Orientadores: Itamar Ferreira, Vitor Antonio Ducatti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T09:07:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PompeuNeto_BernardoBorges_D.pdf: 11029694 bytes, checksum: ca41ccc67517e5d7b47d00507d3aaa15 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Este trabalho expõe os resultados de um estudo conduzido para avaliar os efeitos do tipo, tamanho e consumo de agregado graúdo no comportamento do concreto de moderada e de alta resistência, e as relações entre a resistência à compressão, resistência à tração, resistência à flexão e a energia de fratura. As misturas de concreto estudadas continham agregados britados de basalto e de granito com dimensões máximas características de 9,5 mm e 19 mm e fração volumétrica no traço entre 0,65 e 0,75. A relação águalaglomerantes variou de 0,35 a 0,50. Nas misturas de alta resistência foi empregado um teor fixo de sílica ativa de dez porcento da massa do cimento de alta resistência inicial e teores adequados de aditivo superplastificante. Foram feitas dezesseis (16) misturas e realizados cento e noventa e dois ensaios mecânicos para medir a resistência à compressão, a resistência à flexão, resistência à tração, módulo de elasticidade e energia de fratura. As propriedades de fratura foram determinadas de acordo com Comitê Técnico 89-FMT e FMC-50 da RILEM. A resistência à compressão do concreto de acordo com os materiais empregados foi de 40 a 60 MPa para os concretos de resistência média e de 70 a 110 MPa, para os concretos de alta resistência. Os resultados mostram que a resistência. à compressão, tração, flexão e a energia de fratura do concreto para uma dada relação águaJaglomerante depende do tipo, dimensões e teor de agregado. Para o concreto de alta resistência o comprimento característico do concreto aumenta com o tamanho do agregado graúdo / Abstract: This thesis presents the results of the experimental study carried out for considering the effects of the type, size and amount of coarse aggregate on the behavior of nonnal and high strength concretes, and on relationship among the fracture energy and typical mechanical strength of concrete. The experimental concrete mixtures were made with basalt and granite coarse aggregates having maximum size partic1e 9.5 mm e 19 mm and volumetrically fraction in the mixture ranging from 0.65 to 0.75. The water to cementation materiaIs ratio ranged from 0.35 to 0.50. The high strength concrete mixtures contained a tixed amount of 10 percent of si1ica fume in relation to the weight Portland cement used and a proper addition of superplasticizing agent. Sixteen (16) concrete batching, and one hundred and ninety two tests were carried out to measure the mechanical resistance of concrete (compressive strength, flexure strength, spittling tensile strength, modulus of elasticity) and fracture energy. The fracture properties measured in agreement of the RILEM test methods. The concrete compressive strength ranged from 40 to 60 MPa, and from 70 to 110 MPa, for moderate and hi~ strength concretes, respectively, depending on the type of coarse aggregate utilized. The results showed that the concrete resistance (compressive, flexure, spittling tensile) and fracture energy, at given water to binder ratio, depend on type, particle dimension and content of coarse aggregate. The characteristic length of Hillerborg's tictitions cracks model increases with the variation in the partic1e dimension of coarse aggregate / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

This study investigates the use of polyvinyl chloride (PVC) as a partial substitute of natural aggregates in concrete as fine and coarse aggregates. Concrete was prepared by replacing natural aggregates with equal volume of grinded PVC, with volume replacement ratio as 10%, 50% for fine and then 10% and 50% for coarse aggregates. Experiments were performed to investigate the wet density, workability (measured by slump test), compressive strength, elastic modulus, and water absorption of concrete. After checking the particle distribution (sieve analysis), wet density, workability, and compressive strength, since compressive strength of coarse PVC concrete was much less than that of the reference concrete it was decided to continue the investigation using only the fine partial replacements. The results showed that the wet density of concrete gradually decreased with the increase of PVC content, and workability increased with the increase of PVC. Compressive strength decreased by 13 to 20% for fine PVC and 25 to 31% for coarse PVC concrete, as PVC content increased. Also, it was realized that with the increase of PVC content, elastic modulus decreased by 8.7% for 10% fine PVC while 30% for 50% coarse PVC concrete, and water absorption decreased by 27% for 10% fine PVC concrete and 36% for the 50% fine PVC. It is not advisable to replace aggregates with PVC for achieving reference strength of 40 MPa with water to cement ratio. After studying many probabilities of using the PVC aggregates, it was decided to work on the possible maximum and minimum percentages of substitution, where it was chosen to be 10 and 50%.

