IT201900006300A1

IT201900006300A1 - PROCEDURE FOR THE REALIZATION OF ELEMENTS IN CEMENTITIOUS MATERIAL WITH INTERLAMINARY REINFORCEMENTS THROUGH 3D PRINTING AND ELEMENTS OBTAINED THROUGH THIS PROCEDURE

Info

Publication number: IT201900006300A1
Application number: IT102019000006300A
Authority: IT
Inventors: Domenico Asprone; Costantino Menna
Original assignee: Etesias S R L
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2020-10-24

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

annessa a domanda di brevetto per BREVETTO D’INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: attached to a patent application for an INDUSTRIAL INVENTION PATENT entitled:

“PROCEDIMENTO PER LA REALIZZAZIONE DI ELEMENTI IN MATERIALE CEMENTIZIO CON RINFORZI INTERLAMINARI MEDIANTE STAMPA 3D ED ELEMENTI OTTENUTI MEDIANTE TALE PROCEDIMENTO” "PROCEDURE FOR THE REALIZATION OF ELEMENTS IN CEMENTITIOUS MATERIAL WITH INTERLAMINARY REINFORCEMENTS THROUGH 3D PRINTING AND ELEMENTS OBTAINED THROUGH THIS PROCEDURE"

Campo del trovato Field of the found

La presente invenzione ha per oggetto un procedimento per la realizzazione di elementi strutturali di materiale cementizio mediante stampa tridimensionale ed elementi strutturali ottenuti mediante tale procedimento. L’invenzione può trovare vantaggiosa applicazione nel settore architettonico, del design e nel settore edilizio, ad esempio per la realizzazione di edifici, nonché nel settore ingegneristico delle costruzioni. Gli elementi strutturali secondo l’invenzione possono essere assemblati fra loro per mezzo di elementi di rinforzo longitudinali/trasversali e/o di collegamento al fine di costituire strutture o loro porzioni, o possono essi stessi costituire strutture o loro porzioni. The present invention relates to a process for making structural elements of cementitious material by means of three-dimensional printing and structural elements obtained by means of this process. The invention can find advantageous application in the architectural, design and construction sectors, for example for the construction of buildings, as well as in the construction engineering sector. The structural elements according to the invention can be assembled together by means of longitudinal / transverse and / or connection reinforcement elements in order to constitute structures or their portions, or they can themselves constitute structures or their portions.

Background del trovato Background of the finding

La realizzazione di componenti tramite stampanti 3D che impiegano una tecnologia ad aggiunta di materiale - cosiddetta Additive Manufacturing - è oggi in forte sviluppo e sta avendo un importante impatto in diversi settori della produzione industriale. Il processo di stampa 3D consente la deposizione di strati di materiale sulla base di un modello tridimensionale per la realizzazione fisica di quest’ultimo. Recentemente la tecnologia ad aggiunta di materiale (Additive Manufacturing) tramite stampanti 3D è stata impiegata per l’erogazione di paste cementizie (calcestruzzo) come materiale di stampa per la realizzazione di manufatti. The realization of components using 3D printers that use a technology to add material - the so-called Additive Manufacturing - is today undergoing strong development and is having an important impact in various sectors of industrial production. The 3D printing process allows the deposition of layers of material on the basis of a three-dimensional model for the physical realization of the latter. Recently, the technology of adding material (Additive Manufacturing) using 3D printers has been used for the dispensing of cementitious pastes (concrete) as a printing material for the creation of products.

La tecnologia di stampa a 3D applicata ai materiali cementizi permette la realizzazione di manufatti anche di forme complesse senza la necessità di appositi stampi o casseforme (involucri) dove il materiale solidifica per definire il prodotto finito. Infatti, il materiale cementizio viene comunemente estruso da un ugello mobile e depositato in modo continuo strato su strato, seguendo un percorso predeterminato ad esempio impostato su programma CAD atto a comandare l’attrezzatura (robot, manipolatore o simile) di movimentazione tridimensionale dell’ugello. The 3D printing technology applied to cementitious materials allows the creation of artifacts even of complex shapes without the need for special molds or formworks (casings) where the material solidifies to define the finished product. In fact, the cementitious material is commonly extruded from a mobile nozzle and deposited continuously layer by layer, following a predetermined path, for example set on a CAD program able to control the equipment (robot, manipulator or similar) for the three-dimensional movement of the nozzle. .

Un procedimento di stampa a 3D di elementi di materiale cementizio è descritto ad esempio nella domanda di brevetto internazionale WO2018/015920 A1. A 3D printing process of elements of cementitious material is described for example in the international patent application WO2018 / 015920 A1.

Nonostante i numerosi vantaggi potenziali derivanti dall’utilizzo dell’“Additive Manufacturing” (AM) nell’industria dei manufatti cementizi (ad esempio un processo di costruzione più rapido e più rispettoso dell’ambiente), persistono alcuni problemi tecnici che sono legati al processo 3D ed alla natura del materiale. Tali problemi sono legati principalmente al compromesso richiesto dal metodo 3D tra la lavorabilità del calcestruzzo (“workability”), ossia la possibilità di estrudere facilmente il calcestruzzo in uno stato più o meno fluido (tipicamente plastico), e la sua capacità di auto-sostenersi in ragione degli strati successivi deposti su di esso (“buildability”). Sebbene i problemi di natura reologica siano stati risolti mediante l’aggiunta di plasticizzanti, fluidificanti, viscosizzanti alla miscela cementizia (che hanno permesso la realizzazione di “strati” stabili di materiale estruso durante il processo di stampa 3D), sussiste ancora il problema di una riduzione di resistenza meccanica all’interfaccia tra strati successivi (cosiddetto “cold joint”); difatti, tale problema deriva dalla natura della tecnologia additiva in sé, essendo le proprietà della sovrapposizione di strati strettamente legate al tempo che intercorre tra la deposizione di due strati successivi. Il problema del “cold joint” è stato di recente oggetto di numerosi studi che evidenziano quanto la sua comprensione non sia ancora completa. Si può ad esempio citare uno studio sul calcestruzzo auto-compattante (SCC self-compacting concrete) effettuato da Roussel, N. & Cussigh, F. (2008). Distinct-layer casting of SCC: the mechanical consequences of thixotropy. Cement and Concrete Research, 38(5), 624-632, dove viene determinato, in relazione alle caratteristiche della miscela cementizia, un tempo critico di attesa oltre il quale non è possibile garantire una “miscelazione” tra due strati successivi sufficiente per avere buone caratteristiche meccaniche all’interfaccia. Un altro articolo ( Wangler, T., Lloret, E., Reiter, L., Hack, N., Gramazio, F., Kohler, M.,& Flatt, R. (2016). Digital concrete: opportunities and challenges. RILEM Technical Letters, 1, 67-75.”) prende spunto da detto tempo critico per determinare un intervallo di velocità di sovrapposizione degli strati che tenga conto sia dell’autosostentamento degli strati stessi sia del “cold joint”. Despite the numerous potential advantages deriving from the use of "Additive Manufacturing" (AM) in the industry of cementitious products (for example a faster and more environmentally friendly construction process), some technical problems persist that are related to the process 3D and the nature of the material. These problems are mainly related to the compromise required by the 3D method between the workability of the concrete ("workability"), ie the possibility of easily extruding the concrete in a more or less fluid state (typically plastic), and its ability to self-sustain. due to the successive layers deposited on it ("buildability"). Although the rheological problems have been solved by adding plasticizers, fluidifiers, viscosifiers to the cement mixture (which allowed the creation of stable "layers" of extruded material during the 3D printing process), there is still the problem of a reduction of mechanical resistance at the interface between successive layers (so-called "cold joint"); in fact, this problem derives from the nature of the additive technology itself, since the properties of the superposition of layers are strictly linked to the time that elapses between the deposition of two successive layers. The problem of the "cold joint" has recently been the subject of numerous studies which show that its understanding is not yet complete. For example, one can cite a study on self-compacting concrete (SCC self-compacting concrete) carried out by Roussel, N. & Cussigh, F. (2008). Distinct-layer casting of SCC: the mechanical consequences of thixotropy. Cement and Concrete Research, 38 (5), 624-632, where a critical waiting time is determined in relation to the characteristics of the cement mixture, beyond which it is not possible to guarantee a "mixing" between two successive layers sufficient to have good mechanical characteristics at the interface. Another article (Wangler, T., Lloret, E., Reiter, L., Hack, N., Gramazio, F., Kohler, M., & Flatt, R. (2016). Digital concrete: opportunities and challenges. RILEM Technical Letters, 1, 67-75. ") Takes its cue from this critical time to determine an interval of overlapping speed of the layers that takes into account both the self-sustaining of the layers themselves and the" cold joint ".

