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Estudo de novas aplicações da fibra de carbono nos materiais de construção

Author(s): Silva, Miguel Tomás Pinto e cv logo 1

Date: 2007

Persistent ID: http://hdl.handle.net/1822/7982

Origin: RepositóriUM - Universidade do Minho


Description
Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil - Área de Especialização Materiais de Construção O crescente desenvolvimento e aplicação de novos materiais nas últimas décadas permitiram melhorar a qualidade de vida para o ser humano e consequentemente a sociedade em que está inserido. As fibras de carbono têm merecido uma atenção especial devido às suas características particulares, as quais se destacam a sua baixa densidade associada a uma elevada resistência mecânica assim com as suas propriedades eléctricas. Este trabalho apresenta um estudo sobre as propriedades eléctricas e piezoelectricas das fibras de carbono. Estudou-se a aplicação de uma nova base de suporte, o silicone, para o fabrico de um compósito com incorporação de fibras de carbono com vista a avaliar as suas propriedades piezoresistivas para funcionar como sensor. De modo a se poder avaliar adequadamente a capacidade sensitiva de cada um dos sensores, realizaram-se ensaios cíclicos e estáticos de deformação. O primeiro, visou o estudo da reversibilidade dos valores lidos assim como a extracção das curvas de calibração que permitam efectuar uma relação com a deformação que se encontra aplicada no sensor. Já o ensaio em condições estáticas permitiu avaliar a evolução das leituras em condições de deformação constante e assim verificar a sua estabilidade ao longo do tempo. O estudo ficou concluído com a avaliação da sua aplicabilidade prática em que se sujeitou os sensores às condições reais de obra, onde foram colocados nos solos das fundações das estruturas a construir, devidamente escolhidas para o efeito. Estudou-se igualmente as propriedades termoeléctricas das fibras de carbono quando incorporadas num material base de suporte com a finalidade de este poder actuar como um elemento capaz de produzir radiação térmica quando sujeito a uma corrente eléctrica. Foram desenvolvidas placas com incorporação de fibras de carbono em diferentes quantidades, que simularam um pavimento radiante. Estas placas serviram para quantificar o consumo energético e determinar poder calorífico radiante máximo. Por ultimo, foi realizada uma comparação quantitativa das placas desenvolvidas neste trabalho com as placas comercialmente disponíveis no mercado. The rapid development of new materials in the last few decades has allowed a significant improvement of the quality of life. Special attention has been given to carbon fibbers due to its unique properties; which combines the low density with high mechanical properties and interesting electrical properties. In this research work, a study was carried out to assess the electrical and piezoelectric properties of the carbon fibbers. A new composite, using a silicone rubber as binder, reinforced with carbon fibbers was developed that can act as a sensor. In order to properly evaluate the sensor sensitivity, a set of experimental tests was carried out in the laboratory. The sensors were submitted to compressive cyclic loading and to a prolonged constant deformation test. The first one aimed at studying the reversibility of the measurements under cycling loading in order to estimate the calibration curves, and establish a relationship between electrical resistance and the applied deformation. The constant deformation test allowed the evaluation of electrical resistance readings when submitted to constant deformation for a long period of time. Polymers are known to be sensitive to creep and as such this test was important for evaluating the practical application of the sensor. Furthermore, the sensors were applied in the real environment conditions on a construction site and their performance was monitored. Sensors were placed under the foundation and hence registered the real movements of the soil. Also in this research work, the thermoelectric properties of carbon string were studied when placed within gypsum and polymeric boards, so that the resulting composite could act as an element capable of thermal radiation, when plugged into an electric current. Boards were developed with deferent amounts of carbon strings simulating thermal radiation pavement and electrical consumptions were estimated. The results obtained indicate that it is possible to manufacture sensors using carbon fibre reinforced polymers for general application in construction industry. Furthermore, the gypsum and polymer reinforced with carbon strings can be used for thermal radiation pavements with lower energy consumption.
Document Type Master Thesis
Language Portuguese
Advisor(s) Jalali, Said
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