Domande di scienze dei Materiali, Palmero

Curva sforzo-deformazione di un provino metallico duttile

Si tracci la curva sforzo-deformazione ottenibile dalla conduzione di una prova a trazione su un provino metallico duttile, definendo i parametri relativi alle caratteristiche di resistenza da essa ricavabili ed indicandoli opportunamente sul grafico. Un metallo duttile, come per esempio l'acciaio, subisce nella prova a trazione una notevole trasformazione plastica prima della rottura; questo comporta che il materiale metallico abbia un'elevata resistenza a rottura e a snervamento, cioè ha modulo elastico molto elevato.

Densità e fattori influenzanti

Come si definisce la densità e quali aspetti atomici/micro- e macro-strutturali possono influenzare la densità dei materiali? La densità è il rapporto tra la massa e il volume di un corpo (g/cm³) ed è influenzata soprattutto dalla struttura molecolare del materiale – in particolare dalla massa degli elementi costituenti – e dalla geometria del corpo. Per esempio, il vetro ha densità maggiore del mattone a causa dei processi di fusione e raffreddamento che rendono il vetro esente da porosità.

Shock termico

Si definisca il fenomeno dello shock termico e si elenchino i principali parametri dai quali dipende la resistenza dallo shock termico di un materiale. Se la variazione dimensionale prodotta da una variazione di temperatura è contrastata, si producono delle tensioni interne al materiale che possono portare alla rottura causata dallo shock termico: analogamente si può avere rottura per shock termico anche nel caso di variazioni dimensionali non uniformi. Per valutare la rottura da shock termico, cioè la capacità del materiale a resistere al fenomeno, si usa la resistenza allo shock termico (RST):

RST = (formula)

In cui è la resistenza a trazione, k la conducibilità termica, E la rigidezza e la dilatazione termica. Il parametro RST si nota come sia influenzato da altri parametri: sarà maggiore all'aumentare della conducibilità termica e della resistenza a trazione, e al diminuire del coefficiente di dilatazione termica lineare e della rigidezza. Per esempio nei metalli solitamente l'RST è alto perché hanno valori di resistenza a trazione e conducibilità termica molto alti.

Leganti aerei

Si definisca cosa si intende per legante aereo e si faccia un esempio di legante aereo. Si definisca inoltre cosa si intende per presa e indurimento di un legante. Con legante aereo si intende un tipo di legante che indurisce solo in aria e quindi non può operare a contatto con l'acqua o in ambienti umidi; i leganti aerei più diffusi sono il gesso e le calci aeree. Con il termine presa si intende il lasso di tempo durante il quale il legante perde la sua plasticità diventando meno lavorabile (inizio presa) per poi solidificarsi completamente (termine presa). Nel tempo, il materiale sviluppa e consolida la sua resistenza meccanica durante l'indurimento, così facendo da legante tra altri materiali.

Importanza della finezza del cemento

Perché è importante la finezza del cemento? La finezza del cemento è molto importante per la sua reattività, cioè la velocità di indurimento, perché le particelle con dimensione maggiore di 4 μm hanno difficoltà ad idratarsi, influendo anche sulla velocità di presa e sul grado di idratazione finale. Inoltre, se le particelle hanno dimensione maggiore di 35 μm, il cemento non raggiunge un'idratazione completa.

Segregazione del calcestruzzo e il fenomeno del bleeding

In che cosa consiste la segregazione del calcestruzzo e il fenomeno del bleeding? Quali conseguenze provocano nel manufatto di calcestruzzo? La segregazione è quel fenomeno in cui gli aggregati più grossi del cemento fresco tendono a spostarsi sul fondo provocando una separazione dei costituenti; la distribuzione non risulta quindi più uniforme. La tendenza del CLS alla segregazione aumenta all'aumentare della fluidità e al diminuire della coesione; si verifica perlopiù durante le operazioni di impasto, posa in opera e compattazione.

Il bleeding è invece il fenomeno per cui l'acqua affiora sulla superficie del CLS e nelle zone in cui si verifica questo accumulo d'acqua porta all'aumento del rapporto acqua/cemento e, conseguentemente, alla diminuzione della resistenza meccanica e della durabilità.

Pitturazione dei componenti metallici contro la corrosione

La pitturazione dei componenti metallici contro la corrosione: composizione delle pitture ed effetti di protezione. Le pitture sono sistemi eterogenei costituiti da un insieme di pigmenti dispersi in un composto filmico che funge da legante. I pigmenti possono essere attivi o inerti: i primi hanno la funzione di bloccare il processo corrosivo, i secondi servono a ridurre la permeabilità del fluido, a conferire caratteristiche fisiche e meccaniche specifiche alla pittura e a migliorare la resistenza al degrado.

Le pitture vengono applicate allo stato fluido sulla superficie metallica formando una pellicola solida e aderente; questi prodotti caratterizzano la loro azione protettiva attraverso due meccanismi:

• L'effetto barriera: durante il quale si formano degli strati con bassa permeabilità all'acqua che ostacolano la diffusione di ossigeno isolando la struttura.
• L'effetto elettrochimico: che si basa sull'azione protettiva dei pigmenti attivi che rallentano o arrestano il processo di corrosione.

