Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FranciscoASJ_TESE.pdf: 8792658 bytes, checksum: 82015e9b1bc788b7c608317086cdc276 (MD5) Previous issue date: 2014-05-30 / Researches have shown that the introduction of rubber in concrete improves the features of its deformability, as well as contributes to environmental disposal of waste generated in the tire retreading process. Furthermore, there is a high availability of limestone within RN and CE country. Ignorance about this stone, does not allow its wide use as aggregate, leaving, this abundant supply idle. A composite of limestone gravel, with proportions of tire rubber waste which could be used as concrete would be an alternative to concrete for low applications. Therefore, this research aims to evaluate the characteristics of concrete containing limestone gravel and proportions of little aggregate replacement (sand) by tire rubber waste. To this goal, the material components of the concrete were characterized, concrete specimens with limestone gravel were made, from the dash 1.0: 2.5: 3.5, varying the water/cement ratio, and inserting a commercial plasticizer, without a proportion of residue, known as reference. From this, concrete with and without the presence of the additive in the same proportions were chosen, as well as these with the use of granite gravel, for being the most used. Selected the references, to these, replacements of little aggregate (sand) were added replaced by rubber waste from the tire retreading process, treated with 1M NaOH in proportions from 5.0 to 20.0 % by mass, cured and exposed to the semiarid environment. The results indicate the possibility of using limestone gravel in the concrete composition with workability correction using plasticizer. There was a decrease in the mechanical properties of the concrete with increments of waste rubber, but there is an improvement in toughness and deformability of the composite, which makes it interesting for the construction of non-structural concrete floors, as well as, the rubber waste delayed the hardening process, continuing to gain resistance after 28 days / Pesquisas t?m mostrado que a introdu??o de borracha no concreto melhoram as caracter?sticas de deformabilidade deste, assim como, contribuem para destina??o ambiental de res?duos gerados no processo de recauchutagem de pneus. Somado a isto, existe uma alta disponibilidade de rocha calc?ria no interior do RN e do CE. O n?o conhecimento desta pedra, n?o possibilita sua ampla utiliza??o como agregado, deixando, esta farta oferta ociosa. Um comp?sito de brita do tipo calc?ria, com propor??es de res?duo de borracha de pneu que pudesse ser utilizado como concreto seria uma alternativa para concretos destinados a baixas solicita??es. Logo, este trabalho possui como objetivo a avalia??o das carater?sticas de concretos contendo brita calc?ria e propor??es de substitui??o do agregado mi?do (areia) por res?duo de borracha de pneus. Para tanto, caracterizou-se os materiais componentes do concreto, confeccionou-se corpos de prova de concretos com brita calc?ria, a partir do tra?o 1,0: 2,5: 3,5, variando-se a rela??o ?gua/cimento, e inserindo-se um plastificante comercial, sem a propor??o de res?duo, chamados de refer?ncia. A partir deste, foram escolhidos nas mesmas propor??es concretos com e sem a presen?a do aditivo, assim como, estes com a utiliza??o da brita gran?tica, por ser a mais utilizada. Escolhidas as refer?ncias, a estas foram acrescidas substitui??es de parte do agregado mi?do (areia) por res?duo de borracha de pneu proveniente do processo de recauchutagem, tratados com NaOH 1 M, nas propor??es de 5,0 a 20,0 % em massa, curados e expostos ao ambiente semi?rido. Os resultados indicam a possibilidade de utiliza??o da brita calc?ria na composi??o do concreto com corre??o da trabalhabilidade utilizando-se plastificante. Observou-se uma diminui??o nas propriedades mec?nicas dos concretos com incrementos de res?duo de borracha, por?m existe uma melhora de tenacidade, e deformabilidade do comp?sito, o que o torna interessante para a constru??o de pisos de concretos n?o estruturais, assim como, o res?duo retardou o processo de endurecimento, continuando o concreto a ganhar resist?ncia, ap?s os 28 dias