Esse trabalho tem como objetivo estabelecer um método simples de ensaio que permita determinar a resistência à tração e módulo elástico de partículas individuais de agregados graúdos naturais submetidas à carga de compressão. O método de ensaio foi desenvolvido baseado no ensaio de carga pontual (Point Load Test) que permite obter a resistência à tração de partículas. Para a determinação do módulo de elasticidade foi acoplado ao método um LVDT e foi satisfeita a condição para aplicação da teoria de contato de Hertz (contato curvo-plano entre as partículas e as fixações de aplicação da carga). Inicialmente a metodologia foi avaliada utilizando como material de referência partículas de vidro (com geometrias similares aos agregados). Após a validação no vidro, o método de ensaio foi aplicado em agregados graúdos de granito. Propôs-se um método de seleção de partículas com base na sua distribuição de frequência de absorção, com o intuito de reduzir a quantidade de partículas testadas mecanicamente necessárias para obter a distribuição de Weibull da resistência à tração (e módulo de elasticidade). Para tanto, foi feita a determinação da absorção de água individual de centenas de partículas selecionadas por amostragem a esmo da população de agregados. Com base nos resultados, foi possível determinar a distribuição de Weibull da resistência à tração e módulo de elasticidade das partículas. Observou-se que as resistências à tração variaram de 3 a 15 MPa. Os agregados possuíam aproximadamente 10% da população de partículas com resistência à tração inferior a 5 MPa, o que pode influenciar as classes de resistência à compressão de concretos >50MPa. Os módulos elásticos dos agregados também foram variáveis (18-67 GPa) e aproximadamente 10% da população de partículas com módulo elástico <30 GPa. Isso pode limitar o módulo de elasticidade do concreto (que geralmente é em torno de 27 GPa), dependendo do processo de escolha dos agregados. As funções exponenciais inversas fundamentais entre essas propriedades mecânicas e a porosidade foram confirmadas (para valores médios). / The aim of this work is to establish a simple test method to determine the tensile strength and elastic modulus of individual natural aggregate particles subjected to a compression load. The test method was developed based on the Point Load Test, that allows to obtain the tensile strength of particles. For the determination of the elastic modulus, an LVDT was coupled to the method and the condition for application of Hertz contact theory (curved-plane contact between the particles and the load application fixations) was satisfied. Initially, the method was evaluated using glass particles as reference (with geometries similar to aggregates). After validation on the glass, the test method was applied to coarse granite aggregates. A method of particle selection was proposed based on its absorption frequency distribution, in order to reduce the amount of mechanically tested particles required to obtain the Weibull distribution of tensile strength (and elastic modulus). For this purpose, the determination of the individual water absorption of hundreds of particles selected by random sampling of the population of aggregates was made. Based on the results, it was possible to determine the Weibull distribution of the tensile strength and elastic modulus of the particles. The tensile strengths ranged from 3 to 15 MPa. The aggregates had approximately 10% of the particles population with tensile strength less than 5 MPa, which may influence the classes of concrete with compressive strength > 50MPa. The elastic modulus of the aggregates was also variable (18-67 GPa), with approximately 10% of the particle population with elastic modulus <30 GPa. This may limit the elastic modulus of the concrete (usually around 27 GPa) depending on how the aggregates are selected. The fundamental inverse exponential functions between these mechanical properties and the porosity were confirmed (for mean values).

Esse trabalho tem como objetivo estabelecer um método simples de ensaio que permita determinar a resistência à tração e módulo elástico de partículas individuais de agregados graúdos naturais submetidas à carga de compressão. O método de ensaio foi desenvolvido baseado no ensaio de carga pontual (Point Load Test) que permite obter a resistência à tração de partículas. Para a determinação do módulo de elasticidade foi acoplado ao método um LVDT e foi satisfeita a condição para aplicação da teoria de contato de Hertz (contato curvo-plano entre as partículas e as fixações de aplicação da carga). Inicialmente a metodologia foi avaliada utilizando como material de referência partículas de vidro (com geometrias similares aos agregados). Após a validação no vidro, o método de ensaio foi aplicado em agregados graúdos de granito. Propôs-se um método de seleção de partículas com base na sua distribuição de frequência de absorção, com o intuito de reduzir a quantidade de partículas testadas mecanicamente necessárias para obter a distribuição de Weibull da resistência à tração (e módulo de elasticidade). Para tanto, foi feita a determinação da absorção de água individual de centenas de partículas selecionadas por amostragem a esmo da população de agregados. Com base nos resultados, foi possível determinar a distribuição de Weibull da resistência à tração e módulo de elasticidade das partículas. Observou-se que as resistências à tração variaram de 3 a 15 MPa. Os agregados possuíam aproximadamente 10% da população de partículas com resistência à tração inferior a 5 MPa, o que pode influenciar as classes de resistência à compressão de concretos >50MPa. Os módulos elásticos dos agregados também foram variáveis (18-67 GPa) e aproximadamente 10% da população de partículas com módulo elástico <30 GPa. Isso pode limitar o módulo de elasticidade do concreto (que geralmente é em torno de 27 GPa), dependendo do processo de escolha dos agregados. As funções exponenciais inversas fundamentais entre essas propriedades mecânicas e a porosidade foram confirmadas (para valores médios). / The aim of this work is to establish a simple test method to determine the tensile strength and elastic modulus of individual natural aggregate particles subjected to a compression load. The test method was developed based on the Point Load Test, that allows to obtain the tensile strength of particles. For the determination of the elastic modulus, an LVDT was coupled to the method and the condition for application of Hertz contact theory (curved-plane contact between the particles and the load application fixations) was satisfied. Initially, the method was evaluated using glass particles as reference (with geometries similar to aggregates). After validation on the glass, the test method was applied to coarse granite aggregates. A method of particle selection was proposed based on its absorption frequency distribution, in order to reduce the amount of mechanically tested particles required to obtain the Weibull distribution of tensile strength (and elastic modulus). For this purpose, the determination of the individual water absorption of hundreds of particles selected by random sampling of the population of aggregates was made. Based on the results, it was possible to determine the Weibull distribution of the tensile strength and elastic modulus of the particles. The tensile strengths ranged from 3 to 15 MPa. The aggregates had approximately 10% of the particles population with tensile strength less than 5 MPa, which may influence the classes of concrete with compressive strength > 50MPa. The elastic modulus of the aggregates was also variable (18-67 GPa), with approximately 10% of the particle population with elastic modulus <30 GPa. This may limit the elastic modulus of the concrete (usually around 27 GPa) depending on how the aggregates are selected. The fundamental inverse exponential functions between these mechanical properties and the porosity were confirmed (for mean values).

