Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2022.tde-05092022-090204
Document
Author
Full name
Daniel Valério
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Aoki, Idalina Vieira (President)
Cardoso, Juliana Lopes
Fernandes, Juliana Ferreira
Title in Portuguese
Microencapsulamento de metilmetacrilato para aditivar concreto armado conferindo-lhe propriedades de autorreparação.
Keywords in Portuguese
Autorreparação
Concreto armado
Eletroquímica (Técnicas)
Metil metacrilato
Microcápsulas
Abstract in Portuguese
O concreto é um material amplamente empregado em obras de construção civil no Brasil e no mundo. A sua massiva utilização se deve a algumas características importantes como a sua facilidade de moldagem, alta resistência à compressão, abundância de matéria prima na natureza e baixo custo. Apesar de apresentar elevada resisência à compressão, o concreto não responde bem a esforços de tração. Para resolver esse problema, o concreto e o aço são utilizados em conjunto nas estruturas, trabalhando de forma solidária, um resistindo aos esforços de compressão e o outro aos de tração, respectivamente. A união desses dois materiais é chamada de concreto armado (CA). Um dos problemas mais comuns do CA é o aparecimento de fissuras e trincas no compósito. Sendo assim, o controle das fissuras é importante para assegurar a integridade e durabilidade das estruturas, uma vez que elas podem funcionar como caminhos preferenciais de entrada de agentes agressivos ao concreto e ao aço embutido. Uma das questões relacionadas ao fissuramento do CA é a corrosão do reforço de aço, que pode ocorrer sem ser notada, já que esse material está envolto pelo concreto. Dessa forma, a evolução do processo corrosivo pode colocar em risco a vida de pessoas, trazer prejuízos econômicos e até ambientais. A fim de mitigar esses problemas, surgiu a necessidade de tornar o concreto menos susceptível a ocorrência de fissuras. Uma das soluções encontradas para essa finalidade é a autorreparação do concreto. Nesse sentido, o presente trabalho tem como principal objetivo conferir ao concreto propriedades autorreparadoras, por meio da incorporação de um monômero (MMA- metil metacrilato) e do seu ativador da polimerização (BPO peróxido de benzoíla) na matriz do compósito. Para tanto, foram sintetizadas microcápsulas poliméricas funcionalizados com 3 - aminopropiltrietoxissilano (APTES) e preenchidas com uma solução de MMA e DMPT (n, n-dimetil-p-toluidina) para aditivação do concreto. A verificação do encapsulamento da solução de MMA e DMPT foi feita por meio da técnica analítica de FTIR e por imagens de microscopia eletrônica de varredura. A técnica de FTIR também foi utilizada na investigação da eficácia do processo de funcionalização. Para obter a distribuição de tamanho das partículas, foram realizados ensaios de difração a laser. A fim de verificar a influência da presença das microcápsulas na matriz de concreto, foram realizados ensaios de absorção de água e resistência a compressão axial e diametral. Com vistas a verificar a ocorrência de autorreparação, foram realizados ensaios de velocidade de pulso ultrassônico (VPU) e eletroquímicos como potencial de circuito aberto (OCP), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e resistência de polarização linear (RPL). A aplicação das técnicas mencionadas mostrou que as microcápsulas obtidas apresentam formato regular esférico e distribuição de tamanho entre 50 m e 160 m. Pôde-se observar que as quantidades de microcápsulas adicionadas ao concreto (3 % e 6 % em relação à massa de cimento), afetaram de forma positiva a resistência à compressão do material. Além disso, a adição de microcápsulas em quantidade igual a 3 % em relação à massa de cimento apresentou os melhores resultados de autorreparação.
Title in English
Microencapsulation of methylmethacrylate to additivate reinforced concrete giving it self-healing properties.
Keywords in English
Electrochemical techniques
Methylmethacrylate,
Compression and tensile strength
Microcapsules
Reinforced concrete
Self-healing
Abstract in English
Concrete is a material widely used in civil construction worldwide. Its massive use is due to some important features such as its ease of molding, high compressive strength, abundance of raw material in nature and low cost. Despite holding high compressive strength, concrete does not respond well to tensile stresses. To solve this problem, concrete and steel are used together in the structures, working in solidarity, one resisting the compression efforts and the other the tensile ones, respectively. The union of these two materials is called reinforced concrete (RC). One of the most common problems of RC structures is the appearance of fissures and cracks in the composite. Therefore, the control of fissures is important to ensure the integrity and durability of buildings since they can work as preferential routes of entry of aggressive agents to concrete and embedded steel. One of the issues related to RC cracking is the corrosion of steel reinforcement, which can occur without being noticed, since this material is covered by concrete. In this way, the evolution of the corrosive process can put people's lives at risk, bringing economic and even environmental damage. In order to mitigate these problems, it was verified the need to make concrete less susceptible to fissures occurrence. One of the solutions found for this purpose is the self-healing of concrete. In this sense, the present work has as main objective to give the concrete self-repairing properties, through the incorporation of a monomer (MMA-methyl methacrylate) and its polymerization activator (BPO - benzoyl peroxide) in the composite matrix. For this purpose, polymeric microcapsules with poli-ureaformaldehyde- melamine shell and a solution of MMA and DMPT (n, n-dimethyl-p-toluidine) as core, were synthesized and further functionalized with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), to be added in concrete. The verification of MMA and DMPT solution encapsulation was performed using the FTIR analytical technique and scanning electronic microscopy images. The FTIR technique was also used to investigate the effectiveness of the functionalization process. To obtain the particle size distribution, laser diffraction tests were performed. To verify the influence of microcapsules presence in concrete matrix, tests of water absorption, compression and tensile strength were carried out. To investigate the occurrence of self-repair, ultrasonic pulse velocity (UPV) and electrochemical tests such as open circuit potential (OCP), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and linear polarization resistance (LPR) were performed. The application of afore mentioned techniques showed that the obtained microcapsules have a regular spherical shape and a size distribution between 50 m and 160 m. It could be observed that the amounts of microcapsules added to the concrete (3 % and 6 % in relation to the cement mass) positively affected its compressive strength. Moreover, the addition of 3 % of microcapsules in concrete, regarding cement mass, showed the best self-repair and anticorrosive results.
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Publishing Date
2022-09-06