REHABILITATION OF REINFORCED CONCRETE BEAMS: MECHANICAL PERFORMANCE WITH ALKALI-ACTIVATED REPAIR MORTAR

Authors

  • Otacisio Gomes Teixeira Centro Universitário UNIFG https://orcid.org/0000-0002-7536-0479
  • Rodrigo Henrique Geraldo Centro Universitário FACENS https://orcid.org/0000-0003-0536-7621
  • Jardel Pereira Gonçalves Polytechnic School, Post-graduate Program in Civil Engineering (PPEC), Federal University of Bahia (UFBA), Rua Professor Aristides Novis, 02, Salvador, Bahia 40210-630, Brazil. https://orcid.org/0000-0003-3484-3869
  • Gladis Camarini Universidade Estadual de Campinas, Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Campinas, SP, Brasil / Centro Universitário do Sul de Minas, Programa de Pós-graduação em Gestão e Desenvolvimento Regional, Varginha, MG, Brasil. https://orcid.org/0000-0003-4536-9699

DOI:

https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2022.v8.n1.90-101

Keywords:

Reparo de estruturas de concreto. Fissuras. Argamassa álcali-ativada. Argamassa modificada com polímero.

Abstract

The premature degradation of concrete structures is nowadays a common problem, and the use of repair materials to promote structural rehabilitation is usually necessary. The objective of this study was to evaluate the performance of cracked concrete structures repaired with alkali-activated mortar (AAM). A beam repaired with a polymer modified mortar (PM) was used as reference. Concrete beams of 120 mm wide x 250 mm high x 2100 mm long were initially loaded in bending until failure. Thereafter, the beams were repaired with AAM or PM and they were submitted to a new bending test, with some analysis: first crack load, maximum load, ultimate load, and crack formation. The results showed that the repair (AAM or PM) was efficient, although the repaired beams developed the first crack with low load than reference beams. AAM showed to be as efficient as PM in recovering the concrete cracked beams.

Author Biographies

Otacisio Gomes Teixeira, Centro Universitário UNIFG

Técnico Agropecuário pelo Instituto Federal Baiano (IF BAIANO - 2007); Engenheiro Civil pela Universidade Federal da Bahia (UFBA - 2013); Engenheiro de Segurança do Trabalho pela Universidade Candido Mendes (UCAM - 2016); Especialista em Engenharia de Produção pelo Centro Universitário Internacional (UNINTER - 2015); Mestre em Engenharia Civil (UFBA- Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil -PPEC-2018). Atualmente Professor do Centro Universitário UNIFG, atuando nas áreas de estruturas e materiais de construção. Sócio e proprietário da OGQ Engenharia LTDA.

Rodrigo Henrique Geraldo, Centro Universitário FACENS

Possui graduação em engenharia ambiental, mestrado em engenharia civil (área de concentração: saneamento e ambiente) e doutorado em engenharia civil (área de concentração: construção). Professor da disciplina de materiais de construção civil nos cursos de engenharia civil e arquitetura do Centro Universitário FACENS. Desenvolve pesquisas na área de materiais eco-eficientes, com ênfase nas linhas de pesquisa: incorporação de resíduos em materiais para a construção civil, aglomerante álcali-ativado, reciclagem e reuso de gesso e concreto autocicatrizante

Jardel Pereira Gonçalves, Polytechnic School, Post-graduate Program in Civil Engineering (PPEC), Federal University of Bahia (UFBA), Rua Professor Aristides Novis, 02, Salvador, Bahia 40210-630, Brazil.

possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Feira de Santana (1998), mestrado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2000) e doutorado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (2005). Atualmente é professor associado da Escola Politécnica - Departamento de Construção e Estruturas da Universidade Federal da Bahia. Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Energia e Ambiente (UFBA) e Professor Permanente do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil (UFBA). Tem experiência na área de Engenharia Civil atuando principalmente nos seguintes temas: materiais e construção civil, tecnologia da construção, sistemas construtivos, materiais cimentíceos, cimentos ecoeficientes, nanotecnologia e novos materiais, infraestruturta para engenharia de petróleo, pastas de cimentação, meio ambiente e aproveitamento de resíduos sólidos

Gladis Camarini, Universidade Estadual de Campinas, Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Campinas, SP, Brasil / Centro Universitário do Sul de Minas, Programa de Pós-graduação em Gestão e Desenvolvimento Regional, Varginha, MG, Brasil.

