Recycled steel fiber reinforced concrete for structural elements subjected to chloride attack: mechanical and durability performance

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Main Author: Frazão, Cristina Maria Vieira
Publication Date: 2019
Language: por
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: http://hdl.handle.net/1822/66884
Summary: Tese de Doutoramento em Engenharia Civil
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spelling Recycled steel fiber reinforced concrete for structural elements subjected to chloride attack: mechanical and durability performanceBetão Reforçado com Fibras de Aço Recicladas (BRFAR)Ataque de cloretosDesempenho mecânico e de durabilidadeInvestigação experimentalSimulações numéricasRecycled Steel Fiber Reinforced Concrete (RSFRC)Chloride attackMechanical and durability performanceExperimental researchNumerical simulationsEngenharia e Tecnologia::Engenharia CivilTese de Doutoramento em Engenharia CivilAs fibras de aço recicladas (FAR) provenientes da indústria de reciclagem de pneus tem sido usadas com sucesso no betão para melhorar o seu comportamento pós-fendilhação e a sua capacidade de absorção de energia. Para elementos estruturais expostos em ambientes com cloretos, um dos aspetos mais importantes da durabilidade do Betão Reforçado com Fibras de Aço Recicladas (BRFAR) é a resistência à corrosão. No entanto, a durabilidade do BRFAR é quase inexistente, nomeadamente no que respeita aos efeitos do ataque de cloretos, o que limita a mobilização de todo o potencial do BRFAR. A presente tese tem como objetivo avaliar o comportamento mecânico e o desempenho de durabilidade do BRFAR sob ataque de cloretos, englobando investigação experimental e analítica/numérica, cujo conhecimento pode futuramente contribuir para regras de projeto e ferramentas de dimensionamento de estruturas em BRFAR. As atividades de investigação realizadas abrangeram duas principais áreas, a tecnologia de produção do BRFAR e a investigação da suscetibilidade à corrosão do BRFAR. Na primeira área, foi realizado um programa experimental para caracterizar as FAR, em termos de geometria, composição química, propriedades mecânicas e microestrutura. A influência dos detritos de borracha aderidos à superfície das FAR foi avaliada no desempenho das FAR como reforço do betão e na sua resistência à corrosão. Uma composição sustentável de BRFAR foi desenvolvida e avaliadas as suas propriedades mecânicas através de ensaios de flexão e de compressão. A segunda área incluiu um programa experimental para caracterizar a corrosão das FAR e investigar os seus efeitos nos mecanismos de reforço das fibras desenvolvidos durante o arrancamento da fibra do betão fendilhado previamente exposto a ambiente corrosivo. Adicionalmente, o comportamento pósfendilhação do BRFAR sob ataque de cloretos foi caracterizado através de ensaios de tração indireta e ensaios com placas redondas. Nestes ensaios, foi considerada a influência da abertura de fenda, do período de exposição em cloretos e do perfil de distribuição/orientação das fibras. Os resultados experimentais foram utilizados para realizar simulações numéricas por análise inversa de modo a derivar as leis constitutivas pós-fendilhação do BRFAR. Foi ainda estimada uma previsão simplificada do teor crítico de cloretos correspondente ao início da corrosão das fibras e do desempenho a longo prazo de um elemento estrutural de BRFAR exposto a um ambiente marítimo agressivo. Além disso, foram avaliados os benefícios técnicos, ambientais e económicos do uso do BRFAR desenvolvido para aplicação em elementos estruturais, ao nível do material e em comparação com Betão Reforçado com Fibras de Aço Industriais.Recycled Steel Fibers (RSF) derived from the tire recycling industry have been successfully used in concrete to improve its post-cracking load bearing capacity and energy absorption performance. For structural elements exposed to chloride environments, an important aspect of Recycled Steel Fiber Reinforced Concrete (RSFRC) durability is the corrosion resistance. However, research on the durability of RSFRC is almost inexistent, namely concerning the effects of chloride attack, which may limit the mobilization of the full potential of RSFRC. The present thesis aims to assess the mechanical behavior and durability performance of RSFRC under chloride attack involving both experimental and analytical/numerical research, which knowledge may contribute for future design guidelines and design tools for RSFRC structures. The research activities carried out covered two main fields, the technology of RSFRC manufacturing and the investigation on the corrosion susceptibility of RSFRC. In the first field, an experimental program was carried out to characterize the RSF in terms of geometry, chemical composition, mechanical properties and microstructure. The influence of rubber particles attached to RSF surface was assessed in the performance of RSF as concrete reinforcement and in its corrosion resistance. A sustainable mix composition of RSFRC was attained and their mechanical properties were evaluated by three-point notched beam bending tests and compressive tests. The second research field involved an experimental program to characterize the RSF corrosion and to investigate the corrosion effects of RSF on the fiber reinforcement mechanisms developed during the fiber pull-out from cracked concrete previously exposed to corrosive environment. Additionally, the postcracking behavior of RSFRC under chloride attack was characterized from double edge wedge splitting tests and round panel tests. In these tests, the influence of the crack width, chloride exposure period and fiber distribution/orientation profile was considered. The experimental results were used to perform numerical simulations by inverse analysis, aiming to derive the post-cracking constitutive laws of RSFRC. A simplified prediction of the critical chloride content corresponding to the beginning of fiber corrosion and of the long-term performance of a RSFRC structural element exposed to a specific dry-wet aggressive maritime environment was performed. In addition, the technical, environmental and economic benefits of using the developed RSFRC for application to structural elements were assessed at material level and compared to Industrial Steel Fiber Reinforced Concrete.Barros, Joaquim A. O.Bogas, José Alexandre de Brito AleixoUniversidade do MinhoFrazão, Cristina Maria Vieira2019-12-192019-12-19T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/66884por101545673info: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:RCAAP2024-05-11T05:31:14Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/66884Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T15:21:04.940383Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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