Experimental Investigation on the Durability of Fibre Reinforced Cementitious Materials for Strengthening of Masonry
This dissertation is the product of a research project which focused on the behaviour of Fibre Reinforced Cementitous Matrix (FRCM) for the reinforcement of masonry structures in service conditions. The research was conducted experimentally, first considering the results from a preliminary state of the art investigation and then providing an original contribution regarding the durability and new applications of FRCM. Based on the literature and existing regulations on fibre reinforcements for masonry structures and their durability in service conditions, it appears clear that although in the past two decades much work has been done on this subject, still very little is known. Although there are currently no specific guidelines regarding the environmental effects on FRCM, these are to be carefully considered and evaluated before designing these systems. The first step towards a better understanding of the physical behaviour of such systems is through experimentation, but experimental investigations on FRCM systems when subjected to environmental conditions are virtually non-existent. Hence the original contributions of this work, as resulting from four experimental campaigns. The methodology of the procedure for durability testing on FRCM analysed in the present dissertation was derived from the literature review of the testing performed on FRP systems. The first two campaigns are directed toward investigating the behaviour of fibres combined with cementitious matrices after they have been subjected to artificial ageing. In the first campaign freeze/thaw cycles are carried out whereas in the second campaign specimens are subjected to wet/dry cycles in sodium chloride solutions. The third and the fourth campaigns regard durability testing on masonry reinforced FRCM subjected to wet/dry cycles, specifically on small pilasters reinforced through glass and steel fibres, and masonry panels reinforced with a new FRCM technique known as Reticolatus. The conclusions drawn about FRCM reinforcing systems for masonry in this dissertation are able to answer questions about these reinforcements that are important in the renovation and restoration of historical structures, such as how long the reinforcement will be able to function effectively and how much time passes between onset of the degradation of the system and the need for replacement.
Diese Dissertation ist das Ergebnis eines Forschungsprojekts, das zielgerichtet ist auf das Verhalten einer faserverstärkten Zementmatrix –also einem Faserverbundwerkstoff- (FRCM) zur Verstärkung von Mauerwerkskonstruktionen unter Einsatzkonditionen. Die Untersuchung wurde experimentell durchgeführt, anschließend unter Bereitstellung eines Originalbeitrages hinsichtlich der Beständigkeit und der neuen Anwendungstechniken von FRCM. Wenngleich es momentan keine spezifischen Leitlinien gibt, was die Auswirkungen auf die Umwelt anbelangt, so sind diese auf jeden Fall vor der Gestaltung dieser Systeme sorgfältig zu prüfen und zu beurteilen. Der erste Schritt zu einem besseren Verständnis des physikalischen Verhaltens solcher Systeme erfolgt durch Experimente, jedoch sind experimentelle Untersuchungen bei FRCM Systemen, wenn sie den Umgebungskonditionen ausgesetzt sind, praktisch nicht existent. Dadurch ergeben sich die Originalbeiträge bei dieser Arbeit, so wie sie aus den vier Versuchskampagnen resultieren. Die in der vorliegenden Dissertation analysierte Methodik des Verfahrens zur Haltbarkeitsprüfung bei FRCM wurde abgeleitet von der literarischen Rezension der auf FRP Systemen durchgeführten Tests. Die ersten beiden Kampagnen richten sich auf die Untersuchung des Verhaltens von Fasern in Kombination mit zementgebundenen Matrizen, nachdem diese einem künstlichen Alterungsprozess unterzogen wurden. In der ersten Kampagne wurden Frost / Tau-Zyklen durchgeführt, während in der zweiten Kampagne die Proben entsprechenden Nass / Trocken-Zyklen in Natriumchloridlösungen unterzogen wurden. Die dritte und vierte Kampagne betreffen den Haltbarkeitstest bei mit FRCM verstärkten Mauerwerkskonstruktionen, welche Nass / Trocken-Zyklen unterzogen wird, speziell auf kleinen durch Glas- und Stahlfasern verstärkten Pilastern und Mauerplatten, die mit einer neuen FRCM Technik verstärkt werden, auch als Reticulatus bekannt. Die aus dieser Dissertation hinsichtlich der FRCM Verstärkungssysteme für Mauerwerkskonstruktionen gezogenen Schlussfolgerungen können Antworten hinsichtlich Fragen zu diesen Verstärkungen liefern, was von großer Bedeutung ist bei der Renovierung und Restaurierung von historischen Strukturen wie beispielsweise: Wie lange wird die Verstärkung in der Lage sein, effektiv zu funktionieren? Oder: Wie viel Zeit vergeht zwischen dem Einsetzen der Degradation des Systems und der Notwendigkeit für einen Ersatz?
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