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Campinas (1981), mestrado em Arquitetura e Urbanismo pela Universidade de São Paulo (1988) e doutorado em Engenharia Civil pela Universidade de São Paulo (1995). Pós-doutorado no Laboratoire des Materiaux et Durabilité des Constructions (LMDC) do Institut National des Sciences Apliquées (INSA, Toulouse, França, 1998). Diploma DRIT - Diplôme de Recherche de l'INSA de Toulouse em 1998. Pós-doutorado no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE, São José dos Campos, Brasil, 2008). Pós-doutorado no Instituto de Ciencia e Tecnología del Hormigón (ICITECH), da Escola Politécnica de Valência (UPV) (Valência, Espanha, 2012). Atualmente é professora titular da Fundação de Ensino e Pesquisa do Sul de Minas, Centro Universitário do Sul de Minas - UNIS-MG, e coordenadora do Programa de Pós-Graduação em Gestão e Desenvolvimento Regional. Professora aposentada da Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. Professora e pesquisadora voluntária do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Estadual Paulista - UNESP. Membro do Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON). Assessora ad-hoc da CAPES, do CNPq, da FAPESP, do FAEPEX-Unicamp. Assessora científica de vários periódicos nacionais e internacionais, assessora científica de eventos. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Materiais e Componentes de Construção, nos temas: materiais para construção, aglomerantes minerais, argamassas, concretos. Atua também em gerenciamento do projeto e do produto, gerenciamento de projetos de pesquisa, reciclagem de materiais, desenvolvimento sustentável e economia circular, reaproveitamento de resíduos industriais e de construção.

References

AHMAD, S., ELAHI, A., BARBHUIYA, S.A., et al., “Use of polymer modified mortar in controlling cracks in reinforced concrete beams”, Construction and Building Materials, v. 27, pp. 91-96, Feb. 2012.

AHMAD, S., ELAHI, A., BARBHUIYA, S., et al., “Repair of cracks in simply supported beams using epoxy injection technique”, Materials and Structures, v. 46, pp. 1547-1559, Sep. 2013.

AMERICAN CONCRETE INSTITUTE, ACI COMMITTEE 211, Standard practice for selecting proportions for normal heavyweight and mass concrete: ACI manual of concrete practice. Michigan, p.1-38, 1994.

AMERICAN CONCRETE INSTITUTE, ACI COMMITTEE 224, Causes, Evaluation and Repair of Cracks in Concrete Structures. Michigan, p. 1-22, 1998.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT), NBR NM 67, Concrete - Slump test for determination of the consistency. Rio de Janeiro, p.1-8, 1998.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT), NBR 5739, Concrete - Compression test of cylindric specimens - method of test. Rio de Janeiro, p.1-9, 2007.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT), NBR 7222: Concrete and mortar - Determination of the tension strength by diametrical compression of cylindrical test specimens. Rio de Janeiro, p. 1-5, 2011.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT), NBR 7480, Steel for the reiforcement of concrete structures. Rio de Janeiro, p. 1-13, 2007.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT), NBR NM 248, Aggregates - Sieve analysis of fine and coarse aggregates. Rio de Janeiro, p.1-6, 2003.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT), NBR NM 45, Aggregates - Determination of the unit weight and air-void contents. Rio de Janeiro, p.1-8, 2006.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT), NBR 13276, Mortars applied on walls and ceilings - Determination of the consistence index. Rio de Janeiro, p. 1-2, 2016.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT), NBR 13279, Mortars applied on walls and ceilings - Determination of the flexural and the compressive strength in the hardened stage. Rio de Janeiro, p. 1-9, 2005.

