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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86484| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Avaliação de um compósito cimentício piezoresistivo com resíduos siderúrgicos |
| Autor(es): | Barros, Emmily Ediviges Ferreira |
| Orientador: | Costa, Lais Cristina Barbosa |
| Palavras-chave em português: | monitoramento estrutural;autossensoriamento;matriz cimentícia;piezoresistividade;resíduos siderúrgicos;sustentabilidade |
| Palavras-chave em inglês: | structural health monitoring;self-sensing;cement matrix;piezoresistivity;steelmaking residues;sustainability |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
| Data do documento: | 2026 |
| Resumo: | O monitoramento da integridade estrutural (MIE) tem se consolidado como uma ferramenta essencial para a prevenção de falhas em estruturas civis, especialmente diante de eventos recentes de colapsos estruturais que evidenciam a necessidade de soluções mais eficientes e contínuas de acompanhamento do desempenho estrutural. Nesse contexto, compósitos cimentícios autossensoriais, baseados no efeito piezoresistivo, surgem como uma alternativa promissora aos sistemas convencionais de monitoramento, os quais apresentam limitações relacionadas à durabilidade, custo e integração com materiais cimentícios. Contudo, a maioria dessas soluções ainda depende do uso de materiais condutivos à base de carbono, cuja aplicação é limitada pelo alto custo e pela complexidade de dispersão na matriz. Diante disso, este trabalho avalia o potencial de resíduos siderúrgicos — escória de aciaria de Forno Básico de Oxigênio (BOF) e pó de dessulfuração por Reator Kambara (KR) — como agregados condutivos em compósitos cimentícios autossensoriais. As escórias foram obtidas de uma siderurgia localizada no Porto do Pecém (CE) e submetidas a processos de beneficiamento, incluindo adequação granulométrica e estabilização volumétrica por intemperização acelerada, no caso da escória BOF. Foram produzidas três composições de argamassas, sendo uma de referência e duas com substituição total do agregado miúdo por resíduos siderúrgicos, utilizando traço 1:3 e relação água/cimento de 0,55. As argamassas foram caracterizadas quanto às propriedades físicas, mecânicas e microestruturais, por meio de ensaios de absorção de água, índice de vazios, resistência mecânica, velocidade de pulso ultrassônico e microscopia eletrônica de varredura. A avaliação elétrica e piezoresistiva foi realizada utilizando a técnica de quatro sondas, com monitoramento da corrente elétrica em corpos de prova submetidos a ciclos de carregamento. Os resultados indicaram que a incorporação dos resíduos siderúrgicos alterou significativamente o comportamento elétrico dos compósitos. A argamassa contendo sucata KR apresentou os menores valores de resistividade elétrica e a maior sensibilidade piezoresistiva, evidenciando elevada capacidade de resposta às variações de carga, embora tenha apresentado desempenho mecânico inferior. Por outro lado, a escória BOF demonstrou comportamento mais equilibrado, com desempenho mecânico satisfatório e resposta elétrica consistente, configurando-se como uma alternativa promissora para aplicações em sensores estruturais integrados. Dessa forma, os resultados demonstram que resíduos siderúrgicos podem atuar como fases funcionais ativas em compósitos cimentícios autossensoriais, contribuindo não apenas para o desenvolvimento de materiais inteligentes, mas também para a valorização de subprodutos industriais. A utilização desses resíduos promove a redução do consumo de materiais convencionais, reforça estratégias de economia circular e amplia o potencial de aplicação de compósitos cimentícios no monitoramento estrutural. |
| Abstract: | Structural Health Monitoring (SHM) has become an essential tool for preventing failures in civil structures, particularly in light of recent structural collapses that highlight the need for more efficient and continuous performance monitoring solutions. In this context, self-sensing cementitious composites based on the piezoresistive effect have emerged as a promising alternative to conventional monitoring systems, which present limitations related to durability, cost, and integration with cement-based materials. However, most of these solutions still rely on carbon-based conductive materials, whose application is limited by high cost and the complexity of dispersion within the cementitious matrix. In this regard, this study evaluates the potential of steelmaking by-products—Basic Oxygen Furnace (BOF) slag and Kambara Reactor (KR) desulfurization powder—as conductive aggregates in self-sensing cementitious composites. The materials were obtained from a steel plant located at the Pecém Port Industrial Complex (CE, Brazil) and subjected to processing procedures, including particle size adjustment and volumetric stabilization through accelerated weathering for BOF slag. Three mortar mixtures were produced: a reference mixture and two others with total replacement of conventional fine aggregate by steelmaking residues, using a 1:3 mix proportion and a waterto- cement ratio of 0.55. The mortars were characterized in terms of physical, mechanical, and microstructural properties through water absorption, void index, compressive strength, ultrasonic pulse velocity, and scanning electron microscopy. The electrical and piezoresistive behavior was evaluated using the four-probe method, with current monitoring in specimens subjected to cyclic loading. The results showed that the incorporation of steelmaking residues significantly influenced the electrical behavior of the composites. The mixture containing KR slag exhibited the lowest electrical resistivity and the highest piezoresistive sensitivity, demonstrating a strong ability to respond to applied loading, although it presented lower mechanical performance. In contrast, the BOF slag mixture showed a more balanced behavior, combining satisfactory mechanical performance with a consistent electrical response, indicating its potential for application in integrated structural sensing systems. Therefore, the findings demonstrate that steelmaking residues can act as active functional phases in selfsensing cementitious composites, contributing not only to the development of smart materials but also to the valorization of industrial by-products. Their incorporation promotes the reduction of conventional material consumption, supports circular economy strategies, and expands the applicability of cementitious composites in structural health monitoring. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86484 |
| ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0009-0005-0990-4799 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/0235072276810939 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Aparece nas coleções: | PPGEC - Campus de Russas - Dissertações defendidas na UFC |
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