Flexural strengthening of reinforced concrete beams with carbon fibers reinforced polymer (CFRP) sheet bonded to a transition layer of high performance cement-based composite

Abstract

Resistance to corrosion, high tensile strength, low weight, easiness and rapidity of application, are characteristics that have contributed to the spread of the strengthening technique characterized by bonding of carbon fibers reinforced polymer (CFRP). This research aimed to develop an innovate strengthening method for RC beams, based on a high performance cement-based composite of steel fibers (macro + microfibers) to be applied as a transition layer. The purpose of this transition layer is better control the cracking of concrete and detain or even avoid premature debonding of strengthening. A preliminary study in short beams molded with steel fibers and strengthened with CFRP sheet, was carried out where was verified that the conception of the transition layer is valid. Tests were developed to get a cement-based composite with adequate characteristics to constitute the layer transition. Results showed the possibility to develop a high performance material with a pseudo strain-hardening behavior, high strength and fracture toughness. The application of the strengthening on the transition layer surface had significantly to improve the performance levels of the strengthened beam. It summary, it was proven the efficiency of the new strengthening technique, and much information can be used as criteria of projects for repaired and strengthened structures.Resistência à corrosão, elevada resistência à tração, baixo peso, facilidade e rapidez de aplicação, são algumas das características interessantes que têm contribuído para a disseminação da técnica de reforço caracterizada pela colagem de polímeros reforçados com fibras de carbono (PRFC) em elementos estruturais de concreto. Nesta pesquisa propõe-se uma inovação construtiva fundamentada no desenvolvimento de um compósito de alto desempenho à base de cimento Portland e fibras de aço (macro + microfibras), destinado a constituir o que está sendo preliminarmente chamado de "substrato de transição". A finalidade desse substrato é controlar melhor a fissuração do concreto da viga e retardar ou até evitar o desprendimento prematuro do reforço polimérico. Foram realizados ensaios específicos visando à obtenção de um compósito cimentício com características apropriadas para constituir o substrato de transição. Os resultados e as análises efetuadas mostram que foi possível desenvolver um material de elevado desempenho, traduzido por um comportamento de pseudo-encruamento, com elevados ganhos de resistência e tenacidade ao fraturamento. A aplicação do reforço com manta sobre a superfície do substrato de transição, formado a partir da reconstituição do banzo tracionado da viga com o compósito cimentício que foi desenvolvido, mostrou melhorar significativamente os níveis de desempenho da peça reforçada. Comprovou-se a eficiência da técnica de reforço proposta, além de reunir uma série de informações que podem ser exploradas para se tornarem úteis como critérios de projeto de estruturas recuperadas e reforçadas.