Al di là di questi studi teorici sulle tempistiche ottimali di deposizione tra strati nella stampa 3D di elementi di calcestruzzo, persiste il problema generale della resistenza meccanica (in generale trasversale al piano di stampa) degli elementi in calcestruzzo ottenuti mediante “AM”, ed il problema specifico dell’interfaccia fra gli strati estrusi. Beyond these theoretical studies on the optimal timing of deposition between layers in the 3D printing of concrete elements, the general problem of the mechanical resistance (generally transversal to the printing surface) of the concrete elements obtained by "AM" persists, and the specific problem of the interface between the extruded layers.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di risolvere sostanzialmente almeno uno degli inconvenienti e/o limitazioni delle soluzioni ad oggi note. The aim of the present invention is therefore to substantially solve at least one of the drawbacks and / or limitations of the solutions known to date.

Un primo obiettivo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un procedimento di stampa 3D di elementi in materiale cementizio con eccellenti proprietà meccaniche ed al contempo facilmente e rapidamente realizzabile. In particolare, è scopo della presente invenzione quello di mettere a disposizione un procedimento grazie al quale gli elementi di materiale cementizio possano essere utilizzati per la realizzazione di costruzioni con ottime caratteristiche strutturali. È inoltre scopo della presente invenzione quello di mettere a disposizione elementi strutturali in materiale cementizio che presentino una resistenza meccanica superiore a quella degli elementi sinora realizzati. A first objective of the present invention is that of providing a 3D printing process of elements in cementitious material with excellent mechanical properties and at the same time easily and rapidly achievable. In particular, the aim of the present invention is to provide a process thanks to which the elements of cementitious material can be used for the construction of constructions with excellent structural characteristics. It is also an object of the present invention to provide structural elements in cementitious material which have a higher mechanical strength than that of the elements made up to now.

Questi scopi ed altri ancora, che appariranno maggiormente dalla descrizione seguente, sono sostanzialmente raggiunti da un procedimento di realizzazione di un elemento strutturale in materiale cementizio e da un elemento strutturale ottenuto mediante tale procedimento in accordo con quanto espresso in una o più delle allegate rivendicazioni e/o dei seguenti aspetti, presi da soli o in una qualsiasi combinazione tra loro o in combinazione con una qualsiasi delle allegate rivendicazioni. These objects and others besides, which will become more apparent from the following description, are substantially achieved by a process for manufacturing a structural element in cementitious material and by a structural element obtained by means of this process in accordance with what is expressed in one or more of the attached claims and / or the following aspects, taken alone or in any combination with each other or in combination with any of the appended claims.

Sommario Summary

Aspetti del trovato sono qui di seguito descritti. Aspects of the invention are described below.

Gli aspetti dell’invenzione sono qui di seguito descritti. The aspects of the invention are described below.

In un primo aspetto è previsto un procedimento di ottenimento di un elemento strutturale di materiale cementizio comprendente l’inserimento di una pluralità di componenti astiformi di rinforzo a guisa di chiodi atti ad estendersi lungo almeno due strati contigui di materiale cementizio. In a first aspect, a process is envisaged for obtaining a structural element of cementitious material comprising the insertion of a plurality of rod-shaped reinforcing components in the form of nails designed to extend along at least two contiguous layers of cementitious material.

Alla luce di un secondo aspetto, detti componenti astiformi di rinforzo sono sostanzialmente verticali e trasversali al piano dello strato. In view of a second aspect, said reinforcing rod-like components are substantially vertical and transverse to the plane of the layer.

In un terzo aspetto secondo il primo aspetto, i componenti astiformi di rinforzo sono inclinati rispetto agli strati. In a third aspect according to the first aspect, the reinforcing rod-like components are inclined with respect to the layers.

In un quarto aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti precedenti, i componenti astiformi sono inseriti negli strati in modo sfalsato uno rispetto all’altro in una direzione orizzontale di deposizione degli strati, dove con il termine “sfalsato” si intende che i componenti astiformi interessano degli strati diversi rispetto ai componenti precedenti o successivi. In a fourth aspect according to any of the preceding aspects, the rod-like components are inserted in the layers in a staggered way with respect to each other in a horizontal direction of deposition of the layers, where the term "staggered" means that the rod-shaped components affect some different layers than previous or subsequent components.

In un quinto aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti precedenti, i componenti astiformi presentano una lunghezza compresa tra due e cinque volte lo spessore degli strati. In a fifth aspect according to any of the preceding aspects, the rod-like components have a length between two and five times the thickness of the layers.

In un sesto aspetto o caratteristica dell’invenzione secondo uno qualsiasi degli aspetti precedenti, il diametro dei componenti astiformi è compreso tra 1/20 e 1/5 della loro lunghezza. In a sixth aspect or feature of the invention according to any of the previous aspects, the diameter of the rod-shaped components is between 1/20 and 1/5 of their length.

In un settimo aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti precedenti, i componenti astiformi di rinforzo presentano un passo di deposizione costante. In a seventh aspect according to any of the preceding aspects, the rod-like reinforcing components exhibit a constant deposition pitch.

In un ottavo aspetto secondo il quarto aspetto, i componenti astiformi di rinforzo presentano un passo di deposizione variabile. In an eighth aspect according to the fourth aspect, the reinforcing rod-like components have a variable deposition pitch.

In un nono aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti precedenti, i componenti astiformi presentano una lunghezza compresa tra due e cinque volte lo spessore degli strati. In a ninth aspect according to any of the preceding aspects, the rod-like components have a length between two and five times the thickness of the layers.