[pt] A busca por materiais alternativos que possam substituir as fibras de amianto, compondo o fibro-cimento, tem-se tornado objeto de estudos recorrentes. As fibras vegetais surgem como opção econômica, salubre e ecologicamente adequada. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento da adição da fibra de curauá em compósitos cimentícios, visando substituir o amianto. Essa fibra mineral é bastante conhecida pelos danos que provoca à saúde humana, já tendo sido banida em muitos países industrializados. Desde 1979, o Grupo de Pesquisas em Materiais não Convencionais da PUC-Rio tem desenvolvido trabalhos sobre a aplicação das fibras vegetais, disponíveis em abundância no Brasil, na fabricação de componentes para a construção civil, visando, principalmente, a produção de habitação popular. A fibra de curauá é de uso popular, na região conhecida como Baixo- Amazonas, oeste do Estado do Pará, na manufatura de cordas, cestas e tapetes, já existindo os primeiros plantios em escala comercial. Pouco conhecida nas demais regiões do país, a fibra de curauá ainda carece de estudos específicos sobre suas propriedades físicas, químicas e mecânicas, que possibilitem sua aplicação segura em compósitos para a construção civil. Nesse trabalho, foram estudadas as propriedades físicas, mecânicas e microestruturas das fibras de curauá, bem como de compósitos cimentícios que as tiveram como reforço. Buscou-se comparar o desempenho das fibras de curauá e de seus compósitos, com as fibras e compósitos de amianto e de outras fibras vegetais, tais como sisal, coco e juta. Os dados das fibras de sisal e coco, tomados para efeito de comparação, foram oriundos de trabalhos anteriores do mesmo grupo de pesquisas da PUC-Rio. Para as fibras de juta e compósitos cimentícios com reforço de juta e de sisal, foram obtidos dados através de ensaios realizados no escopo desse trabalho. Os resultados mostraram que a fibra de curauá possui características físicas e mecânicas que as habilitam à aplicação como reforço de matrizes cimentícias, principalmente quando for almejada uma maior ductilidade e capacidade de resistência após a fissuração da matriz. / [en] In recent years, there has been an intense search worldwide for an alternative material, which can substitute the asbestos fibre, a component of the asbestos cement, which has been found to be hazardous to human and animal health and has been banned already in many countries. Since 1979 the Non- conventional Materials Research Group of PUC-Rio has carried out works on the application of vegetable fibres, available in abundance in Brazil, for the fabrication of construction components, aiming mainly at the fabrication of popular housing. The curaúa fibre has been studied as it is already of popular use in the manufacturing of ropes, baskets and carpets in the region, known as Baixo Amazonas, in the state of Para, where the first plantations have been organized on a commercial scale. In this work, the physical, mechanical and micro-structural properties of the curauá fibres, as well as their application as a cimenticious matrix reinforcement, have been studied. The performance of curauá fibres and its composites was compared with other vegetable fibres, such as sisal, coconut and jute, as a substitute for asbestos fibres and its composites. The data on sisal and coconut fibres from previous works by the same research group at PUC-Rio was considered for comparison. The behaviour of jute fibres, as well as cimenticious composites, reinforced with jute and sisal fibres, have also been studied in this work. The results have shown that the curauá fibre has good physical and mechanical characteristics that make it suitable to be used as reinforcement of cimenticious matrices, with a high ductility and post-cracking resistance capacity.