BAŽANT, Z.P., OH, B.H.., “Crack band theory for fracture of concrete”, Matériaux et Constructions, v. 16, n. 3, pp. 155-177, May 1983.

BAŽANT, Z.P., OH, B.H., “Deformation of progressively cracking reinforced concrete beams” ACI Journal, v. 81, n. 3, May-Jun 1984.

BEUSHAUSEN, H., ARITO, P., “The influence of mix composition, w/b ratio and curing on restrained shrinkage cracking of cementitious mortars”, Construction and Building Materials, v. 174, pp. 38-46, Jun. 2018.

COPPOLA, L., COFFETTI, D., CROTTI, E., “Pre-packed alkali activated cement-free mortars for repair of existing masonry buildings and concrete structures”, Construction and Building Materials, v. 173, pp. 111-117, Jun. 2018.

FAHIM HUSEIEN, G., MIRZA, J., ISMAIL, M., et al., “Geopolymer mortars as sustainable repair material: A comprehensive review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 80, pp. 54-74, Dec. 2017.

FAYYAD, T.M., LEES, J.M., “Experimental investigation of crack propagation and crack branching in lightly reinforced concrete beams using digital image correlation”, Engineering Fracture Mechanics, v. 182, pp. 487-505, Sep. 2017.

FRANÇA, F.C.C., DIAS, D.P., GARCIA, S.L.G., et al., “Vigas de concreto reparadas com argamassa geopolimérica”, Revista Matéria, v. 23, n. 3, pp. 1-15, Out. 2018.

GERALDO, R.H., FERNANDES, L.F.R., CAMARINI, G., “Water treatment sludge and rice husk ash to sustainable geopolymer production”, Journal of Cleaner Production, v. 149, pp. 146-155, Apr. 2017.

GERALDO, R.H., TEIXEIRA, O.G., MATOS, S.R.C., et al., “Study of alkali-activated mortar used as conventional repair in reinforced concrete”, Construction and Building Materials, v. 165, pp. 914-919, Mar. 2018.

HUSEIEN, G.F., SHAH, K.W., “Performance evaluation of alkali-activated mortars containing industrial wastes as surface repair materials”, Journal of Building Engineering, v. 30, pp. 1-15 (101234), Jan. 2020.

IGNJATOVIĆ, I.S., MARINKOVIĆ, S.B., TOŠIĆ, N., “Shear behaviour of recycled aggregate concrete beams with and without shear reinforcement”, Engineering Structures, v. 141, pp. 386-401, Jun. 2017.

ISSA, C.A., DEBS, P., “Experimental study of epoxy repairing of cracks in concrete”, Construction and Bulding Materials, v. 21. pp. 157–163, Jan. 2007.

JUMAAT, M.Z., KABIR, M.H., OBAYDULLAH, M., “A review of the repair of reinforced concrete beams”, Journal of Applied Science Research, v. 2, pp. 317-326, Jan. 2006.

KRAMAR, S., ŠAJNA, A., DUCMAN, V., “Assessment of alkali activated mortars based on different precursors with regard to their suitability for concrete repair”, Construction and Building Materials, v. 124, pp. 937-944, Oct. 2016.

MIRMOGHTADAEI, R., MOHAMMADI, M., SAMANI, N., et al., “The impact of surface preparation on the bond strength of repaired concrete by metakaolin containing concrete”, Construction and Building Materials, v. 80, pp.76-83, Apr. 2015.

NOUNU, G., CHAUDHARY, Z.U.H., “Reinforced concrete repairs in beams”, Construction and Building Materials, v. 13, pp. 195-212, Jun. 1999.

PARK, S.K., “Flexural behavior of reinforced concrete beams with cementitious repair materials”, Materials and Structures, v. 38, pp. 329-334, Apr. 2005.