In un decimo aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti precedenti, la distanza orizzontale fra componenti astiformi è compresa tra 30 e 200 mm. In a tenth aspect according to any of the preceding aspects, the horizontal distance between rod-like components is between 30 and 200 mm.

In un undicesimo aspetto secondo l’aspetto precedente, la distanza orizzontale fra componenti astiformi è compresa tra 30 e 100 mm. In an eleventh aspect according to the previous aspect, the horizontal distance between rod-like components is between 30 and 100 mm.

In un dodicesimo aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti precedenti, i componenti astiformi sono di un materiale scelto nel gruppo che comprende metallo, materiali polimerici e materiali compositi. In a twelfth aspect according to any of the preceding aspects, the rod-like components are of a material selected from the group which includes metal, polymeric materials and composite materials.

In un tredicesimo aspetto secondo l’aspetto precedente, i componenti astiformi sono di acciaio. In a thirteenth aspect according to the previous aspect, the rod-like components are made of steel.

In un quattordicesimo aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti precedenti, gli elementi astiformi presentano una superficie ad aderenza migliorata. In a fourteenth aspect according to any one of the preceding aspects, the rod-like elements have an improved adhesion surface.

In un quindicesimo aspetto secondo l’aspetto precedente, gli elementi astiformi presentano una superficie esterna scanalata. In a fifteenth aspect according to the previous aspect, the rod-shaped elements have a grooved external surface.

In un sedicesimo aspetto secondo il quattordicesimo aspetto, gli elementi astiformi presentano una superficie esterna zigrinata. In a sixteenth aspect according to the fourteenth aspect, the rod-shaped elements have a knurled external surface.

In un diciassettesimo aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti precedenti l’inserimento dei componenti astiformi è realizzato in modo automatico durante la deposizione degli strati. Un 18° aspetto dell’invenzione riguarda un elemento in materiale cementizio ottenuto mediante un procedimento secondo uno qualsiasi degli aspetti precedenti, comprendente una pluralità di componenti astiformi di rinforzo inseriti fra detti strati. In a seventeenth aspect according to any of the preceding aspects, the insertion of the rod-shaped components is carried out automatically during the deposition of the layers. An 18th aspect of the invention relates to an element in cementitious material obtained by a process according to any of the previous aspects, comprising a plurality of rod-like reinforcing components inserted between said layers.

In un 19° aspetto secondo l’aspetto precedente, i componenti astiformi (14) sono inseriti negli strati in modo sfalsato uno rispetto all’altro in una direzione orizzontale di deposizione, dove con il termine “sfalsato” si intende che ciascun componente astiforme interessa degli strati diversi rispetto al componente precedente o successivo. In a 19th aspect according to the previous aspect, the rod-like components (14) are inserted in the layers in a staggered way with respect to each other in a horizontal direction of deposition, where the term "staggered" means that each rod-like component affects different layers than the previous or next component.

In un 20° aspetto secondo l’aspetto 18° o 19°, i componenti astiformi presentano una lunghezza compresa tra due e cinque volte lo spessore degli strati. In a 20 ° aspect according to the 18 ° or 19 ° aspect, the rod-like components have a length between two and five times the thickness of the layers.

In un 21° aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti dal 18° al 20°, i componenti astifo rmi presentano una lunghezza compresa tra due e cinque volte lo spessore degli strati. In a 21st aspect according to any of the 18 ° to 20 ° aspects, the star-shaped components have a length between two and five times the thickness of the layers.

In un 22° aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti dal 18° al 21°, il diametro dei componenti astiformi è compreso tra 1/20 e 1/5 della loro lunghezza. In a 22nd aspect according to any of the 18th to 21st aspects, the diameter of the rod-like components is between 1/20 and 1/5 of their length.

In un 23° aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti dal 18° al 22°, la distanza orizzontale fra componenti astiformi è compresa tra 30 e 200 mm. In a 23 ° aspect according to any of the 18 ° to 22 ° aspects, the horizontal distance between rod-like components is between 30 and 200 mm.

In un 24° aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti dal 18° al 22°, la distanza orizzontale fra componenti astiformi è compresa tra 30 e 100 mm. In a 24 ° aspect according to any of the 18 ° to 22 ° aspects, the horizontal distance between rod-like components is between 30 and 100 mm.

In un 25° aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti dal 18° al 24°, i componenti astifo rmi sono di un materiale scelto nel gruppo che comprende metallo, materiali polimerici e materiali compositi. In a 25th aspect according to any of the 18th to 24th aspects, the asphyxial components are of a material selected from the group which includes metal, polymeric materials and composite materials.

In un 26° aspetto secondo l’aspetto precedente i componenti astiformi sono di acciaio. In un 27° aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti dal 18° al 26°, i componenti astifo rmi presentano una superficie ad aderenza migliorata. In a 26 ° aspect according to the previous aspect, the rod-like components are made of steel. In a 27 ° aspect according to any of the 18 ° to 26 ° aspects, the rod components exhibit an improved adhesion surface.

In un 28° aspetto secondo l’aspetto precedente, i componenti astiformi presentano una superficie scanalata. In a 28 ° aspect according to the previous aspect, the rod-shaped components have a grooved surface.

In un 29° aspetto secondo il 27° aspetto, i componenti astiformi presentano una superficie zigrinata. In a 29th aspect according to the 27th aspect, the rod-shaped components have a knurled surface.

In un 30° aspetto secondo il 27° aspetto, i componenti astiformi presentano una superficie scanalata e zigrinata. In a 30th aspect according to the 27th aspect, the rod-shaped components have a grooved and knurled surface.

In un 31° aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti dal 18° al 30° il passo di deposiz ione dei componenti astiformi è costante. In a 31 ° aspect according to any of the 18 ° to 30 ° aspects the deposition step of the rod-like components is constant.

In un 32° aspetto secondo uno qualsiasi degli aspetti dal 18° al 30° il passo di depo sizione dei componenti astiformi è variabile. In a 32 ° aspect according to any of the 18 ° to 30 ° aspects the deposition pitch of the rod-like components is variable.

Descrizione dei disegni Description of the drawings

Alcune forme realizzative ed alcuni aspetti del trovato saranno qui di seguito descritti con riferimento ai disegni allegati, forniti a solo scopo indicativo e pertanto non limitativo in cui: � La figura 1 è una vista schematica del processo generale di realizzazione di un elemento Some embodiments and some aspects of the invention will be described hereinafter with reference to the attached drawings, provided for indicative purposes only and therefore not for limiting purposes in which: Figure 1 is a schematic view of the general process of manufacturing an element

di materiale cementizio mediante stampa a 3D; of cementitious material by 3D printing;

� La figura 2 è una vista che illustra la realizzazione di campioni lineari di elementi di materiale cementizio secondo l’arte nota e secondo l’invenzione, al fine di poterne effettuare una caratterizzazione; � Figure 2 is a view that illustrates the realization of linear samples of elements of cementitious material according to the known art and according to the invention, in order to be able to carry out a characterization;

� La figura 3 è una vista in sezione trasversale degli elementi di figura 2 in cui una prima metà (sinistra) è realizzata con il procedimento secondo il trovato mentre una seconda metà (destra) è realizzata secondo lo stato dell’arte; Figure 3 is a cross-sectional view of the elements of figure 2 in which a first half (left) is made with the method according to the invention while a second half (right) is made according to the state of the art;