[pt] O objetivo do presente estudo consistiu na obtenção, caracterização mecânica e química das fibras de bucha vegetal (Luffa cylindrica) utilizadas, e o emprego das mesmas como possível reforço de compósitos cimentícios. Inicialmente, as fibras de bucha foram encaminhadas à prensa mecânica para perder o seu formato cilíndrico, propiciando uma moldagem mais facilitada, dos posteriores compósitos. A partir daí, foram submetidas a ensaio de tração direta, dividindo-se entre filamento e tecido, difração de raios-x (DRX), espectroscopia de infravermelho (IV), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise em microscópio digital, com posterior análise em software digital. A matriz foi dosada, respeitando uma substituição parcial de 50 porcento de cimento, por materiais pozolânicos, como 40 porcento de metacaulinita e 10 porcento de cinza volante, com o objetivo de diminuir a quantidade de Hidróxido de Cálcio (HC), produto oriundo da hidratação do cimento. Também foi utilizado superplasticante na confecção da pasta, para melhorar a fluidez e assegurar que toda a área do molde fosse preenchida, além de prover o encharcamento uniforme da fibra. A caracterização química matriz se deu através do ensaio de termogravimetria (TGA), o qual foi capaz de corroborar a baixa presença de HC, propiciando a incorporação de fibras vegetais nessa matriz. As propriedades mecânicas foram avaliadas a partir de ensaio de flow tabe, de resistência à compressão e à flexão. O composto com a matriz supracitada foi confeccionado com as fibras de bucha vegetal nas direções do carregamento e posteriormente encaminhados ao ensaio de flexão de três pontos. Para agregar valor à discussão, foi fabricado um compósito sanduíche com a fibra de sisal (Agave sisalana) em conjunto com a fibra de bucha. Os compósitos cimentícios reforçados por fibra de bucha, e o compósito sanduíche apresentaram valores de resistência 33 porcento maiores, em relação aos corpos de prova moldados apenas com a matriz (sem reforço). / [en] The objective of this study was to obtain, mechanical and chemical fibre characterization of Loofah (Luffa cylindrica) used, and the use of same as possible reinforcement of cementitious composites. Initially, Loofah fibres were forwarded to the mechanical press for losing your cylindrical format, providing a more facilitated, molding of composite posterior. From there, were subjected to direct tensile test, dividing her time between filament and fabric, x-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IV), scanning electron microscopy (SEM) and microscope analysis Digital, with further analysis in digital software. The array was dosed, respecting a partial substitution of 50 per cent cement, Pozzolanic materials, such as 40 per cent metacaulinite and 10 per cent fly ash, with the goal of reducing the amount of calcium hydroxide (CH), native of cement hydration product. Superplasticizer was also used in the making of the folder, to improve the fluidity and ensure that the entire area of the mold were filled equally, in addition to providing the drenching fiber uniform. Chemical characterization through array of Thermogravimetry (TGA), which was able to corroborate the low presence of CH, resulting in the incorporation of vegetable fibers in this array. The mechanical properties were evaluated from flow tabe test, compression and flexural strenght. The compound with the above-mentioned matrix was made with Loofah fibres in the directions of loading and subsequently forwarded to the three-point flexural test. To add value to the discussion, made a sandwich composite with sisal fiber (Agave sisalana) in conjunction with the Loofah fiber. The cementitious composites reinforced by loofah fiber, and sandwich composite presented values of maximum 33 per cent larger in relation to specimens only molded array (no reinforcement), although it is not an improvement as significant as found in other synthetic or natural fibers, already studied and some in use by industry.

Hybride Oberflächenaktivierungen von Glasfaserrovings mittels Polymer/Zement-Kompositen ermöglichen eine komplette Durchdringung des Rovings mit Beton von der Matrix bis zu den innenliegenden Einzelfilamenten. Dies erlaubt einen deutlich verbesserten Lasteintrag in den gesamten Rovingquerschnitt bei der Verwendung als Faserverstärkung in textilbewehrten Betonen. Auf Grund von ausgeprägten Domänen hydratisierter Zementsteinphasen innerhalb des Rovings ergibt sich eine komplexe, multiskalige Verbundstruktur, die sich in ihren Eigenschaften deutlich von klassischen polymerbeschichteten Rovings unterscheidet. Wir diskutieren diesen Ansatz in Bezug auf Herstellung, nano-/mikroskopische Charakterisierung, sowie der mechanischen Eigenschaften der Probenkörper unter beschleunigten Alterungsbedingungen. Die mikroskopischen Untersuchungen mittels höchstauflösender Elektronenmikroskopie und Nanoindentation zielen darauf ab, die Grenzflächenanbindung, die veränderte Struktur in Abhängigkeit des verwendeten Polymers und der Additive sowie die Korrosionsmechanismen aufzuklären. / Hybrid surface modifications of glass fiber rovings with polymer/cement-composites allow the generation of extended cement phases within the roving and an activation of the innermost filaments to the surrounding concrete matrix. This enables enhanced load transfer across the full roving cross section when used as fibrous reinforcement in textile-reinforced concrete. Due to the presence of extended concrete domains within the roving, a complex multiscale composite structure develops, displaying distinctly different properties as compared to standard polymer impregnation routes. We discuss this approach in terms of production, nano/microscopic characterization of the concrete composites and mechanical properties of the resulting specimens under accelerated aging conditions. The microscopy studies using highest resolution electron microscopy and nanoindentation aim to elucidate the interface connection, the changes in morphology of the concrete as a function of the polymer and additives used, as well as shedding light on the corrosion mechanisms.

