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[en] EARLY AGE CREEP AND SHRINKAGE OF CEMENT PASTES / [pt] FLUÊNCIA E RETRAÇÃO DE PASTAS DE CIMENTO EM IDADE JOVEM14 July 2020 (has links)
[pt] O presente trabalho tem como objetivo investigar o efeito da adição de fibras dispersas de polipropileno e de curauá na fluência básica a compressão e na retração autógena e por secagem de pastas de cimento nas primeiras idades. O comprimento das fibras de polipropileno e de curauá foi de 12 mm e a fração volumétrica variou de 0,03 a 0,30 por cento da massa do cimento. As pastas de cimento tinham relação água/cimento de 0,44. A retração autógena foi estudada pelo método do tubo corrugado, acompanhando a variação do comprimento desde as primeiras horas. A avaliação da retração por secagem livre se deu por meio da medição da variação de comprimento de primas durante os primeiros dias de idade. Utilizou-se o método do teste do anel para observação do comportamento das pastas sob retração restrita no intuito de se obter a idade de fissuração de cada pasta. A abertura dessas fissuras também foi acompanhada com auxílio de um microscópio. Testes de fluência a compressão foram realizados para determinar a deformação por fluência em idade jovem. Foi observada uma redução significativa da retração autógena nas pastas reforçadas com 0,30 por cento fibras de curauá. A adição de ambas as fibras reduziu ligeiramente a retração por secagem livre, não tendo diferença significativa entre os teores de fibras. Também foi observado atraso no desenvolvimento de fissuras e redução na abertura de fissuras para ambas as fibras independente do teor. As pastas com adição de fibras exibiram, no geral, uma ligeira melhora na deformação por fluência. / [en] The present research aims to investigate the effect of the addition of discrete polypropylene and curauá fibers on the early age autogenous and drying shrinkage and basic creep in compression in cement pastes. The length of the polypropylene and curauá fibers was 12 mm and the volume fraction varied from 0.03 to 0.30 percent of the mass content of cement. The cement pastes had water to cement ratio (w/c) of 0.44. Autogenous shrinkage tests were carried out following the Corrugated Tube Method, monitoring the length changes since casting. The evaluation of free drying shrinkage was given by measuring the length changes during the first days of age. The ring test method was used to determine the age when cracking occurred. The crack opening of the samples was also monitored by a microscope. Compressive creep tests were performed with cylindrical specimens to determine the early age creep strain. A significant reduction of the autogenous shrinkage was observed in the specimens with 0.30 perent of curauá fibers. The addition of both fibers slightly reduced the free drying shrinkage of the specimens and the fiber content did not appear to influence significantly the shrinkage behavior of the specimens. A delay in the development of cracks and a reduction in crack opening for specimens with both fibers were also observed. This behavior was similar for all fiber content. Pastes reinforced with fibers exhibited, overall, a slight improvement in creep strain. The addition of 0.30 percent of polypropylene fibers showed greater improvement in creep strain.
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[en] SHRINKAGE, CREEP AND FRACTURE OF CEMENTITIOUS COMPOSITES REINFORCED WITH BAMBOO PULP / [pt] RETRAÇÃO, FLUÊNCIA E FRATURA EM COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS REFORÇADOS COM POLPA DE BAMBUANGELA TERESA COSTA SALES 12 July 2006 (has links)
[pt] A aplicação de compósitos cimentícios usando fibras
vegetais, em
substituição a fibras de asbestos, é uma realidade em
indústrias de fibrocimento
em vários países do mundo, pois, apesar das boas
propriedades mecânicas e
durabilidade, a utilização de asbestos acarreta problemas
de insalubridade. Fibras
vegetais, pela disponibilidade e adequação à preservação
ambiental, apresentam
vantagens sobre fibras sintéticas. O bambu é excelente
fornecedor de fibras, pelo
rápido crescimento, baixo custo e qualidade das fibras.
Usando-se a polpa do
vegetal, pode-se inserir maiores teores de fibras que,
distribuídas aleatoriamente,
conferem características isotrópicas ao compósito. Estudos
são realizados, visando
melhorar o desempenho dos compósitos com fibras vegetais.