� La figura 4 è una vista schematica dell’apparecchiatura utilizzata per le prove meccaniche di resistenza al taglio interlaminare dei campioni, secondo una metodologia “punch-through”; � Figure 4 is a schematic view of the equipment used for the mechanical tests of resistance to interlaminar shear of the samples, according to a "punch-through" methodology;

� La figura 5 è un dettaglio ingrandito della figura 4; Figure 5 is an enlarged detail of Figure 4;

� Le figure 6-9 illustrano alcune forme possibili di elementi astiformi utilizzati nella presente invenzione, e Figures 6-9 illustrate some possible shapes of rod-like elements used in the present invention, and

� La figura 10 è un diagramma che illustra i risultati delle prove sperimentali, in particolare il carico medio di rottura interlaminare in funzione del tempo di sovrapposizione tra gli strati, per provini con elementi di rinforzo astiformi e senza. Figure 10 is a diagram illustrating the results of the experimental tests, in particular the mean interlaminar breaking load as a function of the overlap time between the layers, for specimens with rod-like reinforcement elements and without.

Descrizione dettagliata Detailed description

Si noti che nella presente descrizione dettagliata le corrispondenti parti illustrate nelle varie figure sono indicate con gli stessi riferimenti numerici. Le figure potrebbero illustrare l’oggetto dell’invenzione tramite rappresentazioni non in scala; pertanto, parti e componenti illustrati nelle figure relativi all’oggetto dell’invenzione potrebbero riguardare esclusivamente rappresentazioni schematiche. It should be noted that in the present detailed description the corresponding parts illustrated in the various figures are indicated with the same numerical references. The figures could illustrate the object of the invention through non-scale representations; therefore, parts and components illustrated in the figures relating to the object of the invention could only concern schematic representations.

Con il termine stampa tridimensionale o stampa 3D è inteso un procedimento di realizzazione di oggetti mediante stampante tridimensionale o stampante 3D basata su di una tecnologia additiva di materiale (produzione additiva, cosiddetta Additive Manufacturing). Il procedimento prevede la realizzazione - mediante software di modellazione dedicati - di un modello tridimensionale il quale viene inviato ad una stampante 3D configurata per realizzare il corrispondente modello fisico del modello matematico digitale mediante deposito di materiale di uno strato sopra l’altro, procedendo per sezioni trasversali verso l’alto. The term three-dimensional printing or 3D printing refers to a process of making objects using a three-dimensional printer or 3D printer based on an additive material technology (additive manufacturing, so-called Additive Manufacturing). The procedure involves the creation - using dedicated modeling software - of a three-dimensional model which is sent to a 3D printer configured to create the corresponding physical model of the digital mathematical model by depositing material from one layer on top of the other, proceeding by sections. transversal upwards.

Con il termine stampante 3D è inteso un dispositivo configurato per realizzare un modello fisico tridimensionale mediante un procedimento stampa 3D a produzione additiva. In particolare, la stampante 3D comprende almeno una testa di erogazione configurata per depositare una prefissata quantità di materiale. La stampante 3D comprende un sistema di movimentazione connesso alla testa di erogazione il quale è configurato per movimentare quest’ultima secondo uno spazio tridimensionale. The term 3D printer refers to a device configured to create a three-dimensional physical model using an additive manufacturing 3D printing process. In particular, the 3D printer comprises at least one dispensing head configured to deposit a predetermined quantity of material. The 3D printer includes a handling system connected to the dispensing head which is configured to move the latter according to a three-dimensional space.

La stampante 3D può inoltre comprendere un’unità di controllo connessa al sistema di movimentazione ed alla testa di erogazione; l’unità di controllo è configurata per ricevere ed elaborare un modello matematico digitale e comandare l’attivazione del sistema di movimentazione e della testa di erogazione per definire la stratificazione (layer-by-layer) del modello elaborato. La stampante 3D è configurata per partire da un oggetto progettato/disegnato tramite software e replicarlo fisicamente con l’ausilio di appositi materiali. Ulteriori dettagli della stampante 3D e della relativa unità di controllo sono illustrati nella domanda WO2018/015920 A1 sopra citata. The 3D printer can also include a control unit connected to the handling system and the dispensing head; the control unit is configured to receive and process a digital mathematical model and command the activation of the handling system and the dispensing head to define the stratification (layer-by-layer) of the elaborated model. The 3D printer is configured to start from an object designed / drawn using software and physically replicate it with the help of appropriate materials. Further details of the 3D printer and the related control unit are illustrated in the aforementioned application WO2018 / 015920 A1.

Con riferimento ai disegni, in figura 1 sono indicati i parametri significativi di un elemento qualsiasi di materiale cementizio ottenuto mediante stampa a 3D, e cioè Q la portata di materiale cementizio fluido alimentato alla testa di erogazione, V la velocità di avanzamento di detta testa, W la larghezza di ciascun strato, h l’altezza di ciascun strato, Hm l’altezza dell’elemento e L la sua lunghezza. With reference to the drawings, Figure 1 indicates the significant parameters of any element of cementitious material obtained by 3D printing, namely Q the flow rate of fluid cementitious material fed to the dispensing head, V the speed of advancement of said head, W the width of each layer, h the height of each layer, Hm the height of the element and L its length.

In figura 2 è illustrata la metodologia di ottenimento di una serie di elementi 10 realizzati secondo la tecnica nota e secondo l’invenzione, per consentire una loro caratterizzazione a confronto. Il materiale cementizio utilizzato per la realizzazione degli elementi 10 è descritto nella domanda WO2018/015920 A1. Sebbene nella realizzazione degli elementi 10 si sia utilizzata una particolare composizione, essa può anche variare senza che vengano meno le vantaggiose caratteristiche secondo l’invenzione. Figure 2 illustrates the methodology for obtaining a series of elements 10 made according to the known technique and according to the invention, to allow their comparative characterization. The cementitious material used for making the elements 10 is described in application WO2018 / 015920 A1. Although a particular composition was used in the realization of the elements 10, it can also vary without losing the advantageous characteristics according to the invention.