[pt] O presente trabalho propõe-se a analisar o comportamento mecânico de painéis sanduíche constituídos por duas camadas externas de compósitos cimentícios reforçados com fibras naturais, separadas por um núcleo de concreto celular autoclavado (CCA). Cada placa de material compósito foi moldada diretamente sobre a superfície de um bloco de CCA, por meio da disposição manual de três camadas unidirecionais de fibras longas de curauá. Visando prover maior durabilidade ao compósito, desenvolveu-se uma matriz com baixo teor de hidróxido de cálcio, substituindo uma parcela do cimento por materiais pozolânicos. Ensaios de caracterização da matriz, dos filamentos de curauá e dos blocos de CCA foram realizados para a obtenção de suas propriedades independentes. Os compósitos foram submetidos a ensaios de arrancamento do tecido, tração direta e flexão a quatro pontos para a avaliação de diferentes aspectos de seus mecanismos de fissuração, resistência e capacidade de deformação. Zonas de carregamento foram indicadas em cada caso para demonstrar o comportamento padrão dos compósitos. Os painéis sanduíche, por sua vez, foram analisados em termos de interface, por meio de ensaios de aderência e micrografias da superfície de transição dos materiais, e de desempenho mecânico, por ensaios de flexão a quatro pontos cíclicos e monotônicos. Esses últimos forneceram a rigidez, capacidade de carga e deflexão dos painéis sanduíche, tal como as principais propriedades de seus elementos: para o núcleo, a resistência ao cisalhamento e o módulo de cisalhamento, e para as lâminas, a resistência à compressão e à tração. Os ensaios cíclicos testaram a resistência do material a séries de carregamento-descarregamento, enquanto ensaios de aderência foram utilizados para verificar a interface entre os compósitos laminados e o núcleo de CCA. Os resultados indicaram um desempenho satisfatório dos painéis sanduíche, uma vez que os compósitos foram capazes de lhes fornecer um comportamento de strain/deflection hardening, aumentando sua resistência e tenacidade. A adesão entre lâminas-núcleo mostrou-se eficaz, de maneira que os diferentes materiais compreendidos demonstraram interação adequada entre si, bem como propriedades complementares. Dentre os objetivos desse trabalho, encontra-se o desenvolvimento de um material sustentável, leve, resistente e tenaz, de modo que constitua uma alternativa promissora e de baixo custo a aplicações de Engenharia. / [en] This present work aims to analyze the mechanical behavior of sandwich panels consisting of two outer layers of natural fiber-reinforced cementitious composites separated by a core layer of autoclaved aerated concrete (AAC). The molding of each composite layer was made directly on the surface of an AAC block, by manually arranging three layers of long unidirectional aligned curauá fibers in the mortar. In order to increase the composite durability, a matrix with a low content of calcium hydroxide was developed, where the Portland cement was partially replaced by pozzolanic materials. Characterization tests of the matrix, the curauá filaments and the AAC blocks were performed to obtain their independent properties. The composites were submitted to fabric pull-out tests, direct tensile tests and four-point bending to evaluate different aspects of their cracking mechanisms, strength and deformation capacity. Loading zones were indicated in each case to demonstrate the standard composite behavior. The sandwich panels, on the other hand, were analyzed in terms of interface, through pull-off tests and SEM images of the materials transition surface, and mechanical performance, by means of cyclic and monotonic four-point bending tests. The latter registered the rigidity, load capacity and deflection of the sandwich panels, as well as the main properties of their elements: for the core, shear strength and shear modulus, and for the skin layers, compressive strength and tensile strength. Cyclic tests evaluated the resistance of the material to loading-unloading cycles, while pull-off tests were used to verify the interface between the laminated composites and the AAC core. The results indicated a satisfactory performance of the sandwich panels, since the composite layers provided a strain/deflection hardening behavior to the material, increasing its flexural strength and toughness. The adhesion between the layers and the core proved to be effective, so that the comprised materials displayed adequate interaction between each other, as well as complementary properties. Among the objectives of this work is the development of a sustainable, lightweight, resistant and tough material, in a way that it represents a promising and low-cost alternative to Engineering applications.

