Repair mortar with nanomaterials

Dimensional stability effect on repaired system

Authors

DOI:

https://doi.org/10.46421/entac.v20i1.6064

Keywords:

Repair, Graphene, Carbon nanotube, Dry shrinkage, Dimensional variability

Abstract

The application of repair materials is essential for maintaining the service life of reinforced concrete structures. In this context, the repair material must have properties that are compatible with the substrate. This study investigated the effects of carbon-based nanoparticles (graphene and carbon nanotubes) on dimensional stability and bond strength. The properties analyzed were apparent density, consistency index, mass loss, linear dimensional variation, coefficient of thermal expansion (CET), and bond strength by slant shear test. The results indicate that graphene particles can act to reduce the dimensional variation caused by dry shrinkage. On the other hand, carbon nanotube particles, due to the refinement of the cementitious matrix, caused an increase in capillary pressure and, consequently, an increase in dry shrinkage. Furthermore, the combination of nanoparticles together with superplasticizers led to an increase in bond strength due to the increase in adhesion points in the transition zone of the composite.

Author Biographies

Emanoel Cunha Araújo, Universidade Federal do Paraná

Doutorando em Engenharia Civil na Universidade Federal do Paraná (Curitiba - PR, Brasil)

Gustavo Macioski, Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Doutorado em Engenharia Civil na Universidade Federal do Paraná (Curitiba - PR, Brasil)

Andressa Gobbi, Universidade Federal do Paraná

Doutorado em Ingenieria de la construcción na Universitat Politècnica de Catalunya (Barcelona, Espanha).

Marcelo Henrique Farias de Medeiros, Universidade Federal do Paraná

Doutor em Engenharia Civil na Universidade de São Paulo (São Paulo - SP, Brasil)

References

AMERICAN CONCRETE INSTITUTE (ACI). 546-3R: Guide to materials selection for concrete repair. Farmington Hills, 2014.

SU, N.; LOU, L.; AMIRKHANIAN, A.; AMIRKHANIAN, S. N.; XIAO, F. Assessment of effective patching material for concrete bridge deck – A review. Construction and Building Materials, v. 293, 123520, 2021. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.123520

SILVA JUNIOR, J. Z. R.; HELENE, P. BT/PCC/292: Argamassas de reparo. São Paulo, 2001.

MEDEIROS, M. H. F.; DASCHEVI, P. A.; ARAÚJO, E. C. Reparo localizado para estruturas de concreto armado: erros, acertos e reflexões. CONCRETO & Construções, Ed. 106, 2022. 10.4322/1809-7197.2022.106.0001

TOKLU, K.; ŞIMŞEK, O.; ARUNTAŞ, H. Y. Investigation of the usability of high-performance fiber-reinforced cement composites containing high-volume fly ash and nanomaterials as repair motar. Journal of the Australian Ceramic Society, v. 55, p. 789-797, 2019. https://doi.org/10.1007/s41779-018-00291-6

EMMONS, P. H., VAYSBURD, A. M. System concept in design and construction of durable concrete repairs. Construction and Building Materials, v. 10, p. 69-75, 1996. https://doi.org/10.1016/0950-0618(95)00065-8

ARAÚJO, E. C. Eficiência de argamassa de reparo com nano materiais: Propriedades mecânicas, durabilidade e microestrutura. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2022.

TRIGO, A. P. M.; CONCEIÇÃO, R. V.; LIBORIO, J. B. L. A técnica de dopagem no tratamento da zona de interface: ligações entre concreto novo e velho. Ambiente Construído, v. 10, p. 167-176, 2010. https://doi.org/10.1590/S1678-86212010000100010

SÁNCHEZ, M.; FARIA, P.; FERRARA, L.; HORSZCZARUK, E.; JONKERS, H. M.; KWIECIEŃ, A.; MOSA, J.; PELED, A.; PEREIRA, A. S.; SNOECK, D.; STEFANIDOU, M.; STRYSZEWS, T.; ZAJĄC, B. External treatments for the preventive repair of existing construction: A review. Construction and Building Materials, v. 193, p. 435-452, 2018. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.173

SALEEM, H.; ZAIDI, S. J.; ALNUAIMI, N. A. Recent advancements in the nanomaterial application in concrete and its ecological impact. Materials, v. 14, n. 21, 6387, 2021. https://doi.org/10.3390/ma14216387

ARAÚJO, E. C.; SURMAS, J. S.; MACIOSKI, G.; PIERALISI, R.; MEDEIROS, M. H. F. Influência da incorporação de grafeno e sílica ativa nas propriedades físicas e de durabilidade de argamassas cimentícias. In: 4° SEMINÁRIO BAIANO DE DURABILIDADE E DESEMPENHO DAS CONSTRUÇÕES. Ilhéus-BA, 2022.

ASSOCIAÇÃO MERCOSUL DE NORMALIZAÇÃO. NM 23: Cimento Portland e outros materiais em pó – Determinação da massa específica. 2000.

