Thaís Carvalho dos Santos
Título
DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DE COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS AUTOMONITORANTES CONTENDO NANOTUBOS DE CARBONO COMO FÍLER CONDUTOR
Resumo
Foram investigados compósitos cimentícios com nanotubos de carbono (NTC) para compreender como os constituintes condutores e não condutores afetam as suas propriedades automonitorantes. Avaliaram-se compósitos de pasta e argamassa, além do uso de argamassas no monitoramento de deformações de concretos. No desenvolvimento das matrizes, foram variados os teores de NTC e utilizadas adições minerais e agregados miúdos isolantes para modificar a compacidade granular e a continuidade dos caminhos condutores de NTC. Constatou-se o efeito preponderante dos NTC sobre as propriedades elétricas e automonitorantes, que também influenciaram a forma como essas propriedades são afetadas pelos constituintes isolantes na matriz. Os teores de 0,5% e 0,75% de NTC resultaram nos melhores desempenhos. A inclusão de adições minerais permitiu a redução do consumo de NTC, preservando as propriedades elétricas e automonitorantes, além de densificar a microestrutura dos compósitos. A otimização do teor de areia melhorou o desempenho mecânico e automonitorante das argamassas, com razões areia/cimento entre 1 e 2 fornecendo os melhores resultados. As amostras embutidas em concreto reagiram consistentemente às deformações desses elementos, se revelando uma alternativa eficiente e viável aos sensores tradicionais de monitoramento estrutural. A dosagem adequada de componentes não condutores possibilitou, portanto, aprimorar as propriedades automonitorantes dos compósitos, contribuindo para avanços futuros e implementação de matrizes aprimoradas no monitoramento e segurança de estruturas.
Abstract
Cementitious composites with carbon nanotubes (CNT) were investigated to understand how conductive and non-conductive constituents affect their self-sensing properties. Paste and mortar composites were evaluated, as well as the use of mortars for strain monitoring of concrete samples. During the development of the matrices, CNT content was varied, and insulating mineral admixtures and fine aggregates were used to modify the packing density and the continuity of the conductive paths of CNT. It was found that CNT had a predominant effect on the electrical and self-sensing properties, which also influenced how these properties are affected by the insulating constituents in the matrix. CNT contents of 0.5% and 0.75% resulted in the best performances. Incorporating mineral additions reduced CNT usage while preserving the electrical and self-sensing properties, and also densified the microstructure of the composites. Optimizing the sand content improved the mechanical and self-sensing performance of the mortars, with sand-to-cement ratios between 1 and 2 yielding the best results. Samples embedded in concrete responded consistently to strains, proving to be an efficient and viable alternative to traditional structural monitoring sensors. The proper dosage of non-conductive components thus allowed for enhancing the self-sensing properties of the composites, contributing to future advancements and the implementation of improved matrices in the monitoring and safety of concrete structures.
