Abstract

This paper presents the Compressive Packing Model (CPM) for the mix design of a self-compacting ultra high performance fiber reinforced cement composites (UHPFRCC). The concrete was produced with CPIII 40 slag cement, silica fume, silica flour, wollastonite, steel fibers and superplasticizer. The particle size of the aggregates ranged from 150 to 600μm. The input parameters for the CPM were the granulometry, the density, and the virtual compacity of the grains, together with the compaction index that corresponds to the mixing and placing protocol. New production techniques were employed, for which the addition of the several materials to the mix follows a previously defined schedule determined by the energy consumption of the mixer. The developed concrete had self-compacting characteristics. It presented compressive strength of 162 MPa at 28 days, with tensile strength of 10 MPa and modulus of rupture of 35 MPa.

Keywords: scientific mix design, compressive packing model, ultra-high performance concrete, fiber reinforced concrete,self-compacting concrete.

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Resumo

Este trabalho apresenta o Modelo de Empacotamento Compressível (MEC) para a dosagem de um compósito cimentício de altíssimo desempenho armado com fibras (CONADAF). O concreto foi produzido com cimento CPIII 40, sílica ativa, quartzo moído, areia natural, dispersante, microfibras de wollastonita e fibras de aço. A dimensão das partículas dos agregados variou entre 150 e 600μm. Propriedades dos materiais, como distribuição granulométrica dos grãos, massa específica e compacidade virtual, assim como o índice de compactação que corresponde ao protocolo de mistura e colocação do material foram utilizados como parâmetros de entrada do MEC. Novas técnicas de produção foram introduzidas, com adição dos líquidos à mistura em função da demanda de energia requerida pelo misturador. O concreto demonstrou ser auto-adensável e apresentou valores de resistência à compressão aos 28 dias de 162 MPa, com resistência à tração direta de 10 MPa e módulo de ruptura de 35 MPa.

Palavras Chave: dosagem científica, modelo de empacotamento compressível, concreto de altíssimo desempenho, concreto armado com fibras, concreto auto-adensável.

Abstract

Aggregates from rocks containing sulphide mineral may cause the occurrence of deleterious expansive products generated by the oxidation-hydration process of these minerals. This study was performed in cement paste and mortar produced with three types of cement containing limestone filler and blast-furnace slag (content ranging from 40% to 60%) and aggregates containing sulphide mineral. The sulphide oxidation-hydration process and the chemical interactions with hydrated compounds of cement paste and mortar were evaluated for 18 months, using two different methodologies, X-ray diffraction and thermogravimetric analyses, which were considered for both. Thus, after 180 days, a progressive increase of compounds, such as ettringite and gypsum was observed, along with a decrease in the portlandite content, as well as different growth trends, according to the cement type.

Keywords: deterioration, ettringite, gypsum, expansion, mortar, oxidation, sulphide.

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Resumo

Agregados provenientes de rochas contendo sulfetos podem propiciar a formação de produtos expansivos e deletérios resultantes do processo de oxidação-hidratação destes minerais. O estudo apresentado neste trabalho foi desenvolvido utilizando-se pastas de cimento e argamassas produzidas com três tipos de cimentos compostos por fíler calcário e adição de escória granulada de alto-forno (nas proporções de 0%, 40% e 60%) na presença de agregados contendo sulfetos. O processo de oxidação-hidratação do sulfeto e as alterações químicas com os compostos hidratados das pastas de cimento e das argamassas foram avaliados durante 18 meses, através de duas diferentes metodologias, difração de raios X e análises termogravimétricas. Os resultados indicam um progressivo aumento dos compostos, tais como etringita e gipsita, com uma conseqüente redução do teor de portlandita,, após 180 dias de avaliação em laboratório, sendo este comportamento dependente do tipo de cimento utilizado.

Palavras Chave: deterioração, etringita, gesso, expansão, argamassa, oxidação, sulfeto.

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Abstract

The increasing amount of research and number of constructions accomplished using HPC, containing high contents of cement mineral addition substitutions (over 50%, per mass), has been the subject of concern in some studies on topics related to durability of these kinds of concrete, especially shrinkage, due to parameters used in the mix proportions. Accordingly, the low cement content combined with the large amount of cementitious materials would call for an increase in the total water content that, despite the lower w/cm ratios, would cause higher shrinkage and durability loss. This paper presents critical analysis of these subjects and shows data on the research conducted by the authors, compared to other studies published in literature. It has been demonstrated that lower cement content and higher total water per m³ of concrete do not result in consequences related to durability and shrinkage, but lead to the attainment of durable concretes, in such mix proportion conditions. This paper is the second part of a larger project, the first of which deals with mix proportion and carbonation.

Keywords: mix proportion, durability, mineral additions, high contents, shrinkage.

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Resumo

O aumento do número de pesquisas e construções realizadas em CAD contendo altos teores de substituição de cimento (acima de 50%, em massa) por adições minerais, tem revelado apreensões entre alguns pesquisadores sobre tópicos relacionados com a durabilidade destes concretos, especialmente retração e durabilidade devido aos parâmetros utilizados na dosagem. Assim, o baixo teor de cimento combinado com a grande quantidade de materiais cimentícios induziria ao aumento da quantidade total de água que, a despeito dos baixos teores das relações a/mc, acarretaria retração alta e perda de durabilidade. Este trabalho apresente análise crítica a respeito desses assuntos, apresentando dados de pesquisas realizadas pelos autores, comparados com outros publicados pela literatura. É demonstrado que baixo teor de cimento, alto conteúdo de água por m³ de concreto não acarretam conseqüências para a durabilidade e retração, induzindo à obtenção de concreto duráveis sob tais condições de dosagem. Este trabalho é a segunda parte de um projeto mais amplo, em que a primeira parte versou sobre dosagem e carbonatação.

