Mechanical Characterization of Carbon Fiber Textile-Reinforced Mortar as Strengthening System for Concrete Structures

Abstract

Aquest estudi proporciona un examen exhaustiu del morter reforçat amb tela de fibra de carboni (TRM) com un sistema robust per a reforçar estructures de formigó. La investigació abarca tres aspectes clau: anàlisi del comportament a la tracció, avaluació de la resistència d'adherència amb el formigó, i efectivitat en la confinació del formigó. L'estudi investiga la influència de paràmetres com el recobriment de la tela, la configuració de les proves i la longitud de la unió per proporcionar informació sobre el comportament del TRM sota diverses condicions. Es realitzen proves de tracció en fibra de carboni utilitzant diversos muntatges, incloent mètodes de fixació i agarre de forquilla, i dos tipus de resines epoxi, per avaluar l'estrès, la deformació i el mòdul d'elasticitat. També es realitzen proves de tracció en TRM utilitzant tres tipus diferents de morter de ciment (amb i sense fibres), cadascun impregnat amb tèxtils de carboni infosos amb dues resines epoxi diferents, per determinar l'estrès, la deformació i el mòdul d'elasticitat sota diverses configuracions de proves i materials. Les proves de tall per solapament exploren la unió entre TRM i formigó, investigant diferents longituds de unió per identificar la longitud d'unió efectiva, l'impacte de la longitud d'unió en la resistència al tall i l'efecte de la longitud de la biga en els resultats. A més, les proves de compressió en cilindres de formigó embolicats amb TRM diluciden l'impacte de diferents capes de fibra de carboni sota càrregues de compressió i investiguen l'efecte del confinament en diferents resistències a la compressió del formigó. Aquesta investigació aporta dades i coneixements valuosos relacionats amb el rendiment del TRM, amb l'objectiu de facilitar l'optimització i aplicació d'aquest material com una solució efectiva per al reforçament de la infraestructura de formigó.

Este estudio ofrece un análisis exhaustivo del mortero reforzado con tela de fibra de carbono (TRM) como un sistema robusto para fortalecer estructuras de concreto. La investigación aborda tres aspectos clave: análisis del comportamiento a la tracción, evaluación de la resistencia de adherencia con el concreto, y efectividad en la confinación del concreto. Se investiga la influencia de parámetros como el recubrimiento de la tela, la configuración de las pruebas y la longitud de la unión para proporcionar información sobre el comportamiento del TRM en diversas condiciones. Se llevan a cabo pruebas de tracción en fibra de carbono utilizando varios montajes, incluyendo métodos de sujeción y agarre de horquilla, y dos tipos de resinas epoxi, para evaluar el estrés, la deformación y el módulo de elasticidad. También se realizan pruebas de tracción en TRM utilizando tres tipos diferentes de mortero de cemento (con y sin fibras), cada uno impregnado con textiles de carbono infusionados con dos resinas epoxi diferentes, para determinar el estrés, la deformación y el módulo de elasticidad bajo diversas configuraciones de pruebas y materiales. Las pruebas de corte por solapamiento exploran la unión entre TRM y concreto, investigando diferentes longitudes de unión para identificar la longitud de unión efectiva, el impacto de la longitud de unión en la resistencia al corte y el efecto de la longitud de la viga en los resultados. Además, las pruebas de compresión en cilindros de concreto envueltos con TRM dilucidan el impacto de diferentes capas de fibra de carbono bajo cargas de compresión e investigan el efecto del confinamiento en diferentes resistencias a la compresión del concreto. Esta investigación aporta datos y conocimientos valiosos relacionados con el rendimiento del TRM, con el objetivo de facilitar la optimización y aplicación de este material como una solución efectiva para el fortalecimiento de la infraestructura de concreto.

This study provides a thorough examination of carbon fiber textile-reinforced mortar (TRM) as a robust system for strengthening concrete structures. The investigation encompasses three key aspects: tensile behavior analysis, bond strength assessment with concrete, and effectiveness in concrete confinement. The study investigates the influence of parameters such as textile coating, test set-up, and bonding length to provide insights into TRM behavior under diverse conditions. Tensile tests are conducted on carbon fiber using various setups, including clamping and clevis grip methods, and two types of epoxy resins, to evaluate stress, strain, and modulus elasticity. Tensile tests on TRM are also conducted using three different types of cement mortar (with and without fibers), each impregnated with carbon textiles infused with two different epoxy resins, to determine stress, strain, and modulus of elasticity under various set-ups and material configurations. Lap shear tests explore the bond between TRM and concrete, investigating different bond lengths to identify effective bond length, the impact of bond length on shear strength, and the effect of the beam length on the results. Furthermore, compression tests on concrete cylinders wrapped with TRM elucidate the impact of varying layers of carbon fiber under compression loads and investigate the effect of confining on different compressive resistances of the concrete. This research contributes valuable data and knowledge related to the performance of TRM, aiming to facilitate the optimization and application of this material as an effective solution for strengthening concrete infrastructure.