Con riferimento alla figura 3, in cui gli strati sono indicati con il riferimento 12, una prima porzione degli elementi 10 presenta componenti astiformi verticali 14 (porzione sinistra), mentre una seconda porzione ne è priva (porzione destra). Detti componenti astiformi 14 sono realizzati a guisa di chiodi di acciaio e presentano una lunghezza pari a 5 cm, con un diametro di 6mm. Nella descrizione i componenti astiformi 14 verranno indicati per semplicità “chiodi”, in quanto la loro forma assomiglia a quella di chiodi senza testa. Nelle figure 9- 12 sono illustrate alcune forme possibili degli elementi astiformi 14. A parte il caso di chiodi con superficie liscia (non illustrato) possono essere utilizzate essenzialmente quattro forme: spirale verticale (figura 9); spirale verticale e filettatura (figura 10); filettatura (figura 11); spirale angolata (figura 12). Le superfici zigrinate o scanalate di figure 9-12 o loro possibili varianti (non illustrate) aumentano l’aderenza degli elementi astiformi con la composizione cementizia. Oltre all’acciaio, altri materiali (preferibilmente metallici ma anche plastici o compositi a matrice polimerica) possono essere utilizzati per i chiodi 14. Essi sono disposti in modo sfalsato nella direzione di avanzamento della testa di estrusione, in modo tale che due chiodi 14 non consecutivi (indicati con il riferimento “a” e “b”) interessino i primi tre strati 12, mentre il chiodo intermedio 14 (indicato con il riferimento “c”) interessi il secondo, terzo e quarto strato 12. E’ evidente che tale schema di inserimento dei chiodi 14 può ripetersi per un numero maggiore di strati 12 rispetto ai sette strati del campione. Inoltre la disposizione dei chiodi 14 può variare rispetto a quella di figura 3, e la loro lunghezza e/o diametro può variare in relazione allo spessore e/o larghezza degli strati. Si ritiene comunque che un rapporto lunghezza/diametro compreso tra 5 e 20 e una distanza orizzontale tra chiodi successivi compresa tra 30 e 200 mm o più preferibilmente tra 30 e 100 mm sia preferibile sia alla luce della facilità di inserimento dei chiodi 14 negli strati 12 ancora non induriti di materiale cementizio sia in relazione alla loro funzione di rinforzo. L’inserimento dei chiodi 14 può essere effettuato manualmente, ma più preferibilmente in modo automatico per mezzo di un manipolatore asservito alla testa di estrusione. Detto manipolatore può assumere diverse forme, sebbene la sua funzione base sia quella di inserire i chiodi 14 durante l’avanzamento della testa di estrusione. In relazione alla velocità di inserimento dei chiodi 14 può essere necessario prevedere che il manipolatore avanzi sostanzialmente a scatti rispetto alla testa di estrusione, al fine di evitare che al movimento verticale di inserimento dei chiodi 14 si sovrapponga il movimento trasversale di avanzamento della testa di estrusione. Inoltre, è possibile che il manipolatore asservito alla testa di estrusione inserisca gli elementi astiformi con passo variabile oppure in una direzione diversa da quella perpendicolare al piano degli strati per fornire, se richiesta, una particolare direzione principale di rinforzo. With reference to Figure 3, in which the layers are indicated by the reference number 12, a first portion of the elements 10 has vertical rod-like components 14 (left portion), while a second portion does not (right portion). Said rod-like components 14 are made in the manner of steel nails and have a length of 5 cm, with a diameter of 6mm. In the description the rod-like components 14 will be indicated for simplicity "nails", since their shape resembles that of headless nails. Figures 9-12 illustrate some possible shapes of the rod-shaped elements 14. Apart from the case of nails with a smooth surface (not shown), essentially four shapes can be used: vertical spiral (Figure 9); vertical spiral and thread (figure 10); thread (figure 11); angled spiral (figure 12). The knurled or grooved surfaces of Figures 9-12 or their possible variants (not shown) increase the adherence of the rod-shaped elements with the cement composition. In addition to steel, other materials (preferably metallic but also plastics or polymeric matrix composites) can be used for the nails 14. They are arranged staggered in the direction of advancement of the extrusion head, so that two nails 14 do not consecutive (indicated with the reference "a" and "b") affect the first three layers 12, while the intermediate nail 14 (indicated with the reference "c") affects the second, third and fourth layer 12. It is evident that this the pattern of insertion of the nails 14 can be repeated for a greater number of layers 12 with respect to the seven layers of the sample. Furthermore, the arrangement of the nails 14 can vary with respect to that of Figure 3, and their length and / or diameter can vary in relation to the thickness and / or width of the layers. However, it is believed that a length / diameter ratio between 5 and 20 and a horizontal distance between successive nails between 30 and 200 mm or more preferably between 30 and 100 mm is preferable both in light of the ease of insertion of the nails 14 into the layers 12 not yet hardened of cementitious material both in relation to their reinforcing function. The insertion of the nails 14 can be carried out manually, but more preferably automatically by means of a manipulator interlocked with the extrusion head. Said manipulator can take different forms, although its basic function is to insert the nails 14 during the advancement of the extrusion head. In relation to the speed of insertion of the nails 14, it may be necessary to provide that the manipulator advances substantially in jerks with respect to the extrusion head, in order to prevent the vertical movement of insertion of the nails 14 from being superimposed by the transverse advancement movement of the extrusion head. . Furthermore, it is possible that the manipulator enslaved to the extrusion head inserts the rod-shaped elements with variable pitch or in a direction other than that perpendicular to the plane of the layers to provide, if required, a particular main direction of reinforcement.

Realizzazione dei campioni per prove sperimentali Creation of samples for experimental tests

Nella realizzazione degli elementi 10 si è utilizzato un rapporto acqua/cemento pari a 0,38 per raggiungere le prestazioni meccaniche richieste ed una cinetica di presa e indurimento desiderata. Detto basso rapporto favorisce l’auto-sostentamento degli strati (“buildability”), comunque può variare in generale tra 0,30 e 0,45. In manufacturing the elements 10, a water / cement ratio of 0.38 was used to achieve the required mechanical performance and the desired setting and hardening kinetics. Said low ratio favors the self-sustenance of the layers ("buildability"), however it can generally vary between 0.30 and 0.45.

Si è utilizzato un aggregato inerte di sabbia ad umidità controllata (100% di contenuto di umidità) con diametro massimo inferiore a 4 mm. An inert aggregate of humidity controlled sand (100% moisture content) with a maximum diameter of less than 4 mm was used.

La miscela cementizia comprende inoltre delle fibre di polipropilene in proporzione dello 0,1% in peso e con una lunghezza media di 35 mm ed un diametro di 0.3 mm al fine di prevenire la fessurazione da ritiro. Oltre alle fibre di polipropilene possono essere utilizzate altre fibre da sole o in miscela, ad esempio fibre di polivinilalcool (PVA), poliesteri, poliammidi alifatiche (Nylon). Preferibilmente la fibra ha un diametro o una massima dimensione della sezione trasversale compresa tra 0,12 e 0,8 mm. Preferibilmente, detta fibra ha una lunghezza inferiore a 60 mm, più preferibilmente compresa tra 40 e 55 mm. Anche se nella realizzazione degli elementi di prova si è utilizzato lo 0,1% in peso delle fibre, la percentuale in peso può essere compresa tra 0,025% e lo 0,6%, più preferibilmente tra lo 0,03% e lo 0,5% rispetto al peso totale della composizione. Fibre polimeriche adatte possono essere scelte fra quelle commercialmente disponibili, per esempio quelle della serie MapeFibre commercializzate da Mapei, per esempio MapeFibre CN54 o NS12; quelle della serie RUREDIL commercializzate da RUREDIL, per esempio RUREDIL X FIBER 19; quelle della serie Polifer commercializzate da Polifer per esempio Polifer 420. The cement mixture also comprises polypropylene fibers in a proportion of 0.1% by weight and with an average length of 35 mm and a diameter of 0.3 mm in order to prevent shrinkage cracking. In addition to polypropylene fibers, other fibers can be used alone or in blends, for example polyvinyl alcohol (PVA) fibers, polyesters, aliphatic polyamides (Nylon). Preferably the fiber has a diameter or a maximum cross-sectional dimension of between 0.12 and 0.8 mm. Preferably, said fiber has a length of less than 60 mm, more preferably between 40 and 55 mm. Although 0.1% by weight of the fibers was used in the fabrication of the test elements, the percentage by weight may be between 0.025% and 0.6%, more preferably between 0.03% and 0, 5% with respect to the total weight of the composition. Suitable polymeric fibers can be selected from those commercially available, for example those of the MapeFibre series marketed by Mapei, for example MapeFibre CN54 or NS12; those of the RUREDIL series marketed by RUREDIL, for example RUREDIL X FIBER 19; those of the Polifer series marketed by Polifer for example Polifer 420.

