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I nanotubi di carbonio (CNT) possiedono una struttura costituita da soli atomi di carbonio, sviluppati in una dimensione, con diametri su scala nanometrica. Hanno una elevatissima resistenza a trazione, che supera di 100 volte quella dell’acciaio, nonostante il loro peso specifico sia appena un sesto di quest’ultimo. Dalla loro prima sintesi nel 1991 da Ijima, i nanotubi di carbonio sono stati impiegati in diversi campi, quali l’elettronica, la biologia, la chimica ed in particolare nella preparazione di materiali compositi e multifunzionali. In particolare sono stati usati per rinforzare polimeri, metalli e materiali ceramici.
Le fibre di vetro (FV) sono già state ampiamente usate come materiale da rinforzo per il cemento. In particolare conferiscono al calcestruzzo una elevata resistenza meccanica, riducendone il peso specifico, aumentandone la durata in ambienti esposti alla corrosione e degradazione da agenti chimici, adattandosi a qualunque forma e permettendo quindi flessibilità nel design del calcestruzzo e, specialmente, riducendone i costi di produzione, rispetto ai calcestruzzi contenenti acciaio. L’obiettivo della ricerca è individuare le possibilità per migliorare le proprietà meccaniche del calcestruzzo fibrorinforzato. Per ottenere un rinforzo sia a macro sia a micro scala, si sono utilizzate, per la componente macroscopica, le fibre di vetro, mentre sono stati impiegati i nanotubi di carbonio, per agire a livello microscopico. Recentemente8 i nanotubi di carbonio, funzionalizzati con gruppi carbossilici, sono stati impiegati per rinforzare la microstruttura del calcestruzzo, mostrando un incremento della resistenza a compressione e a flessione. Di conseguenza i nanotubi usati in questo studio presentano gruppi superficiali –COOH, che dovrebbero favorire l’interazione superficiale tra la matrice cementizia e i CNT, aumentando conseguentemente l’intensità del legame. Al fine di ottenere un materiale il più versatile possibile si è ritenuto importante creare una matrice di calcestruzzo autocompattante. Sono stati preparati sei diversi campioni, per studiare uno ad uno i parametri influenti sul comportamento meccanico. Al calcestruzzo tal quale, sono stati affiancati provini contenenti i CNT (0,5% rispetto al peso del cemento) o le fibre di vetro in due diverse percentuali (0,5 e 1% di peso) e campioni con entrambi i materiali rinforzanti (nanotubi allo 0,5% e due percentuali diverse di FV, 0,5 e 1%).
Tutti i provini sono stati stagionati in ambiente umido per 28 giorni. I campioni prismatici sono stati sottoposti a prove di flessione e di compressione, mentre quelli cubici sono stati testati a compressione dopo un ulteriore stagionatura in aria di 20 giorni. I campioni in forma massiva sono anche stati caratterizzati tramite microscopia elettronica a scansione, per un’indagine morfologica e composizionale. Le polveri, ottenute per macinatura e setacciatura dei campioni massivi, sono state analizzate tramite spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier, accoppiata ad un microscopio ottico, termogravimetria, associata a spettrometria di massa atomica e diffrazione dei raggi X, determinarne la composizione.