Influência de adições minerais na elevação da temperatura de concretos massa de elevada resistência à compressão

A construção de grandes blocos de fundação para edifícios altos tem se tornado comum no país. As altas resistências à compressão dos concretos, aliado ao fato de muitas vezes se tratar de concretos autoadensáveis, geralmente levam à elevados consumos de ligante, possivelmente originando problemas de origem térmica a estes elementos estruturais. Este estudo teve como objetivo avaliar a influência de diferentes adições minerais na elevação da temperatura de concretos massa com elevada resistência à compressão. Para isso, foi utilizado um calorímetro adiabático, o qual simula a condição de um concreto em um regime de cura autógena. As resistências à compressão dos concretos nos regimes de cura autógena e ambiente foram determinadas aos 28 dias. Complementarmente, as pastas que compõem os concretos foram avaliadas através de análise termogravimétrica aos 28 dias, a fim de verificar a influência da temperatura nas reações dos compostos das misturas. Os resultados mostraram que houve uma tendência de menor liberação de calor para os parâmetros °C/MPa e °C/Kg de ligante para o CP III – RS, em relação aos demais ligantes utilizados. A análise termogravimétrica indicou que o tipo de cura não influenciou significativamente na atividade pozolânica e na hidratação do cimento Portland. Por fim, verificou-se que as maiores resistências à compressão para uma mesma relação água/ligante foram obtidas pela combinação de CP V – ARI + metacaulim, pelo fato desta adição mineral apresentar elevada atividade pozolânica. Já na combinação CP V – ARI + sílica ativa, a adição mineral parece ter contribuído de forma predominante pela formação de pontos de nucleação, apresentando pouco consumo de hidróxido de cálcio.Palavras-chave: Concreto massa; Elevação de temperatura; Adições minerais.

Effect of ultrasonication on carboxyl-functionalized multiwalled carbon nanotubes in fresh and hardened Portland cement pastes

abstract: The effects of chemical and physical methods on multiwalled carbon nanotube (MWCNT) dispersion in Portland cement pastes were investigated. Consistency, rheology, compressive strength, dynamic elastic modulus, flexural strength, water absorption, and void content tests were performed to evaluate these effects. Changes in the rheology of the cement pastes and surfactants resulted in a significant reduction in apparent viscosity and yield strength. Additionally, cement pastes containing carboxyl- functionalized MWCNTs (MWCNT-COOH) and surfactant showed higher compressive strengths at 28 d. However, the ultrasonic dispersion method did not significantly influence the properties of hardened Portland cement compared with Portland cement produced using the non-sonicated aqueous solution

Evaluating the variability of the modulus of elasticity of concrete through the use of different types and batches of aggregate

The modulus of elasticity of concrete is often calculated as a function of the compressive strength, and as a deterministic value. However, variations in the aggregates properties may result in module values different than those estimated, which may lead to excessive deformation and eventual instability of the structure. In this work, the influence of the coarse aggregate batch variation on the variability of the modulus of elasticity of the concrete was investigated. Three different aggregate sources (one of granite origin and two of gneiss origin), three water/cement ratios (w/c) and five different batches of each aggregate were investigated. The compressive strength and static modulus of elasticity of the concretes were determined at 28 days. The analysis of variance (ANOVA) showed that the variable "batch" had a significant influence on the modulus of elasticity of the concrete, indicating that this property is a probabilistic variable indeed. The normality of the distribution of its values was attested, and values of characteristic modulus of elasticity were proposed, which were from 6 to 10% lower than the mean values. In addition, the use of gneissic aggregates led to modulus of elasticity values 30% higher than those of the concretes with granitic aggregates and equivalent compressive strengths, while the reduction of the w/c ratio from 0.71 to 0.46 increased the modulus of elasticity in about 5%.Keywords: Aggregate; Concrete; Modulus of elasticity; Variability.

Alternativa para diminuição do consumo de cimento Portland em concretos: utilização de nanotubos de carbono de paredes múltiplas

