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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85434| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Avaliação das propriedades eletromecânicas de compósitos cimentícios à base de MWCNTs, CFs e EPS para aplicação em sensoriamento |
| Autor(es): | Araújo, Antônio José Cruz de |
| Orientador: | Santos, Luís Paulo Mourão dos |
| Coorientador: | Costa, Laís Cristina Barbosa |
| Palavras-chave em português: | compósitos cimentícios auto sensoriais;MWCNTs;CFs;EPS |
| Palavras-chave em inglês: | self-sensing cementitious composites;MWCNTs;CFs;EPS |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
| Data do documento: | 2026 |
| Citação: | ARAÚJO, Antônio José Cruz de. Avaliação das propriedades eletromecânicas de compósitos cimentícios à base de MWCNTs, CFs e EPS para aplicação em sensoriamento. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Campus de Russas, Universidade Federal do Ceará, Russas, 2026. |
| Resumo: | As estruturas de concreto são amplamente utilizadas devido à sua durabilidade, mas estão sujeitas à degradação, o que compromete sua integridade. Nesse contexto, compósitos cimentícios auto sensoriais, obtidos pela incorporação de adições eletricamente condutivas, como fibras de carbono (CFs) e nanotubos de carbono (CNTs), surgem como alternativa para o monitoramento estrutural, graças às suas propriedades piezorestivas. Diante desse cenário, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver compósitos cimentícios auto sensoriais leves à base de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs), CFs e poliestireno expandido (EPS) para aplicação em sensoriamento. Para avaliar o comportamento das argamassas produzidas, foram realizados ensaios de trabalhabilidade, absorção de água, índice de vazios e massa específica, velocidade do pulso ultrassónico, resistência a compressão e ensaios eletromecânicos. Inicialmente, foi realizado um estudo piloto, onde estudaram-se os efeitos isolados de diferentes concentrações de CFs (0,10%, 0,20%, 0,50% e 1,00%) e EPS (20% e 30%), além da incorporação de 0,2% de MWCNTs. As argamassas produzidas com MWCNTs apresentaram bons resultados eletromecânicos, mas perdas de resistência à compressão de 8,95%, evidenciando aglomeração. Entre as argamassas com CFs, o teor de 0,1% apresentou os melhores resultados em resistência à compressão de 55,58 MPa e resposta eletromecânica. Para o EPS, o teor de 30% causou perdas acentuadas de resistência à compressão de 51,30%, enquanto os demais parâmetros permaneceram próximos aos do teor de 20%. Com base nos traços que apresentaram os melhores resultados de resistência a compressão e comportamento piezoresitivo no estudo piloto, definiram-se os teores ideais para compósitos multicomponentes (20% EPS, 0,1% CFs e 0,2% MWCNTs), produzindo-se combinações EPS + MWCNTs, EPS + CFs e EPS + MWCNTs + CFs. Nas argamassas multicomponentes, a combinação EPS + CFs apresentou o melhor desempenho, com a resposta eletromecânica mais padronizada, resistência à compressão de 37,68 MPa e menor resistividade elétrica em comparação às argamassas com uma única adição. De forma geral, com a substituição do agregado miúdo por EPS, não foram observadas variações significativas da resistividade em resposta a carregamentos cíclicos, indicando que as maiores deformações típicas dos compósitos com EPS, embora possam provocar maior aproximação entre as adições carbonáceas, não aumentam necessariamente a sensibilidade do compósito formado. |
| Abstract: | Concrete structures are widely used due to their durability, but they are subject to degradation, which compromises their integrity. In this context, self-sensing cementitious composites, obtained through the incorporation of electrically conductive additions such as carbon fibers (CFs) and carbon nanotubes (CNTs), emerge as an alternative for structural monitoring due to their piezoresistive properties. In light of this, the present study aimed to develop lightweight self-sensing cementitious composites based on multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), CFs, and expanded polystyrene (EPS) for sensing applications. To evaluate the behavior of the produced mortars, tests were carried out for workability, water absorption, void index, and density, ultrasonic pulse velocity, compressive strength, and electromechanical performance. Initially, a pilot study was conducted to investigate the isolated effects of different concentrations of CFs (0.10%, 0.20%, 0.50%, and 1.00%) and EPS (20% and 30%), in addition to the incorporation of 0.2% MWCNTs. Mortars produced with MWCNTs showed good electromechanical results but exhibited an 8.95% reduction in compressive strength, indicating agglomeration. Among the mortars with CFs, the 0.1% content showed the best results, with a compressive strength of 55.58 MPa and a favorable electromechanical response. For EPS, the 30% content caused a significant reduction in compressive strength of 51.30%, while the other parameters remained close to those observed for the 20% content. Based on the mixtures that presented the best compressive strength and piezoresistive behavior in the pilot study, the optimal contents for multicomponent composites were defined (20% EPS, 0.1% CFs, and 0.2% MWCNTs), leading to the production of combinations such as EPS + MWCNTs, EPS + CFs, and EPS + MWCNTs + CFs. Among the multicomponent mortars, the EPS + CFs combination showed the best performance, with the most standardized electromechanical response, a compressive strength of 37.68 MPa, and lower electrical resistivity compared to mortars with a single addition. In general, with the replacement of fine aggregate by EPS, no significant variations in resistivity were observed in response to cyclic loading, indicating that the greater deformations typical of EPS-based composites, although they may promote closer contact between carbonaceous additions, do not necessarily increase the sensitivity of the resulting composite. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85434 |
| ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0009-0001-0308-1796 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | https://lattes.cnpq.br/2551345904160324 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Aparece nas coleções: | PPGEC - Campus de Russas - Dissertações defendidas na UFC |
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