<p>U disertaciji su prikazani rezultati sopstvenog eksperimentalnog istraživanja mogućnosti primjene biopepela, nastalog sagorjevanjem žetvenih ostataka, kao mineralnog dodatka u cementnim kompozitima: malterima i betonima. Istraživanje je zasnovano na komparativnoj analizi 27 vrsta maltera u kojima je varirana vrsta biopepela i vrsta sitnozrnog agregata i 12 vrsta betona koje se razlikuju u vrsti veziva i u krupnom agregatu. Na očvrslom malteru su ispitani: konzistencija, čvrstoća pri pritisku i kapilarno upijanje vode, a na očvrslom betonu ispitivani su kapilarno upijanje vode, skupljanje pri sušenju, čvrstoća pri pritisku, dinamički modul elastičnosti, otpornost na habanje, vodonepropustljivost i čvrstoća na savijanje. Istaknuto je da se primjenom biopepela kao zamjene dijela cementa mogu dobiti konstrukcijski malteri i betoni, odnosno betoni sa zadovoljavajućim fizičkim i mehaničkim karakteristikama.</p> / <p>The dissertation presents the results of an own experimental research on the possibility of using biomass ash as a mineral additive in cement composites: mortar and concrete. The research is based on a comparative analysis of 27 types of mortars in which the type of biomass ash and the type of fine-grained aggregate were varied, as well as 12 types of concrete that differ in the type of binder and coarse aggregate. Following properties were tested on hardened mortars: consistency, compressive strength and capillary water absorption, and on hardened concrete: capillary water absorption, drying shrinkage, compressive strength, dinamic modulus of elasticity, wear resistance, waterpermeability and flexural strength. It was pointed out that biomass ash can be used as a replacement of a part of cement, thereby obtaining satisfactory physical and mechanical characteristics.</p>

[pt] Os problemas à saúde acarretados pela exposição às fibras minerais do amianto (asbesto) têm motivado esforços para a substituição destas fibras nos diversos componentes que as empregam como matéria prima. Devido às propriedades físicas e mecânicas e estabilidade química do amianto, bem como sua afinidade natural com a matriz cimentícia, o cimento- amianto é um compósito com excepcionais características de resistência e durabilidade a um custo relativamente baixo. Tais características fazem da busca por um reforço alternativo ao asbesto um desafio, mobilizando indústria e pesquisadores desde a década de 70. Neste contexto, considerando sua disponibilidade e características mecânicas, as fibras celulósicas se mostram como alternativa viável, tendo sido empregadas industrialmente como reforço em fibrocimentos há mais de duas décadas. Entretanto, mesmo com a industrialização, alguns aspectos de seu comportamento, principalmente aqueles relacionados à durabilidade, são ainda foco de intensos esforços de pesquisa (no Brasil, o estudo do emprego de fibras celulósicas como alternativa ao amianto teve início em 79, com os trabalhos pioneiros realizados na PUC-Rio). Considerando os principais mecanismos causadores de degradação nos fibrocimentos, todos eles relacionados ao transporte de fluidos pela rede porosa do material, tem-se que o principal método empregado para melhoria nas características de durabilidade é a substituição parcial do cimento por aditivos com alto teor de sílica amorfa finamente moídos. As melhores características assim obtidas decorrem de modificações na estrutura da matriz e, principalmente, da interface. A casca de arroz, é um resíduo agrícola produzido em grande quantidade no Brasil. Quando não empregada como combustível no próprio eneficiamento do arroz ou em outras atividades rurais, a casca de arroz é disposta sem qualquer controle, apresentando-se assim como um problema ambiental. Entretanto, se queimada em condições controladas, a casca de arroz resulta em cinza, CCA, com alto teor de sílica (80- 90 por cento) altamente amorfa, apresentando boa reatividade com o cimento. Portanto, a CCA foi empregada neste trabalho como material de substituição parcial do cimento em compósitos reforçados por polpas de bambu, buscando com isso melhorar as características relacionadas à durabilidade destes fibrocimentos. Foi observado que o emprego de até 30 por cento de CCA com baixo teor de carbono como substituição parcial do cimento resultou em um substancial decréscimo na porosidade da matriz e interface do compósito. Por conseqüência, estes compósitos apresentaram permeabilidade significativamente inferior à daqueles produzidos sem CCA. Com o emprego de CCA com alto teor de carbono (simulando a cinza obtida de queima não controlada, como a realizada no beneficiamento do arroz) é possível obter resultados semelhantes, uma vez que o compósito seja submetido à cura acelerada em autoclave. Neste caso, devem ser empregadas