Nella preparazione degli elementi 10 è stato utilizzato un agente superfluidificante di tipo policarbossilico noto commercialmente come BASF Melflux® 2651F ed in percentuale pari allo 0,15% in peso rispetto al quantitativo di cemento. Ovviamente altri tipi di agenti superfluidificanti possono essere utilizzati, a scelta tra polimeri opzionalmente modificati policarbossilici polieteri, naftalensolfonici, polifosfonici, acrilici, glicoli polipropilenici e loro miscele. L’agente fluidificante può essere in polvere oppure liquido, per esempio in soluzione acquosa; preferibilmente è in polvere, generalmente detta polvere ha una densità compresa tra 50 e 80 g/100cm<3>, preferibilmente compresa tra 30 e 60 g/100cm<3>. Agenti superfluidificanti adatti sono scelti fra quelli commercialmente disponibili, per esempio fra quelli della serie Melflux® commercializzati da BASF, e quelli della serie Dynamon® commercializzati da Mapei. La percentuale in peso dell’agente superfluidificante, da solo o in miscela con uno o più altri agenti fluidificanti, è preferibilmente maggiore dello 0,035% e inferiore allo 0,05%. Si ritiene che l’agente superfluidificante, aggiunto in specifiche quantità alla fine della fase di miscelazione in betoniera, regoli la reologia e la tixotropia della composizione cementizia. In particolare, tale agente superfluidificante determina una bassa viscosità in fase di erogazione dalla testa di erogazione per garantire la stampabilità della composizione cementizia, mentre determina una viscosità alta dopo che la composizione è stata depositata garantendo in tal modo la separazione degli strati e l’auto-sostegno degli strati successivamente depositati mediante il processo di stampa. In the preparation of the elements 10, a superplasticizing agent of the polycarboxylic type known commercially as BASF Melflux® 2651F and in a percentage equal to 0.15% by weight with respect to the quantity of cement was used. Obviously, other types of superplasticizing agents can be used, optionally among optionally modified polymers polycarboxylic polyethers, naphthalenesulfonic, polyphosphonic, acrylic, polypropylene glycols and their mixtures. The fluidifying agent can be powder or liquid, for example in an aqueous solution; preferably it is in powder form, generally said powder has a density between 50 and 80 g / 100cm <3>, preferably between 30 and 60 g / 100cm <3>. Suitable superplasticizing agents are selected from those commercially available, for example from those of the Melflux® series marketed by BASF, and those of the Dynamon® series marketed by Mapei. The weight percentage of the superplasticizing agent, alone or in a mixture with one or more other fluidifying agents, is preferably greater than 0.035% and less than 0.05%. It is believed that the superplasticizing agent, added in specific quantities at the end of the mixing phase in the concrete mixer, regulates the rheology and thixotropy of the cement composition. In particular, this superplasticizing agent determines a low viscosity in the dispensing phase from the dispensing head to guarantee the printability of the cementitious composition, while it determines a high viscosity after the composition has been deposited thus guaranteeing the separation of the layers and the self -support of the layers subsequently deposited through the printing process.

Nella realizzazione degli elementi 10 è stato utilizzato del cemento Portland al alta resistenza 42.5 R di Italcementi, sebbene qualsiasi cemento, ad esempio scelto tra quelli appartenenti ai tipi I, II, III, IV e V, stabiliti dalla norma EN 197-1, recepita a livello nazionale dalla norma UNI EN 197/1 ed avente classe di resistenza compresa tra 42,5R e 52,5R secondo la norma UNI EN 197/1, possa essere utilizzato nella metodologia secondo l’invenzione. In the realization of the elements 10 Italcementi high-strength Portland cement 42.5 R was used, although any cement, for example chosen among those belonging to types I, II, III, IV and V, established by the EN 197-1 standard, implemented at national level by the UNI EN 197/1 standard and having a resistance class between 42.5R and 52.5R according to the UNI EN 197/1 standard, it can be used in the methodology according to the invention.

Nella miscela cementizia si è utilizzato un “filler" calcareo in una percentuale in peso del 4,4 % sul totale al fine di ridurre la porosità totale dell’elemento cementizio. Il “filler” presenta un diametro preferibilmente inferiore a 0,067 mm ed è ad esempio scelto sabbia silicea (microsilice) e filler calcareo (carbonato di calcio). A calcareous "filler" was used in the cement mixture in a percentage by weight of 4.4% of the total in order to reduce the total porosity of the cementitious element. The "filler" has a diameter preferably less than 0.067 mm and is of example chosen silica sand (microsilica) and calcareous filler (calcium carbonate).

Nella seguente tabella è riportata la composizione utilizzata per gli elementi 10: The following table shows the composition used for the 10 elements:

La classe di consistenza (“sump class”) di questo cemento è stata valutata secondo la procedura EN 1250-2:2009 ed è pari a S1, con un abbassamento medio al cono di Abrams di 10+/- 2mm. The consistency class ("sump class") of this cement was evaluated according to the procedure EN 1250-2: 2009 and is equal to S1, with an average lowering of the Abrams cone of 10 +/- 2mm.

Sono state effettuate delle prove sperimentali per caratterizzare la resistenza al taglio fra strati 12 degli elementi 10 stampati in 3D, mediante test di taglio per flessione dei provini (“punch-through shear test”), sebbene con alcune modifiche legate sia alla geometria dei provini (le loro dimensioni sono strettamente legate al processo 3D) sia al fatto che le interfacce fra gli strati 12 agiscono già da innesco alla propagazione di linee di rottura senza la necessità di ricorrere ad appositi intagli come nelle prove classiche (dove i provini sono cubi di 10 cm di lato). Experimental tests were carried out to characterize the shear strength between 12 layers of the 3D printed elements 10, by means of a "punch-through shear test", although with some modifications related to both the geometry of the specimens (their dimensions are closely linked to the 3D process) and to the fact that the interfaces between the layers 12 already act as a trigger for the propagation of rupture lines without the need to resort to special notches as in classical tests (where the specimens are cubes of 10 cm on each side).

Per la realizzazione degli elementi 10 si è utilizzata una stampante BigDelta WASP prodotta dalla società italiana CSP. L’area di stampa di questa macchina è un triangolo di 4 m di lato. La testa di stampa è sostenuta da tre bracci mobili che sono collegati ai montanti del telaio della macchina. Mediante il controllo del movimento dei bracci la testa di stampa può essere posizionata verticalmente e/o orizzontalmente con precisione nell’area di lavoro. Per altri dettagli si rimanda alla descrizione della domanda WO2018/015920 A1. A BigDelta WASP printer produced by the Italian company CSP was used to create the elements 10. The printing area of this machine is a triangle of 4 m on each side. The print head is supported by three movable arms which are connected to the uprights of the machine frame. By controlling the movement of the arms, the print head can be positioned vertically and / or horizontally with precision in the work area. For other details, please refer to the description of application WO2018 / 015920 A1.