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2023.A utilização da nanotecnologia em compósitos cimentícios vem sendo amplamente estudada nos últimos anos. Dentro desse contexto, existem vários tipos de nanomateriais que podem aprimorar as características de compósitos cimentícios, como o nanotubo de carbono (NTC). Os nanotubos de carbono podem ser de paredes simples (NTCPS) ou múltiplas (NTCPM), sendo estes últimos o produto mais encontrado no mercado. Portanto, é de suma importância entender seu comportamento quando inserido em compósitos cimentícios. Muitos trabalhos vêm relatando a utilização desse nanoproduto principalmente em pastas de cimento Portland e argamassas. Contudo, ainda são poucos os trabalhos encontrados na literatura que estudam a utilização desse nanomaterial em concreto de cimento Portland. Com isso em mente, o presente estudo teve como objetivo utilizar o NTCPM para produção de concretos com diminuição do consumo de cimento Portland sem alterar sua resistência à compressão aos 28 dias. Para isso, foram produzidas argamassas para determinar o método de dispersão e inserção na mistura cimentícia e o grau de redução ideal do consumo de cimento Portland que acarretasse resistência semelhante entre a mistura de referência e aquela com a inserção de MWCNT. Foi encontrado que o teor ideal de diminuição do consumo de cimento Portland foi de 10%, com o qual foram produzidos concretos com três relações a/c diferentes para analisar melhor seu comportamento. Ainda, além do concreto referência (REF) e do concreto com NTCPM com diminuição do consumo de 10% de cimento Portland (S10), foram produzidos concretos com NTCPM sem aplicar diminuição do consumo de cimento Portland (MWCNT) e com diminuição do consumo de cimento Portland com teor ideal de diminuição do consumo de cimento Portland sem o NTCPM (SW10). As propriedades reológicas dos concretos foram alteradas pela utilização do NTPCM, portanto, houve aumento dos parâmetros reológicos tensão de escoamento e viscosidade dos concretos produzidos com o nanomaterial, independentemente da relação a/c utilizada. Além disso, o ensaio de retração e de módulo de elasticidade mostrou que concretos com a inserção do NTCPM resultaram em melhoramentos nesses dois quesitos. O ensaio de absorção por imersão indicou que a inserção do nanomaterial não fez alterar a porosidade aberta do compósito, ou seja, o índice de vazios não sofreu alteração significativa pela inserção do nanomaterial. Foram também realizadas análises de microestrutura e cinética de hidratação de pastas produzidas com o NTCPM, com e sem o teor ideal de diminuição do consumo de cimento Portland. Para isso, foram realizados os ensaios de calorimetria isotérmica, difratometria em raios-x (DRX) e Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Os resultados desses ensaios mostraram que não houve formação de novas fases/compostos resultados do processo de hidratação das partículas de cimento Portland pela inserção do NTCPM. Assim, os aprimoramentos das propriedades mecânicas e retração por secagem dos concretos com a presença do NTCPM foram atribuídos a seu efeito físico de preenchimento e de ponte de ligação. Foi observado que se conseguiu produzir concreto com diminuição do consumo de cimento Portland com o teor ideal de 10% com o NTCPM (S10) com mesma resistência do concreto de referência (REF), demonstra, portanto, que a utilização de NTCPM pode ser uma ferramenta sustentável na indústria da construção civil, diminuindo o consumo de cimento Portland em concretos.Abstract: The use of nanotechnology in cementitious composites has been widely studied in recent years. Within this context, there are several types of nanomaterials that can improve the characteristics of cement composites, such as carbon nanotubes (NTC). Carbon nanotubes can be single-walled (NTCPS) or multiple-walled (NTCPM), the most commonly found product on the market is NTCPM. Therefore, it is extremely important to understand its behavior when inserted in cementitious composites. Many works have been reporting the use of this nano product mainly in Portland cement pastes and mortars, there are still few works found in the literature that study the use of this nanomaterial in Portland cement concrete. With that in mind, the present study aimed to use NTCPM for the production of concrete with reduced consumption of Portland cement without changing its compressive strength at 28 days. For this, mortars were produced to determine the method of dispersion and insertion in the cement mixture and what would be the ideal reduction in the consumption of Portland cement that would cause similar resistance between the reference mixture and the one with the insertion of MWCNT. It was found that the ideal content to decrease the consumption of Portland cement was 10%, with this ideal content, concretes were produced with three different w/c ratios to better analyze their behavior. Also, in addition to reference concrete (REF) and concrete with NTCPM with a 10% reduction in the consumption of Portland cement (S10), concretes with NTCPM were produced without applying a reduction in the consumption of Portland cement (MWCNT) and with a reduction in the consumption of Portland cement with ideal content to reduce the consumption of Portland cement without NTCPM (SW10). The rheological properties of the concrete were altered by the use of NTPCM, therefore, there was an increase in the rheological parameters yield stress and viscosity of the concrete produced with the nanomaterial, regardless of the w/c ratio used. In addition, the shrinkage and elastic modulus test showed that concretes with the insertion of NTCPM resulted in improvements in terms of drying shrinkage and elastic modulus. The immersion absorption test indicated that the insertion of the nanomaterial did not change the open porosity of the composite, that is, the void index did not change significantly by the insertion of the nanomaterial. Analyzes of microstructure and hydration kinetics of pastes produced with NTCPM were also carried out, with and without the ideal content to decrease the consumption of Portland cement. For this, tests of isothermal calorimetry, x-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were performed. The results of these tests showed that there was no formation of new phases/compounds resulting from the hydration process of Portland cement particles by the insertion of NTCPM. Thus, the improvements in the mechanical properties and drying shrinkage of concrete with the presence of NTCPM were attributed to its physical effect of filling and bonding bridge. It was reported that it was possible to produce concrete with reduced consumption of Portland cement with the ideal content of 10% with NTCPM (S10) with the same strength as the reference concrete (REF), so this demonstrates that the use of NTCPM can be a tool in the construction industry, reducing the consumption of Portland cement in concrete

