Avaliação da influência da adição de grafeno na resina epóxi aplicada à reforços estruturais com fibra de carbono em vigas de concreto armado

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Autor(es): dc.contributorMazer, Wellington-
Autor(es): dc.contributorhttps://orcid.org/0000-0002-9941-999X-
Autor(es): dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/4548225471488796-
Autor(es): dc.contributorKloss, Juliana Regina-
Autor(es): dc.contributorhttps://orcid.org/0000-0002-3632-6219-
Autor(es): dc.contributorhttps://lattes.cnpq.br/3968800900294945-
Autor(es): dc.contributorMedeiros, Arthur-
Autor(es): dc.contributorhttps://orcid.org/0000-0003-2061-0108-
Autor(es): dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/5342292957624622-
Autor(es): dc.contributorBecker, Daniela-
Autor(es): dc.contributorhttps://orcid.org/0000-0003-3250-576X-
Autor(es): dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/8441423152319919-
Autor(es): dc.contributorKloss, Juliana Regina-
Autor(es): dc.contributorhttps://orcid.org/0000-0002-3632-6219-
Autor(es): dc.contributorhttps://lattes.cnpq.br/3968800900294945-
Autor(es): dc.contributorMazer, Wellington-
Autor(es): dc.contributorhttps://orcid.org/0000-0002-9941-999X-
Autor(es): dc.contributorhttps://lattes.cnpq.br/4548225471488796-
Autor(es): dc.creatorAbrahão, Taila Brandes-
Data de aceite: dc.date.accessioned2025-08-29T11:47:10Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2025-08-29T11:47:10Z-
Data de envio: dc.date.issued2025-08-25-
Data de envio: dc.date.issued2025-08-25-
Data de envio: dc.date.issued2025-05-09-
Fonte completa do material: dc.identifierhttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37994-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/capes/1083205-
Descrição: dc.descriptionStructural strengthening plays a fundamental role in the preservation and retrofitting of structures that are nearing the end of their service life, were built according to outdated standards, or require adaptation to new uses that exceed their original capacity. Among the various available techniques, the use of carbon fiber reinforced polymers (CFRP) stands out due to their mechanical strength, corrosion resistance, low density, and minimal alteration of the geometry of the strengthened element. However, premature debonding of CFRP, often caused by adhesive characteristics such as brittle failure mode and low fracture toughness, can compromise the structural stability of the system. In this context, recent research has focused on enhancing the properties of polymer matrices through the incorporation of nanomaterials such as graphene, which provides increased toughness and mechanical strength to the composite. Nevertheless, proper dispersion is essential for the effective performance of the reinforcement, requiring the use of techniques such as ultrasonication or shear mixing to ensure homogeneity. With this in mind, the objective of this study was to evaluate the influence of graphene addition to epoxy resin used in CFRP structural strengthening of reinforced concrete beams. The study was divided into four parts: material characterization, investigation of graphene dispersion in the resin, analysis of the composite produced using the best dispersion method, and application of this composite as an adhesive for CFRP strengthening of reinforced concrete beams. Three different dispersion techniques were employed: ultrasonic bath, ultrasonic processors, and torque rheometer (shear mixing). The materials and compositions were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric and differential thermal analysis (TGA/DTA), differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), Raman spectroscopy, optical microscopy (OM), transmission electron microscopy (TEM), and tensile strength testing. Based on the results, shear mixing was selected as the most effective method for composite production and subsequent application in CFRP strengthening. The composite was evaluated using FTIR, TGA/DTA, DSC, and tensile strength tests. The beams were tested under four-point bending to determine the cracking and ultimate stresses, as well as to evaluate the failure modes of the specimens. The experimental data showed that the torque rheometer provided the most effective graphene dispersion, resulting in the composite with the most homogeneous distribution and the best balance between strength and elastic modulus. When applied as an adhesive in CFRP strengthening, no statistical difference was observed in cracking and ultimate stresses compared to the neat resin. This performance is associated with the failure mode and factors such as dispersion quality, interaction with concrete, and stiffness of the reinforcement.-