Affinché un film possa rimanere protettivo nel tempo, deve avere una buona resistenza all'attacco chimico e deve avere adeguata durezza, resistenza, elasticità e flessibilità per sopportare le azioni meccaniche. Inoltre, visto che è difficile che un solo film possa rispondere a tutte le caratteristiche, si ricorre a diversi cicli protettivi su diversi strati (solitamente 3: uno di base, uno intermedio e uno finale).

Interazioni della radiazione solare con una lastra di vetro

Descrivere le possibili interazioni della radiazione solare con una lastra di vetro. La radiazione solare incidente su una lastra di vetro può essere riflessa, trasmessa, assorbita e rifratta. In genere, per valutare il comportamento di una lastra vetrata esposta ai raggi solari, si considera l'energia totale trasmessa attraverso la lastra o il fattore solare; sono entrambe grandezze che dipendono dallo spessore della lastra, dalla composizione del vetro e dalla lunghezza d'onda del raggio incidente. L'energia trasmessa è assorbita dai corpi che si trovano all'interno della struttura, che si riscaldano, emettendo a loro volta una radiazione con una lunghezza d'onda elevata che però viene riflessa dal vetro causando l'effetto serra.

Classi di resistenza dei cementi

Si elenchino le 6 classi di resistenza dei cementi secondo la norma UNI EN 197-1 e si discutano sinteticamente le differenze in termini di proprietà meccaniche a breve e medio termine (stagionatura). Secondo la norma UNI EN 197-1 le classi di resistenza al cemento sono 3: 32.5, 42.5, 52.5; queste 3 classi sono a loro volta suddivise in cemento ad indurimento normale, identificato con la lettera N, e cemento ad indurimento rapido, identificato con la lettera R. Il numero di queste classi si riferisce alla resistenza a compressione misurata dopo i 28 giorni necessari per la totale idratazione misurata su provini con un rapporto acqua/cemento pari a 0.5 e un rapporto sabbia/cemento pari a 3. In base alla classe di riferimento, cambia infatti anche la velocità di idratazione.

Modalità di conduzione di una prova a trazione

Si descrivano sinteticamente le modalità di conduzione di una prova a trazione (geometria e natura dei provini; condizioni di prova, ecc.). La prova di trazione è la prova utilizzata per studiare il comportamento meccanico di un materiale. Il test viene condotto su provini di geometria semplice che abbiano un tratto utile a sezione costante A e lunghezza iniziale l₀. Con una macchina si impone un allungamento crescente nel tempo con velocità costante e si misura la forza F necessaria per ottenere un allungamento l in cui l è la lunghezza del tratto dopo l'applicazione della forza F. Il risultato della prova è una curva che lega la forza F e l'allungamento Δl = l - l₀ e termina con la rottura del provino. La forza viene espressa in unità di superficie ed è definita sforzo.

Permeabilità, porosità e resistenza meccanica durante l'idratazione

Si discuta l'andamento di permeabilità, porosità e resistenza meccanica durante l'idratazione di un cemento Portland. L'idratazione di un cemento Portland influenza permeabilità, porosità e resistenza meccanica. La porosità inizia a diminuire progressivamente nel periodo finale dell'inizio presa e continua a decrescere anche nel periodo di indurimento. La permeabilità del cemento comincia ancor prima della diminuzione di porosità durante la presa. Lo sviluppo della resistenza meccanica inizia invece solo dopo la fine della presa, con l'inizio dell'indurimento. La resistenza meccanica arriva al suo valore massimo con la totale idratazione del cemento dopo 90 giorni dalla gettata.

Difetti puntuali dei solidi cristallini

Si elenchino le tipologie di difetti puntuali dei solidi cristallini e si discuta il loro ruolo nella realizzazione delle diverse tipologie di leghe metalliche. Il reticolo cristallino dei materiali metallici può presentare difetti strutturali di vario tipo:

• Difetti di punto: consentono di spiegare la coesistenza di atomi di metalli diversi nel medesimo reticolo cristallino e sono, infatti, alla base della formazione molecolare delle leghe metalliche.
• Difetti di linea: spiegano la capacità dei metalli di deformarsi plasticamente e di rafforzarsi durante l'incrudimento. La presenza di difetti di linea permette di spiegare anche la duttilità, cioè la possibilità di subire elevate trasformazioni plastiche: queste trasformazioni avvengono infatti per scorrimento delle dislocazioni.
• Difetti di superficie (o bordi di grano): sono superfici presenti tra i grani cristallini che si formano dopo la solidificazione. Durante la solidificazione si formano dei punti di nucleazione in cui il materiale inizia a solidificare; in questi punti si formano così dei cristalli orientati casualmente che accrescono fino alla completa solidificazione-cristallizzazione e ostacolandosi tra loro formano i grani cristallini. I bordi di grano sono proprio le superfici tra i diversi grani cristallini e, ostacolando le dislocazioni, aumentano la resistenza a deformazione del materiale.

Dilatazione termica

Cosa si intende per dilatazione termica di un materiale? Si scriva la semplice relazione di calcolo del coefficiente di dilatazione termica lineare, definendo i parametri in essa presenti. La dilatazione termica è quel fenomeno durante il quale l'oscillazione degli atomi prodotta dall'aumento di temperatura causa un incremento della distanza interatomica generando una dilatazione del materiale stesso. La variazione di lunghezza del materiale può essere espressa come: ΔL = α L₀ ΔT, in cui α è il coefficiente di dilatazione termica lineare, L₀ è la lunghezza iniziale e ΔT è la variazione di temperatura.