Desenvolvimento de membranas híbridas pelo método sol–gel para deteção de iões Na+, K+ e Cl-

Abstract

A corrosão das armaduras é uma das principais causas de deterioração das estruturas de betão, resultando em elevados custos de reparação, manutenção e reabilitação. A carbonatação e a presença de agentes agressivos, como os iões cloreto, estão na origem desse processo. Nas últimas décadas, o uso de sensores de fibra ótica (SFO) para monitorar os parâmetros físicos de estruturas na área da engenharia civil tem sido amplamente utilizado. A monitorização de estruturas de betão com recurso aos SFO funcionalizados com materiais sol-gel revelou-se uma abordagem interessante para aumentar a sua vida útil. O método sol-gel é versátil, ecológico e um processo simples que permite sintetizar novos materiais híbridos orgânico-inorgânico (HOI) com propriedades únicas, incluindo a estabilidade química, propriedades dielétricas adequadas como resistência térmica e fotoquímica. Além disso, este método permite controlar diversos parâmetros experimentais como o tipo de precursores, a porosidade da matriz, o tempo e a temperatura de cura dos materiais HOI. O presente trabalho relata a síntese de matrizes de materiais HOI, obtidos a partir de um siloxano funcionalizado, 3-glicidoxipropiltrimetoxissilano, por reação com um oligopolímero denominado Jeffamine THF-170® para potencial aplicação em SFO para monitorizar parâmetros cruciais nas estruturas de betão. As matrizes HOI foram dopadas com diferentes teores de zeólitos AgY e NaY de modo a permitirem a deteção as espécies agressivas no betão. A caraterização dos materiais sintetizados permitiu evidenciar caraterísticas morfológicas, químicas, térmicas e elétricas adequadas à sua incorporação em SFO.

Corrosion of reinforcement is one of the major causes of deterioration of concrete structures resulting in high repair, maintenance, and rehabilitation costs. Carbonation and the presence of aggressive agents, such as chloride ions, are at the main source of this process. In the last few decades, the use of optical fiber sensors (OFS) to monitor the physical parameters of structures in the civil engineering field has been widely employed. The monitoring of concrete structures using functionalized OFS with sol-gel films revealed to be an interesting approach to increase its service life. The sol-gel method is versatile, environmentally friendly and a simple process that allows to synthesize new organic-inorganic hybrid (OIH) materials with unique properties including chemical stability, suitable dielectric properties as thermal and photochemical resistance. Moreover, this method can control several experimental parameters such as precursors, matrix porosity, curing time and temperature of the OIHs to be produced. This work reports the synthesis of OIH matrices, which were obtained using a functionalized siloxane, 3- glycidoxypropyltrimethoxysilane, by reaction with an oligopolymer named Jeffamine® THF-170 for potential application on an OFS for health monitoring of concrete structures. The OIH matrices were doped with different contents of AgY or NaY zeolites to detect the aggressive species in the concrete. The characterization of the synthesized HOI materials revealed morphological, chemical, thermal, and electrical properties suitable for their incorporation into SFO.