Descrição: dc.descriptionO reforço estrutural desempenha um papel fundamental na preservação e adequação de estruturas que estão próximas ao fim de sua vida útil, que foram construídas segundo normas obsoletas ou mesmo, que necessitam de adaptações para novos usos excedentes as suas capacidades originais. Entre as diversas técnicas disponíveis, o uso de polímeros reforçados com fibra de carbono (PRFC) destaca-se por sua resistência mecânica e à corrosão, baixa densidade e mínima alteração na geometria do elemento reforçado. Contudo, o descolamento prematuro do PRFC, decorrente de características dos adesivos, como modo de ruptura frágil e baixa tenacidade à fratura, pode comprometer a estabilidade estrutural do sistema. Aliado a isso, pesquisas recentes têm se concentrado em melhorar as propriedades de matrizes poliméricas por meio da incorporação de nanomateriais, como o grafeno, que oferece maior tenacidade e resistência mecânica ao compósito. Entretanto, a dispersão adequada é imprescindível para o bom funcionamento do reforço, exigindo a utilização de técnicas, como a ultrassonicação ou mistura por cisalhamento, para garantir homogeneidade. Tendo isso em vista, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da adição de grafeno na resina epóxi aplicada à reforços estruturais com fibra de carbono em vigas de concreto armado. Para isso, o estudo foi dividido em quatro partes: caracterização dos materiais, estudo da dispersão de grafeno na resina, análise do compósito produzido pelo melhor método de dispersão e aplicação desse compósito como adesivo para o reforço com PRFC em vigas de concreto armado. Foram utilizadas três técnicas diferentes para a dispersão: banho ultrassônico, sonicador de ponteira ultrassônico e reômetro de torque (mistura por cisalhamento). Os materiais e as composições foram avaliados pelas técnicas de espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA/DTA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), difração de raios X (DRX), microscopia de força atômica (AFM), espectroscopia Raman, microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e ensaio de resistência à tração. Logo, foi escolhido o método de dispersão, por cisalhamento, como o de melhor performance para produção do compósito e aplicação no reforço com PRFC. O compósito foi avaliado a partir dos ensaios de FTIR, TGA/DTA, DSC e resistência à tração. Já as vigas foram submetidas ao ensaio de tração a quatro pontos, onde foram calculadas a tensão do aparecimento da primeira fissura e tensão de ruptura, além de avaliado o modo de ruptura das amostras. Os dados experimentais mostraram que o reômetro de torque proporcionou a melhor dispersão do grafeno, resultando no compósito com distribuição mais homogênea e o melhor equilíbrio entre resistência e módulo de elasticidade. Quando aplicado como adesivo em reforços com PRFC, não houve diferença estatística nas tensões de fissuração e ruptura em comparação à resina pura. Esse desempenho está ligado ao modo de falha e a fatores como qualidade da dispersão, interação com o concreto e rigidez do reforço.-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Idioma: dc.languagept_BR-
Publicador: dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paraná-
Publicador: dc.publisherCuritiba-
Publicador: dc.publisherBrasil-
Publicador: dc.publisherPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil-
Publicador: dc.publisherUTFPR-
Direitos: dc.rightsopenAccess-
Direitos: dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/-
Palavras-chave: dc.subjectGrafeno-
Palavras-chave: dc.subjectPolímeros-
Palavras-chave: dc.subjectDispersão-
Palavras-chave: dc.subjectAnálise estrutural (Engenharia)-
Palavras-chave: dc.subjectResinas epoxi-
Palavras-chave: dc.subjectVigas de concreto-
Palavras-chave: dc.subjectGraphene-
Palavras-chave: dc.subjectPolymers-
Palavras-chave: dc.subjectDispersion-
Palavras-chave: dc.subjectStructural analysis (Engineering)-
Palavras-chave: dc.subjectEpoxy resins-
Palavras-chave: dc.subjectConcrete beams-
Palavras-chave: dc.subjectCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL-
Palavras-chave: dc.subjectEngenharia Civil-
Título: dc.titleAvaliação da influência da adição de grafeno na resina epóxi aplicada à reforços estruturais com fibra de carbono em vigas de concreto armado-
Título: dc.titleEvaluation of the influence of graphene addition to epoxy resin applied to structural reinforcement with carbon fibers in reinforced concrete beams-
Tipo de arquivo: dc.typelivro digital-
Aparece nas coleções:Repositorio Institucional da UTFPR - RIUT

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