Retração e fluência
se constituem em formas de deformação ao longo do tempo
que podem
comprometer o desempenho e reduzir a durabilidade do
material. Tratando-se de
materiais heterogêneos e sujeitos à presença de falhas, em
diversos níveis, a
aplicação da mecânica da fratura pode tornar-se valiosa
ferramenta para projeto e
controle da integridade desses compósitos, sendo a
inibição da iniciação e
propagação de trincas uma das principais funções do
reforço de fibras curtas. Esse
trabalho buscou analisar o comportamento de compósitos
cimentícios reforçados
com polpa de bambu, quanto à retração e à fluência, e
obter parâmetros que
descrevessem seu modo de fratura. Enquanto a capacidade de
sofrer retração
plástica foi reduzida, a retração livre na secagem cresceu
com o aumento do teor
de polpa de bambu no compósito, chegando a 40% de
incremento para 14% de
polpa, após um ano. Sob retração restringida, resultados
mostraram melhor
desempenho dos compósitos com fibras, pela ausência de
fissuras detectáveis por
fissurômetro, em relação à matriz sem reforço, que
apresentou fissura em torno de
4 horas de exposição à secagem. Estudo da reversibilidade
da retração mostrou
que para os compósitos predominam as deformações de
contração. Houve
aumento da fluência sob compressão simples, com a inserção
do reforço fibroso
na mistura. Na fluência sob flexão, houve aumento da
fluência específica na face comprimida com o aumento do
teor de polpa na mistura. A fluência específica sob
tração na flexão resultou maior para a matriz sem reforço
do que para os
compósitos com polpa de bambu. No estudo sobre mecânica da
fratura, os corposde-
prova entalhados de compósito com polpa apresentaram
melhoria considerável
no comportamento à flexão em relação à matriz sem reforço.
Os compósitos com
polpa mostraram-se menos sensíveis ao entalhe, com o
incremento do teor de
reforço fibroso. Observou-se considerável amolecimento
(softening) precedendo a
ruptura devido à propagação da trinca, nos compósitos. As
curvas de resistência
(curvas-R) permitiram identificar os valores de KIR que,
nos compósitos, mostrou
manter certa constância, com o aumento do comprimento da
trinca. Nesse platô da
curva, os valores médios para KIR foram de 1,88 MPa.m1/2 e
1,84 MPa.m1/2,
respectivamente, para compósitos com 8% e 14% de polpa de
bambu. Nos
compósitos, os perfis dos caminhos trilhados pelas trincas
no crescimento foram
tortuosos, sendo o mecanismo de fratura mais intensamente
dominado pela
presença do entalhe inicial na matriz sem reforço que nos
compósitos. / [en] The application of cimentitious composites using vegetal
fibers in substitution of
asbestos is a worldwide fact in the fiber cement industry.
Despite their good
mechanical properties and durability, the use of asbestos
fibers causes well-known
health hazards. Although vegetal fibers have relatively
poor mechanical properties
compared with synthetic fibers, they have other advantages
such as low cost and
low energy demand during manufacture. Bamboo is an
excellent fiber supplier,
due to its fast growth and the quality of its fibers.
Using vegetal pulp it is possible
to insert considerable amounts of fiber in a cement
matrix, which randomly
distributed confer isotropic characteristics to the
composite. Studies are carried
out aiming to improve the performance of composites with
vegetal fibers.
Shrinkage and creep are sorts of time depending
deformation that may
significantly reduce the durability and performance of the
cement based
composite. Cementitious composites are essentially
heterogeneous materials
subject to the presence of flaws at different levels due
to the presence of many
internal microcraks in the material prior to loading.
Therefore, the application of
fracture mechanics could become a suitable tool for the
design and control of the
integrity of these composites, since the inhibition of
crack initiation and
propagation is one of the main functions of the short
fiber reinforcement. This
work sought to analyze the behavior of cimentitious
composites reinforced with
bamboo pulp under shrinkage and creep and to provide
sufficient fracture
parameters to describe the failure mode of the material.
