Degradation of the EBR-CFRP strengthening system applied to reinforced concrete beams exposed to weathering

Abstract

Little is known about the behavior and durability of strengthening systems applied on concrete substrata and the possible loss of performance due to the degradation of the intervening materials by the structure’s natural aging process and exposure of the externally strengthened elements to aggressive environments. In this context, the present work presents an experimental analysis of the behavior of reinforced concrete beams strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP), applied according to the Externally Bonded Reinforcement (EBR) technique, maintained in a laboratory environment (indoor and protected) or exposed to weathering (outdoor exposure). In addition, specimens of the intervenient materials were also molded and exposed to the same environmental conditions as the beams. The results indicate that weather-exposed epoxy adhesives present reductions up to 70% in their mechanical properties after exposure, while the CFRP composite properties remain similar. It was also found that the strengthening system provided 50% and 28% increments in the load-carrying capacity and stiffness of the elements, respectively. However, the tests conducted after 6 months of weathering exposure showed a 10% reduction in the load-carrying capacity of the strengthened elements.

Protocolo de degradação acelerado de FRPs com sistema de aquecimento e aquisição de dados automático com uso da plataforma Arduíno

“…Um exemplo de envelhecimento ambiental pode ser encontrado no trabalho de Dalfré et al (2021), os quais analisaram o comportamento mecânico de vigas de concreto armado não reforçadas mantidas ambiente laboratorial (protegidas do intemperismo) e de vigas de concreto armado reforçadas com mantas de CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer -Polímero Reforçado com Fibras de Carbono) aplicadas segundo a técnica EBR submetidas ao intemperismo e à ambiente laboratorial (protegidas). Os autores submeteram, ainda, corpos de prova concreto, resinas epoxídicas e CFRP aos mesmos ambientes de exposição das vigas.…”

“…Sobre as condições ambientais, a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) define o clima da cidade de São Carlos, no estado de São Paulo (com latitude 21°57'42" (S), longitude 47°50'28" (W) e altitude de 860 metros acima do nível do mar), como subtropical úmido com inverno seco e verão quente (Cwa) (Dalfré et al, 2021). Durante os ensaios, Dalfré et al (2021) coletaram dados medidos pelo INMET, tais como temperatura, umidade relativa do ar, radiação UV e precipitação para os fins da pesquisa (Figura 3).…”

“…Sobre as condições ambientais, a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) define o clima da cidade de São Carlos, no estado de São Paulo (com latitude 21°57'42" (S), longitude 47°50'28" (W) e altitude de 860 metros acima do nível do mar), como subtropical úmido com inverno seco e verão quente (Cwa) (Dalfré et al, 2021). Durante os ensaios, Dalfré et al (2021) coletaram dados medidos pelo INMET, tais como temperatura, umidade relativa do ar, radiação UV e precipitação para os fins da pesquisa (Figura 3). A Figura 4 apresenta a câmara que caracteriza o ambienta laboratorial (Figura 4a), a estação meteorológica automática "São Carlos-A711" (Figura 4b), vigas e corpos de prova de concreto expostos ao intemperismo (Figura 4c) e corpos de prova de resinas epoxídicas e de FRP (Figura 4d).…”

“…Silva (2014) considera que as alterações nos FRPs pela ação de agentes agressivos podem ser identificadas pela perda de desempenho de algumas de suas características fundamentais, o que se deve à sua degradação como consequência de seu envelhecimento. Os agentes de degradação podem gerar alterações nos materiais por meio de reações químicas, processos físicos ou mecânicos, conduzindo a perdas de desempenho dos FRPs (Dalfré et al, 2021;.…”

“…Também foram ensaiadas vigas com reforços de CFRP mantidas por 1000h no laboratório, protegidas de intempéries, mas fora do tanque de degradação acelerada. Estas vigas apresentaram o mesmo comportamento das vigas de referência.Esse resultado condiz com os obtidos porDalfré et al (2021) em seu estudo experimental de vigas semelhantes…”