taxas ainda maiores de substituição parcial do cimento por CCA, com os melhores resultados observados em compósitos cujas matrizes compunham-se por 50 por cento da CCA. Além destes aspectos intimamente ligados aos principais mecanismos de degradação dos compósitos, foi observado que a CCA também favorece a aderência interfacial nos compósitos, acarretando em maior resistência mecânica. / [en] Asbestos is regarded as a hazardous material since the 60 s, motivating the efforts for the replacement of these mineral fibres in the vast range of materials in which they are applied as a raw material. Asbestos-cement was the first building material produced in large scale applying natural fibres as reinforcement in cement-based materials. Due the physical and mechanical behaviour and chemical stability of asbestos fibres, as well as their natural affinity with the cementitious matrix, asbestos-cement presents remarkable strength and durability, associated to a relative low cost. Such characteristics make the search for a suitable replacement to asbestos in fibre-cements a challenge, mobilizing industry and researchers since the early 70 s. Considering their availability and mechanical strength, cellulose fibres have proven to be a viable alternative to asbestos, being employed by the industry as reinforcement in fibre-cements for more than two decades. However, in spite of their well established production and commercialization in many parts of the world, some aspects of the cellulose-cement composites behaviour still motivates research efforts, which are mainly focused on durability aspects. The main deterioration mechanisms acting in cellulose-cement composites are all related to fluid transport within the pore network of the composites and the most applied treatment method is the partial replacement of cement by finely ground admixtures with high active silica content. The improvements in the durability aspects of composites are achieved by modifying the characteristics of the matrix and, mainly, the interfacial region. Rice husk is an agricultural residue produced in large scale in Brazil. If not applied as fuel in the rice mills or in others rural activities, the rice husk is disposed without control, resulting in an ecological problem. However, the pyrolysis of rice husk yields ash with high silica content, (80-90 percent). When burned in a proper way, this silica remains amorphous, presenting high reactivity with cement. Due to these characteristics rice husk ash, RHA, is applied in this PUC-Rio - Certificação Digital No 9924941/CA research as the treatment method in cement composites reinforced by bamboo pulp. It was observed that blended cement with up to 30 percent RHA with low carbon content resulted in a significant decrease in the porosity of the matrix and interface of the composite. As a consequence, these blended-cement composites presented water permeability expressively lower than that of the composites produced without RHA. High carbon content RHA was also applied, simulating the use of ash obtained by a non-controlled burning process. Similar results as those observed in composites with low-carbon-content RHA were achieved, once accelerated autoclave curing was applied to the composites. In this case, for better composite properties, higher RHA content must be used, with the best results being observed in composites with 50 percent RHA. Also, besides these aspects closely related to the main deterioration mechanisms of the composites, it was observed that RHA enhances the fiber-matrix interaction in the interface, improving the mechanical behaviour of the composites.

To attain a sustainable development in the field of building materials, it is necessary to consider environmental, economic, and social aspects of the industrial production. This thesis addresses the first two aspects. Both theoretical and practical research were implemented in order to study the possibility to replace the commonly used RDPs, that are being used in the dry-mix mortar industry as a primary additive, with the industrially processed elastomer waste materials, such as recycled tire rubber. The review of the scientific literature processed within the theoretical research discloses the state of the art in the field of polymer modification of the mortar products and the effect of the commonly used modifiers and elastomer fillers on the performance of mortar and concrete products. The experimental research was implemented to study the possibility of the replacement of the RDPs for the elastomer fillers. The performance of fresh and hardened mortar containing various amounts of elastomer particles was studied. The results indicate, that the partial replacement could be feasible without worsening the performance of the product.