The results show that,
whereas the plastic shrinkage reduces, the free drying
shrinkage increases
proportionally to bamboo pulp content in the composite,
reaching a 40%
increment for a 14% pulp content, after one year. Under
restrained shrinkage, the
composite with bamboo pulp presents better performance
than unreinforced
matrix. Namely, under same boundary conditions, while the
unreinforced matrix
presents cracks after about four hours, the composites
present no cracks visible through a 10x magnifying glass,
even after forty five days of drying. Study of the
shrinkage reversibility of the composite showed that there
is contraction
deformation prevalence. Under simple compression, the
creep capacity of the
bamboo pulp composites increases proportionally with the
fiber content. Under
bending stress, there was an increase of the specific
creep in the compressed face
of the specimen, as the pulp content of the mixture
increases. The specific creep
under bending tension for the tensile face was greater for
the unreinforced matrix
than in the bamboo pulp composites. As revealed through
the assessment of
fracture behavior of composites with bamboo pulp, notched
specimens presented a
considerable improvement in bending behavior when compared
to the
unreinforced matrix. The composites with pulp became less
sensible to the notch
with the increment of pulp content. In the bamboo pulp
composites, considerable
softening was observed in the load-displacement curve, as
load gradually
decreases after the peak load and before the rupture due
to crack propagation.
Using resistance curves (R-curves) it was possible to
identify the KIR values that,
for the composites, kept certain constancy as the crack
length increased. At this
plateau of the curve, the average values for KIR reached
1,88 MPa.m1/2 and 1,84
MPa.m1/2 for composites with bamboo pulp content of 8% and
14% respectively.
In the composites, crack profiles and crack surfaces were
tortuous, while in the
unreinforced matrix the fracture mechanisms were more
intensely dominated by
the presence of the initial notch.
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[pt] A INFLUÊNCIA DE MICRO E NANOFIBRAS DE CELULOSE EM PROPRIEDADES QUÍMICAS, FÍSICAS E MECÂNICAS DE PASTAS DE CIMENTO / [en] THE EFFECT OF MICRO AND NANO CELLULOSE FIBERS ON THE CHEMICAL, PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF CEMENT PASTESLETICIA OLIVEIRA DE SOUZA 06 February 2023 (has links)
[pt] A busca por materiais que não impactem negativamente o meio
ambiente tem sido uma das prioridades de engenheiros que trabalham com
materiais de construção. A emissão expressiva de CO2 na produção de
cimento contribui para tal preocupação. Dentro deste cenário, soluções com
emprego de nanotecnologia vêm chamando a atenção em diversas áreas por
proporcionar novas soluções. O principal objetivo da presente tese é
associar um material proveniente de uma fonte natural com benefícios
provenientes da nanotecnologia a fim de modificar propriedades de pastas
de cimento considerando seus aspectos químicos, físicos e mecânicos. A
nanocelulose se apresenta como material proveniente de fonte renovável que
apresenta propriedades atraentes aos materiais cimentícios, sendo assim uma
opção a ser utilizada em conjunto com o cimento. Dentre os diversos tipos
disponíveis, a celulose nanofibrilada (CNF) foi elencada para ser
investigada neste trabalho. A celulose microcristalina (CMM) foi incluída
nas investigações para possibilitar uma comparação direta entre as fibrilas
da CNF e as partículas de CMM. O uso desses materiais celulósicos pode
ser considerado recente e, com isso, existem ainda lacunas no que tange o
entendimento dos seus efeitos em materiais cimentícios. Assim, a
viabilidade da CNF e da CMM enquanto reforços em pastas de cimento foi
avaliada por meio de ensaios de compressão e flexão. Os possíveis
mecanismos responsáveis pelo efeito de ambas CMM e CNF foram
estudados por meio de análises químicas e físicas. Por fim, foi realizada a
caracterização das pastas reforçadas quanto à retração, total e autógena, e à
reologia, nos regimes estático e dinâmico. Por conta dos impactos na trabalhabilidade promovidos pela inclusão de CNF, a mistura delas nas
pastas de cimento foi facilitada com a adição de superplastificante,
especialmente em porcentagens maiores que 0.050 por cento, em peso. A CMM e a
CNF se mostraram eficazes em reforçar as pastas de cimento quanto a
esforços de flexão e tração, levando ao aumento das respectivas resistências
e módulos. Os resultados obtidos mostraram que a água presente no gel da
CNF não está totalmente disponível como água de mistura por conta da
morfologia e hidroficilidade das fibrilas. Observada uma certa combinação
de porcentagem e fator água-cimento, a inclusão de CNF diminuiu a
retração autógena das pastas. A inclusão de 0,040 por cento de NFC levou a
resultados semelhantes aos da adição de CMM referente ao aumento da
tensão de escoamento e da viscosidade. / [en] The seek for low environmental impact materials has become one of
