su et al.7 hanno analizzato il comportamento di adesione del calcestruzzo con aggregati grossolani riciclati per quanto riguarda il numero di cicli di gelo salino ed è stato stabilito un modello di previsione per lo scivolamento del RAC. È stato inoltre studiato l'effetto dei cicli di gelo salino sullo stress di legame con la distribuzione dei rinforzi. Hao et al.8 hanno rinforzato il calcestruzzo riciclato di Classe II e III aggiungendo additivi minerali e fibre di polipropilene e hanno selezionato la categoria ottimale di resistenza al gelo. I risultati mostrano che il modello esponenziale del danno cumulativo D = aebN è ottenuto adattando i risultati sperimentali del grado di danno da gelo-disgelo in modo non lineare e l’equazione di adattamento del modello ha mostrato un’elevata precisione.