PIRES, E.F.C., DE AZEVEDO, C.M.C., MOUNZER, E.C., et al., “Modos de ruptura e padrões de fissuração de vigas pré-moldadas de concreto armado geopolimérico: Estudo de caso”, Revista Matéria, v. 23, n. 1, pp. 1-13, Out. 2018.

PHOO-NGERNKHAM, T., SATA, V., HANJITSUWAN, S., et al., “High calcium fly ash geopolymer mortar containing Portland cement for use as repair material”, Construction and Building Materials, v. 98, pp. 482-488, Nov. 2015.

PHOO-NGERNKHAM, T., PHIANGPHIMAI, C., INTARABUT, D., et al., “Low cost and sustainable repair material made from alkali-activated high-calcium fly ash with calcium carbide residue”, Construction and Building Materials, v. 247, pp. 1-11 (118543), Jun. 2020.

QIAN, J., YOU, C., WANG, Q., et al., “A method for assessing bond performance of cement-based repair materials”, Construction and Building Materials, v. 68, pp. 307-313, Oct. 2014.

RASHID, M.A., MANSUR, M.A., “Reinforced high-strength concrete beams in flexure”, ACI Structural Journal, v. 102, n. 3, May-Jun. 2005.

RASMUSSEN, A.B., FISKER, J., HAGSTEN, L.G., “Cracking in Flexural Reinforced Concrete Members”, Procedia Engineering, v.172, pp. 922-929, Jan. 2017.

ROBAYO-SALAZAR, R., JESÚS, C., GUITIÉRREZ, R. M., et al., “Alkali-activated binary mortar based on natural volcanic pozzolan for repair applications”, Journal of Building Engineering, v. 25, pp. 1-9 (100785), Apr., 2019.

SHASH, A.A., “Repair of concrete beams - A case study”, Construction and Building Materials, v. 19, n. 1, pp. 75-79, Feb. 2005.

TCHAKOUTÉ, H.K., RUSCHER, C.H., KONG, S., et al., “Synthesis of sodium waterglass from white rice husk ash as an activator to produce metakaolin-based geopolymer cements”, Journal of Building Engineering, v. 6, pp. 252-261, Jun. 2016.

TEIXEIRA, O.G., GERALDO, R.H., DA SILVA, F.G., et al., “Mortar type influence on mechanical performance of repaired reinforced concrete beams”, Construction and Building Materials, v. 217, pp. 372-383, Aug. 2019.

THANOON, W.A., JAAFARM, M.S., RAZALIA, M.K.J., et al., “Repair and structural performance of initially cracked reinforced concrete slabs”, Construction and Building Materials, v. 19, n. 8, pp. 595-603, Oct. 2005.

YAZDI, M.A., DEJAGER, E., DEBRAEKELEER, M., et al., “Bond strength between concrete and repair mortar and its relation with concrete removal techniques and substrate composition”, Construction and Building Materials, v. 230, pp. 10, Jan. 2020.

ZANOTTI, C., BORGES, P.H.R., BHUTTA, A., et al., “Bond strength between concrete substrate and metakaolin geopolymer repair mortar: Effect of curing regime and PVA fiber reinforcement”, Cement and Concrete Composites, v. 80, pp. 307-316, Jul. 2017.

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Published

2021-12-01

How to Cite

Teixeira, O. G., Geraldo, R. H., Gonçalves, J. P., & Camarini, G. (2021). REHABILITATION OF REINFORCED CONCRETE BEAMS: MECHANICAL PERFORMANCE WITH ALKALI-ACTIVATED REPAIR MORTAR. ix Sustentável, 8(1), 90–101. https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2022.v8.n1.90-101

Issue

Vol. 8 No. 1 (2022): Mix Sustentável (edição regular)

Section

Científica

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Creative Commons Copyright Notice

Attribution 4.0 International