In the construction industry, concrete is the most common material, because of its good properties such as compressive strength and endurance. Concrete is a composition of several different materials where one of the main components is cement. When the hydration process starts, large amount of heat is generated. This leads to temperature rise within the structure. The heat development that takes place can become critical for massive structures such as dams and power plants, where natural cooling is not sufficient. This in combination with internal and external restraint resulting in tensions causing cracks in the structure. By controlling the temperature development, one can reduce the risk of cracking in massive structures. The controlling is divided into pre-cooling and post-cooling. Reduction of the risk for thermal cracking can be done in different ways. Parts of the cement in the concrete can be replaced by a pozzolan material such as silica fume, blast furnace slag or fly ash. Another method is to increase the size of the aggregates which makes it possible to reduce the cement content with remained strength. Cooling the aggregates or use of ice can also be used as a pre-cooling methods. The most common post-cooling method is the installation of cooling pipes. Pipes are installed between the reinforcement bars, in which one then pump through with cold water. This thesis aims at practicing the methods examined by Lagundžija &amp; Thiam (2017). Focusing on those results that proved to be most effective, i.e. the combination of fly ash, ice and large aggregates. The results retrieved during the tests shows a significant increase in the compressive strength when using a combination of fly ash, ice and large aggregates. This gives us the opportunity to reduce the initial cement content. Reducing the cement content is the most effective factor regarding the heat development. When replacing amounts of the water with ice, it can be seen that the initial casting temperature was reduced. Further studies can be done to find the right amount of reduction of the cement that can be done while maintaining the required compressive strength. / Inom byggbranschen är betong det mest förekommande materialet, detta tack vare dess goda egenskaper, som till exempel tryckhållfasthet och uthållighet. Betongen utgörs av flera olika beståndsdelar där den centrala komponenten är cement. När cementets hydratationsprocess startar utvecklas en markant värmeutveckling. Detta leder till temperaturhöjningar inuti den nygjutna konstruktionen. Värmeutvecklingen kan bli kritisk för grövre konstruktioner, som till exempel dammar och kraftverk, där naturlig avkylning inte är tillräcklig. Detta i kombination med att inre och yttre tvång resulterar i dragspänningar som orsakar sprickor i konstruktionen. Genom att styra temperaturutvecklingen kan man minska risken för sprickbildning i massiva konstruktioner. Styrningen delas in i förberedande kylning och efterkylning. Reduktion av risken för termisk sprickbildning kan ske på olika sätt. Delar av cementen i betongen kan ersättas med ett puzzolant material som till exempel silikatstoft, masugnsslagg eller flygaska. En annan metod är att öka ballaststorleken vilket gör det möjligt att minska cementhalten med kvarvarande hållfasthet. Man kan även kyla ballasten alternativt blanda in is i mixen för att sänka den initiala temperaturen. Den mest förekommande efterkylningsmetoden är installation av kylrör. Det monteras in rör mellan armeringsjärnen, vilket man sedan pumpar kallt vatten igenom. Denna uppsats syftar på att praktiskt tillämpa de metoder som undersöktes av Lagundžija &amp; Thiam (2017). Fokus på de resultat som visade sig vara mest effektiva, dvs kombinationen av flygaska, is och grov ballast. Resultaten som uppnåddes under de tester som utfördes visar en markant ökning i tryckhållfastheten vid användning av kombinationen med flygaska, is och grov ballast. Detta ger oss utrymmet att reducera den initiala cementhalten som används. Att minska cementinnehållet är den faktor som ger störst effekt gällande värmeutvecklingen. Fortsatta studier kan göras för att hitta rätt mängd reduktion av cementet som kan göras samtidigt som anvisad tryckhållfasthet bibehålls.