Otimizando a fluidez e a resistência à tração do epóxi acionado magneticamente

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9629 (2023) Citar este artigo

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O reparo de fissuras subaquáticas é um desafio devido à drenagem e exaustão, retenção de lama em pontos fixos e outros problemas. Foi desenvolvida uma pasta de cimento de resina epóxi acionada magneticamente, que pode realizar movimento direcional e retenção de ponto fixo da pasta sob o efeito de um campo magnético aplicado. Este artigo se concentra na fluidez da pasta e nas propriedades de tração. Primeiramente, no pré-estudo preliminar, foram determinados os principais fatores que influenciam os índices. Então, a faixa ótima de cada fator é determinada por um experimento de fator único. Além disso, o método de superfície de resposta (RSM) é aplicado para obter uma proporção ideal. Finalmente, a pasta é caracterizada por micro. Os resultados mostraram que o índice de avaliação F proposto neste artigo pode avaliar bem a interação entre fluidez (X) e resistência à tração (Y). O modelo de regressão 2FI e o modelo de regressão quadrática são desenvolvidos com fluidez e resistência à tração como valores de resposta e teor de resina epóxi (ER), relação água-cimento, teor de Fe3O4 e teor de cimento sulfoaluminato (SAC) como fatores de influência, e têm razoável ajuste e confiabilidade. A relação entre o grau de influência dos fatores influenciadores no valor de resposta X e o valor de resposta Y em ordem crescente foi: teor de ER > relação água-cimento > teor de SAC > teor de Fe3O4. A pasta acionada magneticamente feita pela proporção ideal pode atingir uma taxa de fluidez de 223,31 mm e uma resistência à tração de 2,47 MPa. Isto ocorre com erros relativos de 0,36% e 1,65% dos valores previstos do modelo. A análise microscópica mostrou que a pasta de cimento de resina epóxi acionada magneticamente tinha uma fase cristalina, morfologia de superfície e composição estrutural favoráveis.

Com o rápido crescimento da indústria da construção global, um grande número de infra-estruturas está a ser planeado e construído. Muitas estruturas subaquáticas de concreto em serviço são suscetíveis a rachaduras e buracos devido a ciclos de congelamento-degelo1,2,3, ciclos seco-úmido4,5, erosão por sulfato e cloreto4,6,7, resultando em deterioração significativa de seu desempenho8. Embora, materiais de reparo na área de construção, materiais cimentícios modificados com polímeros tenham sido amplamente aplicados9,10. No entanto, a reparação e o reforço de estruturas subaquáticas de betão devem enfrentar os problemas de drenagem e exaustão da construção, fissuras e defeitos ascendentes, baixa taxa de enchimento de pequenas fissuras e difícil retenção de lama sob condições de água em movimento, o que torna este trabalho de reparação ainda um desafio11.

Atualmente, os métodos convencionais de rejuntamento sob pressão não podem resolver os problemas de ventilação, drenagem e retenção de lama em pontos fixos. Inspirados em fluidos magnéticos, estamos desenvolvendo uma pasta de cimento de resina epóxi acionada magneticamente. Isto alcançará movimento direcional e retenção de ponto fixo sob um campo magnético aplicado, como mostrado na Fig. 1. Este trabalho é baseado no princípio de que o Fe3O4 pode ser "dirigido ao alvo" sob um campo magnético . A lama acionada magneticamente com propriedades frescas da lama possuía a capacidade de preencher, mover e resistir à segregação13,14,15, que pode superar a gravidade para reparar fissuras e defeitos inclinados para cima16. Liu et al.16 desenvolveram um material de ancoragem de cimento de resina epóxi magnética com autoconvergência antigravitacional, fluxo guiado e viscosidade de pasta controlável em tempo real sob a ação do campo magnético, e exploraram o mecanismo de endurecimento da pasta e lei microscópica de mudança de poros sob a ação do campo magnético, sem envolver o estudo das propriedades de fluidez e resistência à tração do material de grauteamento. A fluidez determina a capacidade de difusão e bombeabilidade da lama, que são indicadores-chave do desempenho da construção de grauteamento17. A resistência à tração do material de cura da pasta destina-se a suportar a resistência do reparo da argamassa mais os sólidos18. No entanto, à medida que a resistência à tração aumenta, a fluidez da pasta muitas vezes diminui19. O pré-estudo preliminar descobriu que com as mudanças no teor de ER, na relação água-cimento e no teor de Fe3O4, as mudanças na fluidez da pasta e na resistência à tração se comportaram de forma oposta. Consequentemente, é necessário um projeto ideal da proporção de materiais de reparo usando métodos de projeto experimental relevantes para obter uma proporção otimizada. Isto é para equilibrar bem a fluidez e a resistência à tração da pasta de cimento de resina epóxi acionada magneticamente.