Doctoral Thesis for PhD degree in Civil Engineering.Ultra-high performance concrete (UHPC) is a promising type of self-compacting
steel fiber-reinforced concrete, which exhibits extraordinary performances in its
fresh and hardened states. It not only demonstrates ultra-high strength in compression,
but also exhibits ultra-high durability characteristics. Since sustainability-related issues
have become major priorities in the world ahead in recent years, therefore, a special
attention to any product and service, particularly those used with an increasing pace
and embrace considerable carbon footprint and substantial economic impacts, such as
UHPC with high content of cement and silica fume, would be of great significance.
In this scope, this research aimed to develop an eco-efficient type of UHPC as an
innovative and high-tech material through partially substitution of cement and
silica fume by other pozzolanic industrial-waste materials. Response surface
methodology (RSM), as a statistical mixture design tool, was applied in order to create
a scientific basis for developing the optimum composition with higher environmental
and economic efficiency. The performance of the optimum composition, nominated as
eco-efficient UHPC (EEUHPC), was evaluated through standard test methods in its
fresh and hardened states. Furthermore, an effective low-energy mixing procedure, with
the aim of improved flowability, was introduced.
Finally, the autogenic self-healing ability of the material was studied as an important
issue regarding the life cycle of the material and its capacity for structural recovery.
The tests were carried out in short and long-term life of the material. Effect of different
crack widths on self-healing capacity of cracked specimens was investigated as well as
influence of steel fibers on energy absorption of samples in post-cracking stage.O betão de ultra elevado desempenho (BUED) é um tipo de betão autocompactável
reforçado com fibras bastante promissor e que é dotado de um desempenho
extraordinário tanto no estado fresco como no estado endurecido. Este tipo de betão não só
apresenta ultra elevada resistência à compressão como, também, é caracterizado por ultra
elevada durabilidade. Nos últimos anos as questões relacionadas com a sustentabilidade
passaram a ser consideradas prioritárias em todo o mundo. Portanto, passou a ser de importância
acrescida garantir especial atenção a qualquer produto ou serviço, em particular os de utilização
crescente compreendendo uma considerável da pegada de carbono e impacto económico
substancial, tal como o BUED, fabricado geralmente com um teor de cimento e sílica de fumo
elevados.
Neste âmbito, este trabalho teve como objetivo desenvolver um material inovador e de alta
tecnologia, um BUED eco-eficiente, produzido com recurso à substituição parcial de cimento
e sílica de fumo por subprodutos industriais com características pozolânicas. A definição das
composições foi efetuada recorrendo à metodologia de superfície de resposta (MSR), uma
ferramenta estatística que permitiu determinar, com base científica, as composições ótimas,
com maior eficiência ambiental e económica. O desempenho da composição ótima, designada
BUED eco-eficiente (BUEDEE), foi avaliado por intermédio de ensaios laboratoriais,
realizados tanto no estado fresco como no estado endurecido. Além disso, foi também
desenvolvido um processo de mistura eficaz e de baixa energia, concebido com o objetivo de
melhorar a fluidez.
Finalmente, a capacidade de autorreparação autogénea do material foi estudada como uma
questão importante relacionada com o ciclo de vida do material e com a sua capacidade de
recuperação estrutural. Os testes foram realizados tanto em idades iniciais como a longo prazo.
O efeito da abertura de fenda na capacidade de autorreparação dos provetes fendilhados foi
avaliado, assim como a influência da presença das fibras metálicas na capacidade de absorção
de energia de provetes em estado pós-fendilhado
