Utilize este identificador para referenciar este registo:
https://hdl.handle.net/1822/66884
Título: | Recycled steel fiber reinforced concrete for structural elements subjected to chloride attack: mechanical and durability performance |
Autor(es): | Frazão, Cristina Maria Vieira |
Orientador(es): | Barros, Joaquim A. O. Bogas, José Alexandre de Brito Aleixo |
Palavras-chave: | Betão Reforçado com Fibras de Aço Recicladas (BRFAR) Ataque de cloretos Desempenho mecânico e de durabilidade Investigação experimental Simulações numéricas Recycled Steel Fiber Reinforced Concrete (RSFRC) Chloride attack Mechanical and durability performance Experimental research Numerical simulations |
Data: | 19-Dez-2019 |
Resumo(s): | As fibras de aço recicladas (FAR) provenientes da indústria de reciclagem de pneus tem sido usadas com
sucesso no betão para melhorar o seu comportamento pós-fendilhação e a sua capacidade de absorção
de energia. Para elementos estruturais expostos em ambientes com cloretos, um dos aspetos mais
importantes da durabilidade do Betão Reforçado com Fibras de Aço Recicladas (BRFAR) é a resistência
à corrosão. No entanto, a durabilidade do BRFAR é quase inexistente, nomeadamente no que respeita
aos efeitos do ataque de cloretos, o que limita a mobilização de todo o potencial do BRFAR.
A presente tese tem como objetivo avaliar o comportamento mecânico e o desempenho de durabilidade
do BRFAR sob ataque de cloretos, englobando investigação experimental e analítica/numérica, cujo
conhecimento pode futuramente contribuir para regras de projeto e ferramentas de dimensionamento de
estruturas em BRFAR. As atividades de investigação realizadas abrangeram duas principais áreas, a
tecnologia de produção do BRFAR e a investigação da suscetibilidade à corrosão do BRFAR.
Na primeira área, foi realizado um programa experimental para caracterizar as FAR, em termos de
geometria, composição química, propriedades mecânicas e microestrutura. A influência dos detritos de
borracha aderidos à superfície das FAR foi avaliada no desempenho das FAR como reforço do betão e
na sua resistência à corrosão. Uma composição sustentável de BRFAR foi desenvolvida e avaliadas as
suas propriedades mecânicas através de ensaios de flexão e de compressão.
A segunda área incluiu um programa experimental para caracterizar a corrosão das FAR e investigar os
seus efeitos nos mecanismos de reforço das fibras desenvolvidos durante o arrancamento da fibra do
betão fendilhado previamente exposto a ambiente corrosivo. Adicionalmente, o comportamento pósfendilhação
do BRFAR sob ataque de cloretos foi caracterizado através de ensaios de tração indireta e
ensaios com placas redondas. Nestes ensaios, foi considerada a influência da abertura de fenda, do
período de exposição em cloretos e do perfil de distribuição/orientação das fibras. Os resultados
experimentais foram utilizados para realizar simulações numéricas por análise inversa de modo a derivar
as leis constitutivas pós-fendilhação do BRFAR. Foi ainda estimada uma previsão simplificada do teor
crítico de cloretos correspondente ao início da corrosão das fibras e do desempenho a longo prazo de
um elemento estrutural de BRFAR exposto a um ambiente marítimo agressivo.
Além disso, foram avaliados os benefícios técnicos, ambientais e económicos do uso do BRFAR
desenvolvido para aplicação em elementos estruturais, ao nível do material e em comparação com Betão
Reforçado com Fibras de Aço Industriais. Recycled Steel Fibers (RSF) derived from the tire recycling industry have been successfully used in concrete to improve its post-cracking load bearing capacity and energy absorption performance. For structural elements exposed to chloride environments, an important aspect of Recycled Steel Fiber Reinforced Concrete (RSFRC) durability is the corrosion resistance. However, research on the durability of RSFRC is almost inexistent, namely concerning the effects of chloride attack, which may limit the mobilization of the full potential of RSFRC. The present thesis aims to assess the mechanical behavior and durability performance of RSFRC under chloride attack involving both experimental and analytical/numerical research, which knowledge may contribute for future design guidelines and design tools for RSFRC structures. The research activities carried out covered two main fields, the technology of RSFRC manufacturing and the investigation on the corrosion susceptibility of RSFRC. In the first field, an experimental program was carried out to characterize the RSF in terms of geometry, chemical composition, mechanical properties and microstructure. The influence of rubber particles attached to RSF surface was assessed in the performance of RSF as concrete reinforcement and in its corrosion resistance. A sustainable mix composition of RSFRC was attained and their mechanical properties were evaluated by three-point notched beam bending tests and compressive tests. The second research field involved an experimental program to characterize the RSF corrosion and to investigate the corrosion effects of RSF on the fiber reinforcement mechanisms developed during the fiber pull-out from cracked concrete previously exposed to corrosive environment. Additionally, the postcracking behavior of RSFRC under chloride attack was characterized from double edge wedge splitting tests and round panel tests. In these tests, the influence of the crack width, chloride exposure period and fiber distribution/orientation profile was considered. The experimental results were used to perform numerical simulations by inverse analysis, aiming to derive the post-cracking constitutive laws of RSFRC. A simplified prediction of the critical chloride content corresponding to the beginning of fiber corrosion and of the long-term performance of a RSFRC structural element exposed to a specific dry-wet aggressive maritime environment was performed. In addition, the technical, environmental and economic benefits of using the developed RSFRC for application to structural elements were assessed at material level and compared to Industrial Steel Fiber Reinforced Concrete. |
Tipo: | Tese de doutoramento |
Descrição: | Tese de Doutoramento em Engenharia Civil |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/66884 |
Acesso: | Acesso aberto |
Aparece nas coleções: | C-TAC - Teses de Doutoramento |
Ficheiros deste registo:
Ficheiro | Descrição | Tamanho | Formato | |
---|---|---|---|---|
PhD thesis_Cristina Maria Vieira Frazao.pdf | 42,45 MB | Adobe PDF | Ver/Abrir |
Este trabalho está licenciado sob uma Licença Creative Commons