Palavras Chave: dosagem, durabilidade, adições minerais, altos teores, retração.

Abstract

Carbonation tests with carbon dioxide (CO2) concentrations in excess of those found in nature have become common practice because they reduce test times. However, the lack of standards to guide the procedures and factors involved in these tests allow researchers to use different procedures, which makes comparisons between studies difficult or sometimes impossible. The present study aims to investigate the influence of the concentration of carbon dioxide on the carbonation depth of mortar samples subjected to accelerated tests. The tests were performed on concrete blocks measuring 40 x 40 x 160 mm that were cast with conventional Portland cement and pozzolanic Portland cement using water/cement ratios (w/c) of 0.40, 0.55 and 0.70. The samples were wet cured for 7 and 28 days in accordance with the procedures recommended in RILEM TC 116-PCD [1]. The tests were carried out at 20±1°C and RH 70±5%. Two carbonation chambers were used, one with 6% CO2 and the other with saturated CO21. Additional tests included compressive strength at 7, 28 and 63 days to check the quality of the mortars. The test results indicated that the samples tested with CO2 6% have greater carbonation depths than those tested in the saturated carbonation chamber. The analysis of variance at 28 days shows that the concentration of CO2 is a statistically significant factor in the carbonation depth of the mortars tested.

Keywords: accelerated carbonation, CO2 concentrations, mortars.

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Resumo

Os ensaios de carbonatação com concentrações de dióxido de carbono (CO2) acima daquelas encontradas na natureza se tornaram uma prática comum. Isto é devido à redução do tempo necessário para o ensaio. No entanto, a falta de padronização dos procedimentos e fatores que envolvem estes ensaios permite que cada pesquisador adote procedimentos distintos para a sua realização, o que dificulta e, às vezes, até impossibilita a comparação entre as diversas pesquisas. Neste sentido, o presente trabalho tem por objetivo a verificação da influência do percentual de dióxido de carbono CO2 na profundidade de carbonatação de argamassas submetidas a ensaios acelerados. Foram utilizados corpos-de-prova prismáticos, com dimensões de 40 x 40 x 160 mm, moldados com cimento Portland comum (CPI) e cimento Portland pozolânico (CPIV), nas relações água/cimento (a/c) de 0,40, 0,55 e 0,70. As amostras permaneceram em cura submersa por 7 e 28 dias e então foram sazonadas conforme os procedimentos da RILEM TC 116-PCD [1] . Os ensaios foram realizados a uma temperatura de 20±1°C e umidade relativa de 70±5%. Foram utilizadas duas câmaras de carbonatação, com concentrações de CO2 de 6% e saturada1. Foram ainda realizados ensaios de resistência à compressão axial aos 7, 28 e 63 dias, a fim de controlar a qualidade de execução das argamassas. Os resultados indicam que as amostras ensaiadas a 6% de CO2 apresentam profundidades de carbonatação superiores às ensaiadas em câmara saturada. A análise de variância aos 28 dias de ensaio acelerado aponta que o percentual de CO2 é estatisticamente significativo na profundidade de carbonatação das argamassas ensaiadas.

Palavras Chave: carbonatação acelerada, concentrações de CO2, argamassas.

Abstract

Some factors such as mositure are required to initiate the alkali-aggregate reaction in concrete structures. That can explain
why AAR is very common in concrete dams. However, in recent years, many cases of the alkali-aggregate reaction have been reported in concrete structures of bridges, overpasses, highways and buildings. In contrast with the assessment of the reactive potential of aggregates used in concrete dams, the reactive potential of coarse aggregates used in the latter structures has never been assessed. The present report aims to evaluate the reactive potential of coarse aggregates used in the manufacture of concrete in Southern Brazil. The experimental program was carried out with 39 rock samples (the aggregates). These samples underwent petrographic characterization and a mortar produced with these aggregates and Portland cement Type I (MP), defined by ASTM C595, was tested using ASTM C 1260 accelerated test. The study showed that all 39 aggregates can be considered potentially reactive to alkalis. It was also observed that the type of aggregate has a significant influence on the degree of expansion, with basalt leading to bigger expansions.

Keywords: alkali-aggregate reaction, reactive aggregates.

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Resumo

São necessários alguns fatores para que a reação álcali-agregado se manifeste nas estruturas, entre eles está a presença
de umidade. Por esse motivo, esta reação é bastante comum em barragens de concreto. Contudo, nos últimos anos, muitos casos de reação álcali-agregado têm sido constatados em pontes, viadutos, rodovias e edifícios. Porém, para esse tipo de obra, nunca foi avaliada a potencialidade reativa dos agregados, atitude que é comum com os agregados utilizados em barragens. Em função disso, este estudo buscou avaliar a potencialidade reativa dos agregados mais utilizados para a confecção do concreto no sul do Brasil. Para tanto, realizou-se a análise petrográfica de 39 amostras de agregados e o ensaio acelerado da ASTM C 1260 com esses agregados e com o cimento composto do tipo CP II-Z 32, que é o cimento mais consumido na região. Ao final dos ensaios verificou-se que todos os agregados são potencialmente reativos do ponto de vista da reação álcali-agregado. Além disso, concluiu-se que o tipo de agregado utilizado exerce influência significativa na intensidade da expansão, sendo que os basaltos são os agregados que resultaram em maiores expansões.

Palavras Chave: reação álcali-agregado, agregados reativos.