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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77721
Type: | Dissertação |
Title: | Self-sensing of soil-cement composites based on carbon nanotubes for civil engineering monitoring |
Title in English: | Self-sensing of soil-cement composites based on carbon nanotubes for civil engineering monitoring |
Authors: | Vasconcelos, Ana Raina Carneiro |
Advisor: | Silveira, Mariana Vella |
Co-advisor: | Teixeira Mesquita, Esequiel Fernandes |
Keywords in Brazilian Portuguese : | Nanotubos de carbono - Dispersão;Solo-cimento;Monitoramento de saúde estrutural;Aditivo superplastificante;Eletrorresistividade |
Keywords in English : | Carbon nanotubes - Dispersion;Structural Health Monitoring;Electroresistivity;Soil-cement;Superplasticizing additive |
Issue Date: | 2024 |
Citation: | VASCONCELOS, Ana Raina Carneiro. Self-sensing of soil-cement composites based on carbon nanotubes for civil engineering monitoring. 2024. 111 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | Infraestruturas civis muitas vezes são expostas a um ambiente dinâmico e complexo, acelerando sua deterioração ao longo do tempo. Fendas, fissuras e redução na integridade estrutural tornam-se inevitáveis. A detecção precoce da localização e do tamanho dos danos é crucial para prevenir falhas catastróficas. Como resultado, diferentes materiais inteligentes e auto-sensíveis no monitoramento estrutural civil têm sido objeto de estudo nos últimos anos, com os nanotubos de carbono emergindo como particularmente promissores. A integração de nanotubos de carbono em materiais compostos melhora as propriedades de auto-sensibilidade, que já são amplamente utilizadas para monitorar estresse e deformação através de respostas elétricas. No entanto, superar os desafios apresentados pela alta superfície específica e forças de Van der Waals dos nanotubos de carbono para alcançar uma distribuição uniforme e estabilidade para os compósitos ainda é um obstáculo significativo. Ao garantir a dispersão e uniformidade dentro dos compósitos, surge o potencial de transformá-los em materiais inteligentes eficientes para Monitoramento de Saúde Estrutural, através da análise de propriedades elétricas e detecção de compósitos de solo-cimento. Desta forma, propõe-se nesta dissertação o desenvolvimento de compósitos de solo-cimento auto-sensíveis incorporando nanotubos de carbono para monitoramento. Técnicas de caracterização físicoquímica foram empregadas para garantir a eficiência e estabilidade da dispersão de nanotubos de carbono de parede múltipla em aditivos superplastificantes e compósitos de solo-cimento. Posteriormente, as propriedades elétricas foram investigadas utilizando o método de duas sondas em amostras de solo-cimento. Os resultados obtidos demonstram resultados promissores quanto ao papel efetivo do aditivo superplastificante em melhorar a dispersão e garantir estabilidade estrutural ao longo da vida útil de soluções e compósitos contendo nanotubos de carbono. Além disso, a dissertação destaca as propriedades elétricas e sensoriais destes compósitos inteligentes, observando aumentos na resistividade durante o processo de cura. No entanto, observa-se que a quantidade fixa de nanotubos de carbono não atingiu o limiar de percolação, não alcançando assim valores elétricos mais significativos. As descobertas estabelecem indicações sólidas e positivas para o desenvolvimento de compósitos de solo-cimento auto-sensíveis baseados em nanotubos de carbono para uso no monitoramento de tensões e deformações na engenharia civil. |
Abstract: | Civil infrastructures are sometimes exposed to a dynamic and complex environment, accelerating their deterioration over time. Cracks, fissures, and reduction in structural integrity becomes inevitable. Early detection of the damage location and size is crucial to prevent catastrophic failures. As a result, different smart and self-sensing materials in civil structural monitoring have become the object of study in recent years, with carbon nanotubes emerging as particularly promising. The integration of carbon nanotubes into composite materials enhances self-sensing properties, which are already widely utilized for monitoring stress and strain through electrical responses. However, overcoming the challenges posed by the high aspect ratio and Van der Waals forces of the carbon nanotubes to achieve uniform distribution and stability for composites remains a significant hurdle. By ensuring dispersion and uniformity within composites, the potential arises to transform them into efficient smart materials for Structural Health Monitoring, through the analysis of electrical properties and detection of soil-cement composites. In this way, it is proposed in this dissertation the development of self-sensing soil-cement composites incorporating carbon nanotubes for monitoring. Physicochemical characterization techniques were employed to ensure the efficiency and stability of multi-walled carbon nanotubes dispersion in superplasticizer admixtures and soil-cement composites. Subsequently, the electrical properties were investigated using the two-probe method in soil-cement samples. The obtained results demonstrate promising outcomes regarding the effective role of superplasticizer admixture in enhancing dispersion and ensuring structural stability throughout the useful life of dispersions and composites containing carbon nanotubes. Furthermore, the dissertation highlights the electrical and sensing properties of these smart composites, noting increases in resistivity during the cure process. However, it's noted that the fixed quantity of carbon nanotubes did not reach the percolation threshold, thereby failing to achieve more significant electrical values. The findings establish a solid and positive indications for the development of selfsensing soil-cement composites based on carbon nanotubes for employment as strain-stress monitoring in civil engineering. |
Description in Brazilian Portuguese: | Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77721 |
Author's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/7693691666075483 |
Advisor's ORCID: | https://orcid.org/0000-0002-0449-6862 |
Advisor's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/7961967103872549 |
Co-advisor's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/3585259598740974 |
Access Rights: | Acesso Aberto |
Appears in Collections: | DEHA - Dissertações defendidas na UFC |
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