Influência de adições minerais na elevação da temperatura de concretos massa de elevada resistência à compressão

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2018.O presente estudo avaliou a influência de diferentes tipos de adições minerais em substituição ao cimento Portland na elevação da temperatura adiabática do concreto massa. Os aglomerantes e adições utilizadas foram o CP V - ARI, metacaulim, sílica ativa e CP III - RS. Foram realizados ensaios em argamassa, concreto e pasta. Os ensaios em argamassa foram realizados para construção das curvas de dosagem e para determinar o melhor teor de adição mineral a ser utilizada em substituição parcial ao cimento Portland, em relação ao custo/benefício, nos concretos. Dessa forma, as substituições volumétricas adotadas para a produção dos concretos foram de 8% para a sílica ativa e 12% para o metacaulim em relação ao aglomerante CP V - ARI. Após a escolha do melhor teor de substituição para cada aglomerante foram determinadas, a partir das curvas de dosagem de cada aglomerante e substituição, as relações a/aglomerante para os Fc28 de 40MPa, 45MPa, 50MPa e 55MPa. Foram utilizados dois tipos de cura, cura adiabática e câmara úmida e, a posteriori às curas, foram calculados indicadores para medir a influência do tipo do aglomerante e da resistência na elevação da temperatura adiabática do concreto sendo eles: °C/MPa e °C/100Kg de aglomerante. Os resultados mostraram que o aglomerante que apresentou maior valor para ambos os parâmetros foi o CP V ARI, e o menor valor foi apresentado para os concretos produzidos com o aglomerante CP III RS. Concluiu-se que, em uma mesma resistência, o aglomerante CP III - RS tem uma menor liberação de temperatura do que o concreto produzido com os demais aglomerantes. Os resultados de resistência à compressão mostraram que o tipo de cura não influenciou na resistência final dos concretos. Juntamente com os concretos, foram produzidas pastas com mesmas relações a/aglomerantes e mesma substituição dos concretos para serem curadas em regime adiabático e em câmara úmida. Após a cura durante 28 dias, as pastas foram ensaiadas por TG. Os resultados demonstraram que a cura não influenciou no teor de hidratos formados para a idade de 28 dias. Por fim, foi realizada uma análise econômica para indicar qual aglomerante possui melhor relação ao custo/benefício para a construção de um bloco de fundação. O resultado encontrado para a resistência de 40 MPa, é que o aglomerante CP V - ARI teve o menor valor. Já para a resistência de 55 MPa, o aglomerante CP III - RS resultou em menor valor.Abstract : The present study evaluated the influence of different types of mineral additions instead of Portland cement in adiabatic temperature increase of mass concrete. The binders and additions used were the CP V-ARI, metakaolin, Silica fume and CP III-RS. Tests were carried out in concrete, mortar and paste. The mortar tests were conducted for construction of dosages and curves to determine the best mineral addition content to be used in partial replacement to Portland cement, in relation to the cost/benefit ratio in concrete. Thus, the volumetric adopted substitutions for the production of concretes were 8% Silica fume and metakaolin 12% in relation to the binder CP V-ARI. After choosing the best content for each binding agent were determined from the dosing curves of each binder and replacement, the relations/Binder for the Fc28 de 40MPa, 45MPa, 50MPa e 55MPa. We used two types of healing, healing and damp Chamber, and adiabatic retrospectively to cures were established variables to measure the influence of type of binder and resistance in the adiabatic temperature rise of concrete:° C/MPa and° C/100 kg of binder. The results showed that the binder that presented greater value for both parameters was CP V ARI , and the lowest value was submitted for the concretes produced with the binder CP III RS. It was concluded that, in the same resistance, the binder CP III-RS has a lower temperature than release the concrete produced with others binders. The results of compressive strength showed that the cure did not influence the final resistance of the concretes. Along with the concretes, were produced with the same relations folders/binders and same concrete replacement to be healed adiabatically and the incubation Chamber. After curing for 28 days the folders have been tested by TG, the results showed that the cure did not influence the hydrates formed for age 28 days. Finally, an economic analysis to indicate which Binder has better cost/benefit ratio for the construction of a foundation block. The result found for the 40 MPa strength is that the CP V - ARI binder had the lowest value. For the resistance of 55 MPa, the binder CP III - RS resulted in a lower value