Self-healing of high strength concrete by super absorbent polymers for autogenous shrinkage control
Autor(a)
Santos, Karyne Ferreira dos
Orientador(a) Coorientador(a)
Silva, Eugênia Fonseca da||Ribeiro, Antonio Carlos Bittencourt Simões
Data de aceite
2021-06-22
Data de disponibilizacao
2021-06-22
Data de publicacao
2021-06-21
Data de defesa submissao
2021-03-01
Citacao
SANTOS, Karyne Ferreira dos. Self-healing of high strength concrete by super absorbent polymers for autogenous shrinkage control. 2021. 215 f., il. Tese (Doutorado em Estruturas e Construção Civil)—Universidade de Brasília, Brasília, 2021.
Tese (Doutorado)—Universidade de Brasília, Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, Faculdade de Tecnologia, 2021.
Resumo Portugues
O material autocicatrizante é uma tecnologia recente para aumentar a durabilidade das
estruturas e reduzir os custos de manutenção. Atualmente, encontra-se sob investigação o uso
de polímeros superabsorventes como agente cicatrizante autógeno. Além disso, o uso de
polímeros superabsorventes já está consolidado para controlar a retração autógena. No entanto,
para concretos de alta resistência, onde SAP é usado principalmente para mitigar a retração
autógena, há uma lacuna no potencial de auto cicatrização desses polímeros. Este estudo teve
como objetivo investigar o grau de cicatrização que um polímero superabsorvente com a função
de controlar a retração autógena pode atingir em concretos de alta resistência. A pesquisa foi
dividida em duas etapas, uma desenvolvida no Brasil para investigar um concreto de alta
resistência com reforço de fibra de aço para controlar a abertura da fissura, e outra em Portugal
investigando um concreto sem adição de fibras. Na primeira etapa, o conteúdo SAP máximo foi
avaliado com base nos testes de resistência à compressão e trabalhabilidade. Testes de tração
direta com correlação digital de imagens foram conduzidos para investigar os mecanismos de
fissuração das fibras de aço com SAP. Na segunda etapa, foram avaliadas a retração autógena
e as propriedades mecânicas do concreto sem fibras e, em seguida, desenvolvida uma nova
metodologia de fissuração. Com base nesta metodologia, foram investigadas quatro formas de
avaliar a auto cicatrização: recuperação mecânica, fechamento de fissuras por imagens
microscópicas, testes de permeabilidade ao ar e à água. Com base nesta metodologia, foram
avaliados dois teores de SAPs (0,3% e 0,6%) para uma fissura de 200 µm e ciclos diários de
molhagem e secagem por quatro meses, com duas idades de fissuração (7 e 28 dias). A
metodologia foi validada e pode-se concluir que é simples e fácil de ser implementada em outros
laboratórios, de baixo custo e com alta repetibilidade, pode isolar o efeito do agente de
cicatrização sem a interferência do reforço da fibra. A metodologia de fissuração produziu uma
única fissura no tamanho desejado em um padrão linear e uniforme, apresentando mínima
influência com o material e mantendo a largura da fissura durante o processo de cicatrização.
Os resultados mostraram um baixo nível de cicatrização para uma fissura com 200 µm durante
os quatro meses de ciclos de molhagem e secagem diários. A adição de SAP para controle da
retração autógena apontou para um pequeno aumento nas propriedades de auto cicatrização.
Resumo Ingles
Self-healing material is a recent technology to increase the durability of structures and reduce
maintenance costs. Currently, the use of superabsorbent polymers as an autogenous healing
agent is being under investigation. Additionally, the use of a superabsorbent polymer is already
consolidated to control autogenous shrinkage. However, for high-strength concretes, where SAP
is used primarily to mitigate autogenous shrinkage, there is a gap in these polymers’ self-healing
potential. This study aimed to investigate the degree of healing that a superabsorbent polymer
with the function to control autogenous shrinkage can achieve in high-strength concrete. The
research was divided into two stages, one developed in Brazil to investigate a high strength
concrete with steel fiber reinforcement to control crack width, and the other in Portugal
investigating a concrete without fiber addition. In the first stage, maximum SAP content was
evaluated based on the compressive strength and workability tests. Direct tensile test digital
image correlation was conducted to investigate the effect of SAP on the steel fibers’ crack bridging mechanisms. In the second stage, the autogenous shrinkage and mechanical properties
were evaluated, and then a new cracking methodology was developed. Assed on this
methodology, four ways to assess self-healing were investigated: mechanical recovery, crack
closure by microscopic images, air and water permeability tests. Based on this methodology, two
SAPs contents were evaluated (0,3% and 0,6%) for a crack of 200 µm and daily wetting and
drying cycles for four months, with two cracking ages (7 and 28 days). The methodology was
validated, and it can be concluded that it is simple and easy to be implemented in other
laboratories, low cost, and can be highly repeatable. It can isolate the effect of the healing agent
without the interference of fiber reinforcement. The cracking methodology produced a single crack
at the desired size in a linear and uniform pattern, showing minimum influence with the material
and maintaining the crack width during the healing process. The results showed a low level of
healing for a crack with 200 µm under the four months of daily wetting and drying cycles. The
SAP addition for autogenous shrinkage control pointed to a minor increase in the self-healing
properties.
Unidade academica
Faculdade de Tecnologia (FT)
Departamento
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)
Programa de Pos-Graduacao
Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil
Agencia financiadora
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Idioma
eng
Tipo de documento
Tese
Formato
application/pdf
Direitos de acesso
Acesso Aberto
Termo de licenca
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Palavras-chave
Polímero superabsorvente||Auto cicatrização||Concreto de alta resistência||Retração autógena
