Environmental-friendly multi-functional additives for reinforced concrete protection

March 4, 2022

O betão armado é o principal material de construção. A construção e a produção de cimento são algumas das maiores fontes de emissões globais de dióxido de carbono — o principal culpado pelo aquecimento global. Embora empresas privadas e também instituições de investigação e regulatórias busquem continuamente as maneiras de otimizar a produção de cimento e implementar práticas de construção sustentável para redução as emissões, hoje, com o alto nível de desenvolvimento tecnológico, não há muito espaço para melhorias adicionais, e atualmente estamos no limite que é difícil de ultrapassar sem medidas disruptivas. No meu trabalho científico, tentei formar construção "mais verde" de muitas maneiras diferentes, ou, pelo menos, delinear trajetos para investigação e desenvolvimento em futuro. Em particular, considero que as medidas que pretendem aumentar a durabilidade e, por isso, a duração de vida das estruturas de betão armado são muito importantes, mas subestimadas e são descuradas pelas cimenteiras, visto que isso diminui a procura de cimento especificamente para a reconstrução. Nesse sentido, a maior parte da tese foca a mitigação da corrosão das armaduras. Por outro lado, novas construções são inevitáveis, e, nesse sentido, novos materiais devem ser introduzidos. Porque a natureza dos novos cimentos e soluções em poros de betão é muito diferente, esses materiais cimentícios novos podem não ser compatíveis com as armaduras de aço como o cimento Portland tradicional. Em particular, a compatibilidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio fresco com armaduras de aço foi estudada, e soluções para eliminar a corrosão induzida por sulfato em estágios iniciais de hidratação do cimento foram propostas. Por fim, as atividades de investigação foram dedicadas ao desenvolvimento de aditivos “inteligentes” com resposta para estímulos químicos que activam auto-reparação de fissuras, que foram acompanhados pelos estudos fundamentais das mudanças químicas que ocorrem em superfícies de fissuras frescas, seguido por recém-desenvolvidos sensores de pH permanentemente embutidos em betão. No entanto, muitas coisas ainda precisam ser feitas, e a tese em consideração serve de base para as futuras atividades de investigação científica. Steel reinforced concrete is the major construction material. At the same time, construction and cement production are two of the largest sources of global emissions of carbon dioxide — the main culprit for global warming. Though private companies as well as research and regulatory institutions continuously seek cement production optimization and the implementation of sustainable construction practices to minimize emissions, with today’s high level of technological development, there is not much room left for further improvement, and currently we are at the limit that is hard to cross unless disruptive measures are taken. In my research work, I’ve attempted to make construction “greener” in many very different ways, or at least to delineate paths for future research and development. In particular, I believe that the measures intended to increase the durability and, thus, the life expectancy of reinforced concrete structures are often underestimated and lie off the plane of cement producers’ interests, as these measures decrease the demand for cement required for reconstruction. In that regard, the greatest part of the thesis focuses on reinforcement corrosion mitigation. On the other hand, new construction is unavoidable, and in that regard, novel materials have to be introduced. Due to the different nature of binders and pore solutions, these newly developed cementitious materials may not be as compatible with carbon steel reinforcement as traditional Portland cement. In particular, the compatibility of fresh calcium sulphoaluminate cement binders with mild steel reinforcement has been studied, and solutions to eliminate sulphate-induced corrosion at early stages of cement hydration have been proposed. Finally, the research activities were dedicated to the development of “smart” stimuli-responsive additives for autonomous self-repair crack-healing fault-tolerant concrete, accompanied by the fundamental studies of the chemical changes that occur on fresh crack concrete surfaces in the course of carbonation, in addition followed by developed permanently embeddable pH-sensors. Nevertheless, many things still have to be done, and the thesis under consideration serves as a foundation for future scientific research activities.

Authors in the community:

• 

  Y

  Yegor Morozov

  ist33950

Supervisors of this institution:

• 

  M

  Maria de Fátima Grilo da Costa Montemor

  ist23859

101357672

Dotoramento em Engenharia Química

chemical-engineering - Chemical engineering

Keywords

• carbon steel reinforcement corrosion
• corrosion inhibitors
• electrochemical impedance spectroscopy
• embeddable pH probe
• self-healing concrete
• corrosão das armaduras de aço carbono
• inibidores de corrosão
• espectroscopia de impedância eletroquímica
• sensor de pH embutido
• betão auto-recuperável

eng - English

Instituto Superior Técnico