Effetto dell’ossido di grafene sulle proprietà meccaniche, termiche e reologiche del cemento

In quest’anno di ricerca, le attività sperimentali hanno riguardato principalmente la produzione di paste a base di cemento Tipo Il/A-LL 42,5 R (miscela al calcare 6%-20%) additivate con diverse quantità di GO nel range 0.025%-0.057% allo scopo di studiare l’effetto dell’ossido di grafene sulle proprietà, termiche, meccaniche e reologiche del cemento. Per valutare l’effetto dell’omogeneità della pasta (Cemento + %GO) sono state eseguite due tipi di procedure in cui il GO è mescolato al cemento in forma solida Tipo (S-S) o dispersa in soluzione acquosa Tipo (S-L) prima di procedere all’impasto. È stata inoltre studiata l’influenza del GO sulla lavorabilità della pasta ed è stato osservato che la viscosità dell’impasto contenente GO è minore rispetto a quello del cemento puro dopo 50 min dalla preparazione. Tutti i provini dopo la cura effettuata in camera climatica a 25°C con umidità del 95% x 28 giorni sono stati caratterizzati mediante tecniche quali TG/DTA, XRD, FT IR, SEM. I risultati delle analisi TG/DTA hanno evidenziato l’effetto del GO sull’idratazione del cemento mostrando una quantità di acqua maggiore nei provini contenenti l’additivo. Le analisi strutturali XRD e SEM hanno confermato la presenza di tutte le fasi caratteristiche dei prodotti d’idratazione del cemento mentre non sono state individuate fasi cristalline secondarie dovute all’interazione del GO con le fasi di cemento. I valori di densità di bulk dei provini contenenti GO in tutti i casi sono stati più bassi rispetto ai valori dei loro rispettivi cementi puri. I test di resistenza a compressione hanno evidenziano come i provini arricchiti con GO mostrano una resistenza a compressione maggiore rispetto al solo Cemento di circa il 33%. Tali risultati sono in accordo con quanto riportato in letteratura con cementi portland di tipo I. Allo scopo di ridurre i costi ed aumentare la sostenibilità ambientale del processo di produzione dell’ossido di grafene si è promosso uno scale-up del processo di sintesi aumentando del 50% la quantità di grafite commerciale processata per batch ottenendo buoni valori di resa di reazione. Inoltre in quest’ottica è stato ottimizzato, mediante tecnologie di micro-filtrazione tangenziale a membrana, il processo di purificazione. Per valutare il comportamento termico dei compositi (Cemento +%GO) in vista di un loro uso nell’ambito degli edifici con caratteristiche di alta efficienza energetica e a energia quasi zero sono state fatte misure di conducibilità termica sui provini prodotti. A tal fine è stato condotto inizialmente uno studio di fattibilità finalizzato sia alla determinazione dei parametri operativi idonei (dimensione del sensore, potenza da applicare al sensore e tempo di applicazione) sia all’individuazione della geometria da usare per la preparazione dei campioni. In particolare, a questo scopo sono stati utilizzati vari campioni in accoppiamento con diversi sensori. I test di conducibilità termica sono stati condotti sui provini di adatta geometria e a diverso contenuto di GO, dopo la cura in camera secca per 28 giorni a 25°C e 95% di umidità. I risultati hanno mostrato che l’aggiunta del GO (0.03%-0.05%) nel cemento, anche se in piccole quantità, ha comportato un incremento della conducibilità termica di circa il 7%. In questo caso non possiamo far riferimento ai dati di letteratura in quanto, a nostra conoscenza, i nostri dati sono i primi pubblicati riguardanti questi tipi di materiali compositi. I buoni risultati di maggiore conducibilità termica e resistenza insieme a quelli di minore densità ottenuti sui compositi di cemento + GO, rendono le prospettive di sviluppo futuro di questi compositi attraenti per applicazioni che richiedono un nuovo materiale che riduca il fabbisogno energetico per la costruzione, il funzionamento e la riqualificazione degli edifici (un esempio di applicazione tecnologica di tali compositi potrebbe essere il loro utilizzo negli impianti di riscaldamento elettrico e/o idraulico a pavimento).