ATIF, R.; INAM, F. Reasons and remedies for the agglomeration of multilayered graphene and carbon nanotubes in polymers. Beilstein Journal of Nanotechnology, v. 7, p. 1174-1196, 2016. https://doi.org/10.3762/bjnano.7.109

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16697: Cimento Portland - Requisitos. Rio de Janeiro, 2018.

ASSOCIAÇÃO MERCOSUL DE NORMALIZAÇÃO. NM 52: Agregado miúdo – Determinação de massa específica e massa específica aparente. 2009.

ASSOCIAÇÃO MERCOSUL DE NORMALIZAÇÃO. NM 53: Agregado graúdo – Determinação de massa específica, massa específica aparente e absorção de água. 2009.

ASSOCIAÇÃO MERCOSUL DE NORMALIZAÇÃO. NM 45: Agregados – Determinação da massa unitária e do volume de vazios. 2006.

ASSOCIAÇÃO MERCOSUL DE NORMALIZAÇÃO. NM 30: Agregado miúdo – Determinação da absorção de água. 2000.

ASSOCIAÇÃO MERCOSUL DE NORMALIZAÇÃO. NM 248: Agregados – Determinação da composição granulométrica. 2001.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7211: Agregados para concreto - Requisitos. Rio de Janeiro, 2022.

SOUZA, D. J.; YAMASHITA, L. Y.; DRANKA, F.; MEDEIROS, M. H. F.; MEDEIROS-JUNIOR, R. A. Repair mortars incorporating multiwalled carbon nanotubes: Shrinkage and Sodium Sulfate Attack. Journal of Materials in Civil Engineering, v. 29, 2017. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002105

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9779: Argamassa e concreto endurecidos – Determinação da absorção de água por capilaridade. Rio de Janeiro, 2012.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto – Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2018.

RILEM TC 116-PCD: Permeability of Concrete as a Criterion of its Durability. Materials and Structures, v. 32, p. 174-179, 1999.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação do índice de consistência. Rio de Janeiro, 2016.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13278: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação da densidade de massa e do teor de ar incorporado. Rio de Janeiro, 2005.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15261: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação da densidade de massa e do teor de ar incorporado. Rio de Janeiro, 2005.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM). ASTM C882: Standard Test Method for Bond Strength of Epoxy-Resin Systems Used With Concrete By Slant Shear, 2020. https://doi.org/ 10.1520/C0882_C0882M-20

QIAN, J.; YOU, C.; WANG, Q.; WANG, H.; JIA, X. A method for assessing bond performance of cement-based repair materials. Construction and Building Materials, v. 68, p. 307-313, 2014. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.06.048

ROMANO, R. C. de O.; CINCOTTO, M. A.; PILEGGI, R. G. Incorporação de ar em materiais cimentícios: uma nova abordagem para o desenvolvimento de argamassas de revestimento. Ambiente Construído, v. 18, n. 2, p. 289-308, 2018. https://doi.org/10.1590/s1678-86212018000200255

ZHAO, Y.; LIU, Y.; SHI, T.; GU, Y.; ZHENG, B.; ZHANG, K.; XU, J.; FU, Y.; SHI, S. Study of mechanical properties and early-stage deformation properties of graphene-modified cement-based materials. Construction and Building Materials, v. 257, 119498, 2020. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119498

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM). ASTM C928: Standard Specification for Packaged, Dry, Rapid-Hardening Cementitious Materials for Concrete Repairs, 2020. 10.1520/C0928_C0928M-20A

ZHOU, C.; SHU, X.; HUANG, B. Predicting concrete coeficiente of termal expansion with na improved micromechanical model. Construction and Building Materials, v. 68, p. 10-16, 2014. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.06.039

KWON, Y.; BERBER, S.; TOMÁNEK, D. Thermal contraction of carbon fullerenes and nanotubes. Physical Review Letters, v. 92, n. 1, 2004. 10.1103/PhysRevLett.92.015901

SONG, X.; SHANG, S.; CHEN, D.; GU, X. Multi-walled carbon nanotube reinforced mortar-aggregate interfacial properties. Construction and Building Materials, v. 133, p. 57-64, 2017. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.12.034

REESE, J.; LENZ, P.; ZILCH, K.; PLANK, J. Influence of type of superplasticizer and cement composition on the adhesive bonding between aged and fresh concrete. Construction and Building Materials, v. 48, p. 717-724, 2013. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.07.054

WANG, X.; DONG, S.; ASHOUR, A.; HAN, B. Bond of nanoinclusions reinforced concrete with old concrete: Strength, reinforcing mechanisms and prediction model. Construction and Building Materials, v. 283, 122741, 2021. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122741

Published

2024-10-07

How to Cite

ARAÚJO, Emanoel Cunha; MACIOSKI, Gustavo; GOBBI, Andressa; MEDEIROS, Marcelo Henrique Farias de. Repair mortar with nanomaterials: Dimensional stability effect on repaired system. In: NATIONAL MEETING OF BUILT ENVIRONMENT TECHNOLOGY, 20., 2024. Anais [...]. Porto Alegre: ANTAC, 2024. DOI: 10.46421/entac.v20i1.6064. Disponível em: https://eventos.antac.org.br/index.php/entac/article/view/6064. Acesso em: 23 nov. 2024.

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