Analysis of durability of polymeric reinforcements reinforced with glass fiber subjected to alkaline environment and elevated tempeatures

Autor: Moura, Ruan Carlos de Araújo
Přispěvatelé: Véras Ribeiro, Daniel, Lima, Paulo Roberto Lopes, Tutikian, Bernardo Fonseca, Dias, Cleber Marcos Ribeiro, Dalfré, Gláucia Maria, Amico, Sandro Campos
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFBA
Universidade Federal da Bahia (UFBA)
instacron:UFBA
Popis: Submitted by Pós graduação Engenharia Civil (ppec@ufba.br) on 2022-03-21T19:11:12Z No. of bitstreams: 1 Tese_Doutorado_Ruan_Moura_PPEC_Final.pdf: 5016378 bytes, checksum: c3cc00bdc297595187b04f365f1657d0 (MD5) Approved for entry into archive by Escola Politécnica Biblioteca (biengproc@ufba.br) on 2022-03-24T16:59:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_Doutorado_Ruan_Moura_PPEC_Final.pdf: 5016378 bytes, checksum: c3cc00bdc297595187b04f365f1657d0 (MD5) Made available in DSpace on 2022-03-24T16:59:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Doutorado_Ruan_Moura_PPEC_Final.pdf: 5016378 bytes, checksum: c3cc00bdc297595187b04f365f1657d0 (MD5) Previous issue date: 2021-12-02 O vergalhão de polímero reforçado com fibras de vidro (GFRP) tem sido considerado uma alternativa para minimizar a degradação das estruturas de concreto armado e reduzir o impacto econômico resultante das atividades de manutenção e reabilitação destas estruturas. No entanto, esses vergalhões podem ter sua vida útil reduzida por alterações físicas, químicas e mecânicas que podem ocorrer quando expostos a ambiente alcalino ou elevadas temperaturas. Nesse contexto, buscando uma melhor compreensão dos mecanismos de degradação em ambientes de elevada agressividade, este trabalho avaliou a durabilidade dos vergalhões de GFRP, fabricados com matrizes poliméricas poliéster isoftálica, éster vinílica e epóxi, com diâmetros nominais de 6,0 e 13,0 mm. Assim, foram realizados ensaios de envelhecimento acelerado nos vergalhões de GFRP expostos a solução alcalina (pH 8,5, 12,6 e 13,5), nas temperaturas de 23˚C, 40˚C e 60˚C e com diferentes períodos de exposição (500 h, 1000 h e 3000 h). Além dos vergalhões isolados, foram avaliadas amostras embutidas em concretos, com ou sem adição de sílica ativa, e em concreto carbonatado. Ensaios de tração direta e cisalhamento interlaminar foram realizados em vergalhões, isolados ou embutidos no concreto, submetidos a elevadas temperaturas (23˚C, 150˚C, 300˚C e 350˚C). A degradação das fibras de vidro, das matrizes poliméricas e das interfaces fibramatriz e vergalhão-concreto foi avaliada antes e após o envelhecimento acelerado, utilizando as técnicas de análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise térmica diferencial (DTA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Os resultados mostraram que a degradação dos vergalhões de GFRP embutidos no concreto e envelhecidos foi inferior àqueles envelhecidos diretamente em solução alcalina. Os efeitos degradativos foram atenuados pela adição de sílica ativa, com perda na resistência ao cisalhamento interlaminar de 11,3%. Observou-se que a carbonatação do concreto resultou em um ambiente menos nocivo aos vergalhões de GFRP, com redução de 10,7% na resistência ao cisalhamento interlaminar após 3.000 horas de exposição. Quando expostos a elevadas temperaturas, o comportamento à tração dos vergalhões de GFRP tem influência significativa da matriz polimérica. Além disso, o uso de sílica ativa melhorou o desempenho do cobrimento de concreto e, consequentemente, a proteção aos vergalhões de GFRP, dificultando a difusão de oxigênio e do calor. A aderência vergalhão/concreto foi comprometida pela degradação térmica das nervuras do vergalhão de GFRP. Após analisar uma combinação de fatores de degradação, os vergalhões de GFRP com matriz epóxi, dentre os vergalhões estudados, foi o que apresentou melhor desempenho em ambientes com exposição a elevadas temperaturas, e, em ambiente alcalino os vergalhões de GFRP com matriz éster vinílica apresentou melhor desempenho. Glass fiber reinforced polymer (GFRP) rebar has been considered an alternative to minimize the degradation of reinforced concrete structures and reduce the economic impact resulting from the maintenance and rehabilitation activities of these structures. However, these rebars may have their service life reduced by physical, chemical, and mechanical changes that can occur when exposed to alkaline environment or elevated temperatures. In this context, seeking a better understanding of degradation mechanisms in highly aggressive environments, this study evaluated the durability of GFRP rebars, manufactured with polymeric isophthalic polyester, vinyl ester, and epoxy, with nominal diameters of 6.0 and 13.0 mm. Thus, accelerated aging tests were performed in the GFRP rebars exposed to the alkaline solution (pH 8.5, 12.6, and 13.5), at temperatures of 23 ˚C, 40 ˚C, and 60 ˚C and with different exposure periods (500 h, 1000 h, and 3000 h). In addition to the isolated rebars, samples embedded in concrete, with or without the addition of silica fume, and carbonated concrete were evaluated. Tensile strength and interlaminar shear tests were performed in rebar, isolated, or embedded in concrete, subjected to elevated temperatures (23 ˚C, 150 ˚C, 300 ˚C, and 350 ˚C). The degradation of glass fibers, polymeric matrices and fiber-matrix and rebar-concrete interfaces was evaluated before, and after accelerated aging, using the techniques of thermogravimetric analysis (TGA), differential exploratory calorimetry (DSC), differential thermal analysis (DTA), scanning electron microscopy (SEM), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The results showed that the degradation of GFRP rebars embedded in concrete and aged was lower than those directly aged in alkaline solution. The degradable effects were attenuated by the addition of silica fume, with a loss in interlaminar shear strength of 11.3%. It was observed that the carbonation of the concrete resulted in an environment less harmful to GFRP rebars, with a 10.7% reduction in interlaminar shear strength after 3,000 h of exposure. When exposed to elevated temperatures, the tensile strength behavior of GFRP rebars has a significant influence on the polymer matrix. In addition, the use of silica fume improved the performance of concrete covering and, consequently, the protection of GFRP rebars, making it difficult to diffuse oxygen and heat. The rebar/concrete adhesion was compromised by the thermal degradation of the ribs of the GFRP rebar. After analyzing a combination of degradation factors, GFRP rebars with epoxy matrix, among the rebars studied, presented the best performance in environments with exposure to elevated temperatures, and in an alkaline environment, the GFRP rebars with vinyl ester matrix presented better performance.
Databáze: OpenAIRE
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