Multi-scale investigation of the durability performance of TRM-strengthened masonry
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| Publication Date: | 2022 |
| Language: | eng |
| Source: | Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| Download full: | https://hdl.handle.net/1822/78169 |
Summary: | Tese de doutoramento em Civil Engineering |
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Multi-scale investigation of the durability performance of TRM-strengthened masonryTRM compostoAderência fibra/matrizGelo-degeloComportamento a longo prazoModelação analíticaTRM compositeFiber/matrix bondFreeze-ThawLong-term behaviorAnalytical modelingEngenharia e Tecnologia::Engenharia CivilTese de doutoramento em Civil EngineeringAs argamassas reforçadas com têxteis (TRM) receberam recentemente uma importância significativa como reforço exterior (EBR) de alvenaria e estruturas de betão armado. São constituídas por uma malha de alta resistência embebida numa matriz inorgânica. As malhas são compostas por fios bidireccionais contendo basalto, carbono, vidro resistente aos álcalis, aramida, ou fios de PBO, ou malhas unidireccionais contendo cordões de aço de alta resistência. Os têxteis são aplicados utilizando matrizes tais como argamassas de cimento, cal, ou geopolímero. Na literatura científica e técnica, há também a utilização de outros nomes e acrónimos, tais como matriz cimentícia reforçada com fibras (FRCM) e calda reforçada com aço (SRG) quando são utilizadas malhas de aço. Devido à novidade desta solução, questões como a durabilidade e o desempenho a longo prazo são desconhecidas em grande escala e não existem ainda normas de ensaio e métodos de dimensionamento relevantes. Para colmatar esta lacuna, este estudo apresenta uma investigação experimental e analítica abrangente a vários níveis sobre o desempenho mecânico dos compósitos TRM utilizados para o reforço de estruturas de alvenaria existentes. O objectivo é fornecer novos conhecimentos sobre o efeito das condições ambientais críticas sobre o TRM-alvenaria em diferentes escalas e correlacionar a degradação do material com o desempenho estrutural global através da realização de testes de envelhecimento acelerado em sistemas TRM-alvenaria. Assim, a resposta micro (ligação malha-argamassa), meso (ligação TRM-substrato), e macro (resposta do TRM em tração e resposta no plano e para fora do plano da alvenaria reforçada) dos TRM são combinadas e investigadas em profundidade sob condições ambientais naturais e de gelo-degelo (FT). Compostos TRM à base de fibras de aço e vidro feitos com argamassa hidráulica à base de cal são utilizados para reforçar painéis de alvenaria de tijolo cerâmico sólido. Os resultados mostram que o comportamento a longo prazo dos compósitos TRM para diferentes idades é significativamente dependente da combinação de argamassa e fibras e, portanto, pode mudar notavelmente entre diferentes soluções TRM. Também se observa que os TRM à base de cal não podem atingir as suas propriedades mecânicas totais em condições interiores, mesmo após 3 anos. As condições exteriores levam a uma melhor cura das amostras e à obtenção de propriedades mecânicas significativamente mais elevadas nestes compósitos. No entanto, também pode levar a uma deterioração significativa em idades posteriores. Os resultados indicam também que as condições de exposição ao gelo-degelo consideradas neste estudo não têm efeitos prejudiciais sobre a resistência da argamassa. Contudo, o comportamento de ligação fibra-argamassa pode deteriorar-se, sendo o nível de deterioração dependente do tipo de fibra, do comprimento embebido e da configuração da fibra.Textile-reinforced mortars (TRM) have recently received significant attention for the externally bonded reinforcement (EBR) of masonry and reinforced concrete structures. They are comprised of a high strength mesh bonded with an inorganic matrix. The meshes are composed of bidirectional yarns containing basalt, carbon, alkali-resistant glass, aramid or PBO yarns, or unidirectional textiles containing ultra-high tensile strength steel cords. Textiles are bonded using matrices such as cement, lime, or geopolymer mortars. In scientific and technical literature, there is also a use of other names and acronyms: fabric-reinforced cementitious matrix (FRCM) and steel-reinforced grout (SRG) when using steel fabrics. Due to the novelty of this solution, several issues such as durability and long-term performance are unknown to a large extend, and relevant test standards and design methods do not exist yet. To address this gap, this study presents a multi-level comprehensive experimental and analytical investigation on the mechanical performance of TRM composites to strengthen existing masonry structures. The purpose is to provide new insights into the effect of critical environmental conditions on TRM-masonry at different scales and correlate material degradation to the global structural performance by performing accelerated aging tests on TRM-masonry systems. Hence, micro (fabric-to-mortar bond), meso (TRM-to-substrate bond), and macro (TRM tensile response and in-plane and the out-of-plane response of TRM-strengthened masonry) response of TRMs are combined and investigated in-depth under natural environmental and freeze-thaw (FT) conditions. Steel and AR-glass-based TRM composites made with hydraulic lime-based mortar are used for strengthening clay brick-based masonry panels. The results show that the long-term behavior of TRM composites for different ages is significantly dependent on the mortar and fiber combination and, therefore, can change notably between different TRM solutions. It is also observed that lime-based TRMs cannot reach their total mechanical properties under indoor conditions even after three years. Outdoor conditions lead to better curing of the samples and achieving significantly higher mechanical properties in these composites. However, it can also lead to a significant deterioration at later ages. The results also indicate that the freezing-thawing exposure conditions considered in this study do not have detrimental effects on the mortar strength. However, the fiber-to-mortar bond behavior can deteriorate, because the level of deterioration depends on the fiber type, embedded length, and fiber configuration.This work was partly financed by FEDER funds through the Competitively Factors Operational Program (COMPETE), by national funds through the Foundation for Science and Technology (FCT) within the scope of the project POCI-01-0145-FEDER-007633, and grant SFRH/BD/131282/2017Oliveira, Daniel V.Ghiassi, BahmanUniversidade do MinhoEsfahani, Ali Dalalbashi2022-05-122022-05-12T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/78169eng101564325info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-07-13T02:01:29Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/78169Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T15:30:34.053238Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse |
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