I campioni 10a da testare (figure 4 e 5) sono ricavati per taglio dagli elementi 10 di figura 3 (linee tratteggiate) e hanno una configurazione a piastra rettangolare con le seguenti dimensioni: 14 cm di lunghezza, 14 cm di larghezza e 5 cm di spessore. Questa metodologia di ottenimento dei campioni 10a da elementi più grandi 10 consente di eliminare le zone iniziali e finali 10b di ciascun elemento 10 che possono essere affette da imperfezioni. The samples 10a to be tested (figures 4 and 5) are obtained by cutting from the elements 10 of figure 3 (dashed lines) and have a rectangular plate configuration with the following dimensions: 14 cm in length, 14 cm in width and 5 cm in thickness. This method of obtaining the samples 10a from larger elements 10 allows to eliminate the initial and final areas 10b of each element 10 which may be affected by imperfections.

In totale sono stati ottenuti 36 elementi 10 utilizzando quattro configurazioni di stampa differenti, variando il tempo di sovrapposizione tra gli strati (tr), ove tale tempo che intercorre tra la deposizione di strati successivi è ritenuto responsabile della formazione dei cosiddetti “giunti freddi” (“cold joints”). Ciascun elemento 10 è composto da sette strati 12, di 2 cm di altezza ciascuno, per un’altezza totale di 14 cm, una lunghezza di 45 cm ed uno spessore di circa 5 cm. Sono stati utilizzati quattro tempi diversi di sovrapposizione tra singoli strati pari a 100 s (tr1), 200 s (tr2), 30 min (tr3) e 60 min (tr4) utilizzando gli stessi rimanenti parametri di stampa. A total of 36 elements 10 were obtained using four different printing configurations, varying the overlap time between the layers (tr), where this time between the deposition of successive layers is considered responsible for the formation of the so-called "cold joints" ( "Cold joints"). Each element 10 is composed of seven layers 12, each 2 cm high, for a total height of 14 cm, a length of 45 cm and a thickness of about 5 cm. Four different overlap times between individual layers of 100 s (tr1), 200 s (tr2), 30 min (tr3) and 60 min (tr4) were used using the same remaining print parameters.

Tutti i set di elementi 10, identificati rispettivamente con A, B, C e D sono caratterizzati da: All sets of elements 10, identified respectively with A, B, C and D are characterized by:

● elementi rettangolari di 45 x 14 x 5 cm ● rectangular elements of 45 x 14 x 5 cm

● velocità di avanzamento dell’ugello di stampa (v) di 2000 mm/min, che corrisponde a 3,3 cm/s ● print nozzle advancement speed (v) of 2000 mm / min, which corresponds to 3.3 cm / s

● stampa iniziata immediatamente dopo la miscelazione della composizione cementizia ● printing started immediately after mixing the cementitious composition

Metà degli elementi stampati 10 sono stati rinforzati inserendo chiodi 14 lunghi 5 cm (diametro 6 mm) attraverso gli strati di materiale cementizio ancora allo stato plastico ed i giunti fra gli strati al fine di poter indagare se la presenza dei chiodi di acciaio 14 aumenti la resistenza al taglio dei campioni 10a. I chiodi di acciaio 14 sono stati inseriti in modo tale che ciascun interfaccia o giunto tra gli strati 12 sia interessato da almeno due di loro (figura 3). Half of the molded elements 10 were reinforced by inserting nails 14 5 cm long (diameter 6 mm) through the layers of cementitious material still in the plastic state and the joints between the layers in order to be able to investigate whether the presence of the steel nails 14 increases the shear strength of samples 10a. The steel nails 14 have been inserted in such a way that each interface or joint between the layers 12 is affected by at least two of them (Figure 3).

Ciascun elemento 10 così ottenuto è composto da metà campione ottenuto mediante stampaggio tradizionale e metà campione ottenuto con l’inserimento dei chiodi di rinforzo 14 in acciaio. Each element 10 thus obtained is composed of half sample obtained by traditional molding and half sample obtained with the insertion of steel reinforcement nails 14.

Dopo stampa, gli elementi 10 sono stati a riposo per 28 giorni per il loro indurimento e quindi tagliati alla lunghezza desiderata di 14 cm. After printing, the elements 10 were left to rest for 28 days for their hardening and then cut to the desired length of 14 cm.

La seguente tabella riassume le principali caratteristiche dei campioni 10a stampati: The following table summarizes the main characteristics of the printed 10a samples:

I nomi dei campioni senza il riferimento “c” o “R” sono relativi a campioni 10a senza chiodi di rinforzo, mentre quelli con la “c” o R sono relativi a campioni con chiodi 14. The names of the samples without the reference “c” or “R” refer to samples 10a without reinforcing nails, while those with a “c” or R refer to samples with 14 nails.

L’attrezzatura di prova è predisposta per valutare la resistenza al taglio per flessione (“punch-through shear”) dei campioni non rinforzati e quelli con rinforzo interlaminare. Poiché l’obiettivo del test è la misura del carico necessario a causare la rottura per taglio dell’interfaccia due strati consecutivi e, di conseguenza, la determinazione dell’energia di frattura necessaria allo stesso scopo, l’orientamento degli strati 12 è mantenuto verticale durante il test (figure 4 e 5). I campioni 10a sono disposti in modo tale che tre strati centrali siano sotto la piastra superiore di carico K1 mentre due strati esterni, su ciascun lato del campione 10a, siano in contatto con i supporti di base K2. La distanza fra questi due supporti K2 è di 63 mm. Sebbene la dimensione di tre strati sia di 60 mm, sono stati lasciati 1,5 mm su ciascun lato al fine di compensare possibili variazioni di geometria o rotazioni spurie. The test equipment is designed to evaluate the "punch-through shear" of non-reinforced samples and those with interlaminar reinforcement. Since the objective of the test is the measurement of the load necessary to cause the shear fracture of the interface in two consecutive layers and, consequently, the determination of the fracture energy necessary for the same purpose, the orientation of the layers 12 is kept vertical during the test (Figures 4 and 5). The samples 10a are arranged in such a way that three central layers are under the upper loading plate K1 while two outer layers, on each side of the sample 10a, are in contact with the base supports K2. The distance between these two K2 supports is 63 mm. Although the size of the three layers is 60mm, 1.5mm was left on each side in order to compensate for possible geometry variations or spurious rotations.

L’attrezzatura di prova permette di misurare i carichi mediante una cella di carico e gli spostamenti mediante un LVDT (“linear variable differential transformer”) disposto tra la piastra di carico e una trave di supporto T (figura 4). Per quanto riguarda il monitoraggio del campo di deformazione nei campioni 10a, è stata utilizzata una correlazione ad immagine digitale (“Digital Image Correlation –DIC”). The test equipment allows to measure the loads using a load cell and the displacements by means of an LVDT ("linear variable differential transformer") placed between the load plate and a support beam T (Figure 4). As regards the monitoring of the deformation field in samples 10a, a digital image correlation (“Digital Image Correlation –DIC”) was used.

