Investigação do efeito do teor de cinzas volantes no desempenho de colagem do CFRP

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 17468 (2022) Citar este artigo

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O presente estudo concentra-se na investigação do comportamento da ligação interfacial do concreto com polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) sob ciclos de sulfato seco-úmido por meio de testes de cisalhamento bilateral. Além disso, foram analisados ​​os efeitos do teor de cinzas volantes nas características de falha interfacial, na capacidade de suporte de descolamento interfacial, na distribuição de deformações do CFRP e no pico de tensão de cisalhamento interfacial. A capacidade de descolamento interfacial, a deformação máxima do CFRP e o valor máximo da tensão de cisalhamento interfacial da interface CFRP-concreto diminuíram com o aumento do tempo de erosão sob a ação do ciclo seco-úmido do sulfato, de acordo com os resultados do teste do ciclo seco-úmido do sulfato. A resistência ao sulfato da interface CFRP-concreto aumentou após a adição de cinza volante. No entanto, a amplitude final de diminuição da capacidade de descolamento interfacial, a deformação máxima do CFRP e a tensão de cisalhamento interfacial máxima foram reduzidas à medida que o teor de cinzas volantes aumentou. O comprimento efetivo de ligação da interface aumentou gradualmente com o aumento do tempo de erosão; no entanto, a mudança no teor de cinzas volantes teve pouco efeito no comprimento de ligação efetivo, e o comprimento de ligação efetivo final das amostras com diferentes teores de cinzas volantes foi o mesmo. Além disso, o modelo de capacidade de suporte interfacial CFRP-concreto sob o ciclo seco-úmido do sulfato foi estabelecido introduzindo o coeficiente de influência abrangente do sulfato e considerando a influência do teor de cinzas volantes. Em conclusão, a análise comparativa do modelo de previsão e dos resultados dos testes revelou que o modelo de previsão poderia refletir bem a lei de degradação da capacidade de suporte de descolamento interfacial com o tempo de ataque do sulfato.

O polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) é amplamente utilizado para suportar estruturas de concreto armado existentes, aproveitando suas vantagens, como leveza, não volumoso, alta resistência, fácil construção, resistência à corrosão, resistência ao fogo, considerável plasticidade geométrica e fácil adaptação1,2 ,3,4,5,6. No entanto, a maioria dos membros estruturais de infra-estruturas reforçados com CFRP estão expostos a duras influências ambientais na engenharia prática. O desempenho de aderência da interface PRFC-concreto está diretamente relacionado ao tempo de exposição às influências ambientais, o que reduz a capacidade portante dos elementos armados7,8,9. Portanto, a durabilidade da interface CFRP-concreto em ambientes agressivos afeta diretamente as propriedades mecânicas a longo prazo das estruturas de concreto armado com CFRP. Muitos estudiosos10,11,12,13,14 conduziram extensos estudos sobre a interface FRP-concreto, resultando em uma vasta quantidade de dados experimentais e conclusões úteis, bem como no desenvolvimento de um modelo de mecânica de interface mais maduro. No entanto, o modelo mecânico de interface existente raramente considera a influência do ambiente de erosão e não pode expressar com precisão a degradação do desempenho da interface FRP-concreto sob um ambiente de erosão.

O ataque por sulfato é um dos principais motivos para a deterioração das propriedades mecânicas da interface FRP-concreto, segundo diversos estudos15,16,17,18. Em um desses estudos, Al-Rousan et al. relataram que o sulfato teve um grande impacto no desempenho da ligação interfacial do concreto FRP e que o desempenho da ligação interfacial do concreto FRP mostrou deterioração significativa após o ataque do sulfato7. Zhou et al. estudaram o efeito dos ciclos seco-úmido de sulfato nas propriedades mecânicas da interface PRFC-concreto16. Os resultados dos testes mostraram que o desempenho da ligação interfacial diminuiu significativamente sob os ciclos seco-úmido do sulfato, indicando que o principal fator para a deterioração do desempenho da interface CFRP-concreto foi a deterioração nas propriedades mecânicas do concreto. A capacidade de descascamento e o pico de tensão de cisalhamento da interface diminuíram gradualmente com o aumento do tempo de erosão, de acordo com os resultados experimentais na Referência 15, e a capacidade de descascamento foi reduzida em cerca de 52% após 150 dias de ciclo seco-úmido de sulfato. Além disso, verificou-se que a tendência exibida pela resistência ao descascamento da interface era consistente com a resistência do concreto com base na mudança no tempo de erosão. Isto também reflete indiretamente a diminuição das propriedades mecânicas do concreto sob o ambiente de ataque de sulfatos, que é a principal razão para a redução no desempenho da ligação da interface CFRP-concreto.