Mesoscale modelling of concrete as a multiphase material

Negli ultimi anni, grazie alle attuali risorse di calcolo, si è iniziato a modellare il calcestruzzo come un mezzo poroso al meso livello, distinguendo nel sistema multifase il ruolo degli aggregati, della pasta di cemento e dell’interfacial transition zone (ITZ). Una profonda conoscenza del comportamento del calcestruzzo al mesoscala richiede, come aspetto fondamentale, la caratterizzazione degli aggregati ed, in particolare, delle loro proprietà termiche, nel caso in cui vi siano rischi di incendio (e quindi di spalling). La valutazione delle prestazioni degli aggregati (e conseguentemente, di calcestruzzi come composti da inerti, pasta di cemento ed ITZ) è cruciale per la definizione sia di una risposta realistica strutturale, sia degli scenari di danno. In questo lavoro si è quindi seguito un approccio al mesoscala per studiare il comportamento del calcestruzzo, in condizioni di temperatura normale ed elevata, tramite un modello tridimensionale igro-termo-meccanico totalmente accoppiato sviluppato presso l’Università di Padova, chiamato NEWCON3D. Nello specifico, si è assunto che i fenomeni di viscosità e di danno fossero associati solo alla pasta di cemento e all’ITZ (per gli aggregati si assume un comportamento elastico) e che il creep obbedisse al modello B3 proposto da Bažant e Baweja, invece il danno alla legge di Mazars con la correzione non locale. Si sono pertanto condotte numerose analisi numeriche al meso livello: in primo luogo si è esaminato il ruolo dell’ITZ e degli aggregati sulla risposta igro-termica del calcestruzzo, mettendo in evidenza l'effetto barriera esercitato dagli aggregati sui flussi di umidità; successivamente si è indagato il comportamento visco-danneggiato del calcestruzzo al mesoscala, al fine di comprendere l'influenza dell’ITZ e degli aggregati sulla risposta meccanica globale a temperature medie. In realtà, come già detto precedentemente, queste due componenti sono molto importanti per ottenere una risposta realistica strutturale e per l’individuazione dei possibili scenari di danno, permettendo quindi di definire una miscela di calcestruzzo appropriata, in grado di resistere allo spalling. Infine, vi è uno studio del calcestruzzo in condizioni di temperatura elevata, al fine di catturare l '"effetto forma", confrontando due colonne di sezione differente al macro scala, ed il ruolo cruciale degli aggregati e dell’ITZ sull'evoluzione reale del danno.