Per la caratterizzazione del fenomeno di rottura dell’interfaccia tra strati, i test sperimentali permettono di determinare la velocità critica di rilascio dell’energia di deformazione (“critical energy strain release rate”) che regola l’inizio e la propagazione delle fratture nel campione, così come descritto ad esempio in Bažant, Z. P., & Pfeiffer, P. A. (1986). “Shear fracture tests of concrete. Materials and structures”, 19(2), 111 e Jenq, Y. S., & Shah, S. P. (1988). “Mixed-mode fracture of concrete”, International Journal of Fracture, 38(2), 123-142. For the characterization of the phenomenon of rupture of the interface between layers, experimental tests allow to determine the critical energy strain release rate which regulates the initiation and propagation of fractures in the sample. , as described for example in Bažant, Z. P., & Pfeiffer, P. A. (1986). “Shear fracture tests of concrete. Materials and structures ", 19 (2), 111 and Jenq, Y. S., & Shah, S. P. (1988). “Mixed-mode fracture of concrete”, International Journal of Fracture, 38 (2), 123-142.

La determinazione dell’energia critica di frattura è legata al valore del carico esercitato sul provino quando appare la prima fessurazione. Detto carico P è denominato di “pop-in”. Le successive microfessurazioni che si verificano oltre questo carico Pmax e la corrispondente energia non sono associate alla resistenza a frattura del materiale. The determination of the critical fracture energy is linked to the value of the load exerted on the specimen when the first crack appears. Said load P is called "pop-in". Subsequent micro-cracks occurring beyond this load Pmax and the corresponding energy are not associated with the fracture strength of the material.

Nella tabella seguente sono riportati i valori di tensione massimi Pmax alla fessurazione ed i conseguente spostamenti δ in millimetri. The following table shows the maximum tension values Pmax at cracking and the consequent displacements δ in millimeters.

Dall’analisi dei risultati è evidente che ciascun gruppo di campioni A, B e C e D presenta un aumento di carico massimo quando sono utilizzati i chiodi 14 di rinforzo. In particolare, l’indebolimento dell’interfaccia all’aumentare del valore di “tr” è “riparabile” con l’inserimento dei chiodi che ripristinano una resistenza a taglio adeguata e simile a quella iniziale. From the analysis of the results it is evident that each group of samples A, B and C and D exhibits a maximum load increase when the reinforcing nails 14 are used. In particular, the weakening of the interface as the value of "tr" increases is "repairable" with the insertion of nails which restore an adequate shear strength similar to the initial one.

Al fine di dare una visione più chiara della distribuzione dei risultati, in figura 10 è riportato un diagramma con i valori medi del carico P. In order to give a clearer view of the distribution of the results, figure 10 shows a diagram with the average values of the load P.

La massima differenza di carico tra campioni è dovuta ai meccanismi di frattura che si sviluppano negli elementi rinforzati e non rinforzati. Infatti la maggior parte dei campioni senza chiodi aggiunti ha mostrato una frattura di puro taglio, cioè fratture verticali iniziali e propagate su piani verticali situati tra i bordi interni dei supporti e la piastra di carico. Questo comportamento è una prova che il test di taglio per flessione (“punch-through shear test”) innesca una generale frattura al taglio ed è coerente per la misura del rateo di rilascio dell’energia critica del modo scorrevole di frattura. The maximum difference in load between samples is due to the fracture mechanisms that develop in the reinforced and non-reinforced elements. In fact, most of the samples without added nails showed a pure shear fracture, i.e. initial and propagated vertical fractures in vertical planes located between the inner edges of the supports and the load plate. This behavior is a proof that the punch-through shear test triggers a general shear fracture and is consistent for the measurement of the critical energy release rate of the sliding fracture mode.

Dall’osservazione del meccanismo di frattura di tutti i campioni non rinforzati sono stati identificati due stadi principali, cioè la comparsa delle fessurazioni e la propagazione di tali fessurazioni sino alla frattura fragile. From the observation of the fracture mechanism of all non-reinforced specimens, two main stages have been identified, namely the appearance of cracks and the propagation of these cracks up to the brittle fracture.

La metodologia secondo l’invenzione può essere utilizzata sia per ottenere singoli elementi di materiale cementizio destinati ad essere tra loro assiemati per la realizzazione di strutture di più grandi dimensioni sia per la realizzazione di manufatti estesi come pareti di edifici o simili. The methodology according to the invention can be used both to obtain individual elements of cementitious material intended to be assembled together for the construction of larger structures and for the construction of extended artifacts such as walls of buildings or the like.

Claims

CLAIMS 1. Process for manufacturing an element in cementitious material (10), said procedure comprising the deposition, by means of a three-dimensional printing process, of a plurality of layers (L, 12) of cementitious material one above the other according to a vertical direction of stratification, characterized in that it further comprises the insertion of a plurality of rod-like reinforcing components (14) able to extend along at least two contiguous layers (L, 12).

2. Process according to claim 1, wherein said reinforcing rod-like components (12) are substantially transverse to said layers (L, 12).

3. Process according to claim 1 or 2, in which the rod-like components (14) are inserted into the layers in a staggered way with respect to each other in a horizontal direction of deposition, with a constant or variable insertion step.

Process according to any one of the preceding claims, in which the rod-like components (14) have a length comprised between two and five times the thickness of the layers (L, 12).

Method according to any one of the preceding claims, wherein the diameter of the rod-like components (14) is between 1/20 and 1/5 of their length.

Method according to any one of the preceding claims, wherein the horizontal distance between rod-like components (14) is preferably between 30 and 200 mm, more preferably between 30 and 100 mm.

Method according to any one of the preceding claims, wherein the rod-like components (14) are of a material selected from the group which includes metal, preferably of steel, polymeric materials and composite materials.

Process according to any one of the preceding claims, in which the rod-shaped elements (14) have a surface with improved adhesion, preferably grooved and / or knurled.

9. Process according to any of the preceding claims, in which the insertion of the rod-shaped components (14) is carried out automatically during the deposition of the layers (L, 12).

10. Element made of cementitious material (10), preferably obtained by means of the process according to any one of the preceding claims, said element comprising a plurality of layers (L, 12) of cementitious material, characterized in that it comprises a plurality of rod-like reinforcing components (14) inserted between said layers.

11. Element according to claim 10, in which the rod-like components (14) are inserted in the layers in a staggered way with respect to each other in a horizontal direction of deposition.

Element according to claim 10 or 11, wherein the rod-like components (14) have a length comprised between two and five times the thickness of the layers (L, 12).

13. Element according to any one of claims 10-12, wherein the diameter of the rod-like components (14) is between 1/20 and 1/5 of their length.

14. Element according to any one of claims 10-13, wherein the horizontal distance between rod-like components (14) is comprised between 30 and 100 mm.

Element according to any one of claims 10-14, wherein the rod-like components (14) are of a material selected from the group which includes metal, preferably of steel, polymeric materials and composite materials, and have an improved adhesion surface, preferably grooved and / or knurled.