the priorities of construction building materials engineers. One of the
reasons is the massive growing contribution of cement production industry
in worldwide CO2 emissions. In this scenario, the dissemination of
nanotechnology into varied areas is drawing attention for enabling new
possibilities. The idea of the present thesis is to associate a material
provided from a natural source with the potential benefits of
nanotechnology to modify conventional cement pastes regarding their
chemical, physical and mechanical aspects. Nanocellulose arises as an
alternative that meets an eco-friendly source with remarkably properties
expected from nanomaterials. There are different types of nano cellulosic
materials that may be tailored to achieve desired compatibilities with varied
cementitious materials. In this work, nanofibrillated cellulose (NFC) in the
form of gel, and microcrystalline cellulose (MCC) particles were
investigated, so a comparison could be traced between them. The use of
both NFC and MCC in cementitious materials is recent and there are
important gaps regarding their effect. For that reason, the feasibility of MCC
and NFC to act as reinforcement on cement pastes was evaluated through
compressive and flexural tests. Then, the possible mechanisms behind the
effect of MCC and NFC on the microstructure of cement pastes were
investigated through distinct chemical and physical analyses. Moreover, the
total and autogenous shrinkage were characterized, as well as the dynamic
and static rheological behaviors. Due to rheological modifications, the
mixture of cement pastes with NFC was facilitated by a superplasticizer, especially for percentages higher than 0.050 percent wt. The MCC and NFC
promoted the reinforcement of the cement pastes, regarding flexural and
tensile stresses, increasing the composite strength and modulus. It was
observed that he water present in the NFC gel is not totally available as
mixing water due to the morphology and hydrophilicity of the fibrils. If
associating certain levels of inclusions and water ratio, the NFC inclusion
led to a decrease in autogenous shrinkage. The addition of 0.040 percent of NFC
resulted in similar outcomes to 1.000 percent of MCC regarding their ability to
increase yield stress and viscosity.
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[en] THE USE OF ARTIFICIAL INTELLIGENT FOR PREDICTING CONCRETE DRYING SHRINKAGE / [pt] USO DA INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL PARA PREDIÇÃO DA RETRAÇÃO POR SECAGEM DO CONCRETODIOGO FARIA DE SOUSA 24 January 2024 (has links)
[pt] Devido a variações volumétricas do concreto, a compreensão dos mecanismos da retração tornou-se ponto importante para redução de fissuras e, consequentemente, da penetração de agentes agressivos. Apesar do aumento do número de estudos experimentais de retração por secagem e autógena ainda é necessário o desenvolvimento de novos modelos analíticos e numéricos para a predição da retração apoiando assim o projeto de estruturas de concreto. Este estudo propôs um modelo de redes neurais artificiais para a predição da retração por secagem do concreto. Um banco de dados nacionais contendo 689 leituras de retração por secagem em mais de 90 dosagens diferentes de concreto convencional foi construído, de acordo com a NBR 16834. O modelo teve como dados de entrada para a predição da retração o consumo e tipo de cimento, aditivo retardador e plastificante, compensador de retração, relação água/cimento e idade do concreto. O modelo apresentou coeficientes de determinação (R²) para dados de treino e teste acima de 0,998 e 0,906, respectivamente, comprovando que o modelo é uma importante ferramenta para a predição da retração por secagem para tomadas de decisão durante os estudos iniciais na fase de projeto e dosagem do concreto. / [en] Due to volume change effects of concrete, understanding the mechanisms of shrinkage has become an important point for reducing cracks and, consequently, the penetration of deleterious agents into concrete structures. Despite the increase in experimental studies on concrete drying and autogenous shrinkage there is still a need to develop new analytical and numerical methods to predict shrinkage supporting the design of concrete structures. This study proposed an Artificial Neural Network (ANN) model to predict the concrete drying shrinkage. A national database containing 689 experimental shrinkage data records, in more than 90 different mixtures of conventional concrete was constructed, in accordance with NBR 16834. The model had as input data for predicting shrinkage the consumption and type of cement, retarding and plasticizer additive, shrinkage compensator, water/cement ratio and age of concrete. The model presented coefficients of determination(R²) for training and test data above 0,998 and 0,906, proving that the model is an important tool for predicting drying shrinkage for decision making during the initial study in the design phase and concrete mix design.
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