Avaliação do uso de óxido de grafeno como tratamento superficial em fibras sintéticas para utilização em concretos reforçados com fibra - Cecconello, Vinício (My University, 2024)
One of the ways to enhance the mechanical properties of concrete, especially in relation to tensile strength, is through the use of synthetic fibers. However, this use will only be efficient enough when there is a strong interaction between the cement paste and the surface of the fiber used. Better fiber-matrix interaction can be achieved with the surface treatment of polymeric fibers using graphene oxide (GO). This research sought to evaluate the GO surface deposition methods present in the literature and their effect on fiber-reinforced concrete, developed in two stages, the first which sought to evaluate the importance of temperature in the treatment of synthetic microfibers and subsequently its effect on the microstructure. and physical properties of concrete, and the second stage sought to evaluate the effect of treatment on synthetic macrofibers and its effect on microstructure and pullout resistance. To evaluate the quality of GO deposition, scanning electron microscopy (SEM-FEG) and energy-dispersive spectroscopy (EDS) tests were performed, with the same technique used to assess the fiber-matrix transition zone. Thermal analyses (DSC) were conducted to evaluate the treatment effect on microfibers and macrofibers. Mixtures of concrete reinforced with microfibers (FRC) were evaluated in both fresh and hardened states, while mixtures of concrete reinforced with macrofibers (MFRC) were assessed through single-fiber pull-out tests. Results from the first stage demonstrate, through SEM-FEG images and the identified C/O ratio in EDS, that microfibers treated at 80°C increased the C/O ratio. Changes in the microfiber-matrix transition zone were identified in FRC/GO samples through SEM-FEG, showing denser regions of cement hydration products, which did not translate to mechanical property gains but showed reduced water absorption compared to FRC samples. In the second stage, SEM-FEG images indicated that polypropylene macrofiber with higher C content achieved greater surface deposition homogeneity of GO, and the microstructure of macrofiber-reinforced concretes showed alterations with the presence of GO. In the pull-out test, treated macrofibers exhibited higher resistance over the analyzed displacements, demonstrating better behavior for a displacement of 3.5 mm, and the shear stress of synthetic macrofibers could be determined for displacements fR0,5, fR1,5, fR2,5 e fR3,5. [resumo fornecido pelo autor]
Uma das formas de potencializar as propriedades mecânicas do concreto, principalmente em relação aos esforços de resistência à tração, se dá com a utilização de fibras sintéticas. Porém, esse uso só será suficientemente eficiente quando houver uma forte interação entre a pasta de cimento e a superfície da fibra utilizada. Uma melhor interação fibra-matriz pode ser alcançada com o tratamento superficial das fibras poliméricas utilizando oxido de grafeno (GO). Essa pesquisa buscou avaliar os métodos de deposição superficial de GO presentes na literatura e o seu efeito em concretos reforçados com fibra, desenvolvidas em duas etapas, a primeira que buscou avaliar a importância da temperatura no tratamento de microfibras sintéticas e posterior oseu efeito na microestrutura e propriedades físicas do concreto, e a segunda etapa que buscouavaliar o efeito do tratamento em macrofibras sintéticas e o seu efeito junto a microestrutura e resistência ao arrancamento. Para avaliar a qualidade da deposição de GO, foram obtidas imagens por microscopia eletrônica de varredura (MEV-FEG) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS), as mesmas técnicas foram utilizadas para avaliar a zona de transição fibra-matriz. Para avaliar o efeito do tratamento sobre as microfibras e macrofibras, foram realizadas medidas de análises térmicas (DSC). As misturas de concreto reforçados com as microfibras (FRC) foram avaliadas no seu estado fresco e endurecido, já as misturas de concreto reforçados com as macrofibras (MFRC) foram avaliadas por meio do ensaio de arrancamento de fibra única. Os resultados da primeira etapa demonstram por meio das imagens de MEV-FEG e a relação C/O identificada no EDS que as microfibras tratadas a 80°C aumentando a relação C/O, foi possível identificar por meio do MEV-FEG a alteração na zona de transição microfibra-matriz para as amostras FRC/GO, e nelas a formação de regiões mais densas de produtos de hidratação do cimento, o que não representou ganhos nas propriedades mecânicas, porém apresentou redução na absorção de água quando comparado com amostras de FRC. Na segunda etapa as imagens de MEV-FEG indicaram que a macrofibra de polipropileno, com maior teor de C, obteve maior homogeneidade na deposição superficial de GO e, a microestrutura dos concretos reforçados com macrofibras indica alterações com a presença de GO. No ensaio de arrancamento, as macrofibras tratadas apresentaram uma maior resistência ao longo dos deslocamentos analisados, demonstrando melhor comportamento para um deslocamento de 3,5 mm e, ao final, pode se determinar a tensão de cisalhamento das macrofibras sintéticas para os deslocamentos fR0,5, fR1,5, fR2,5 e fR3,5. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Ciência dos materiais; Materiais - Testes; Concreto; Fibras; Grafeno; Materials science; Materiais - Testes; Concrete; Fibers; Graphene