Workability has traditionally been used as one of the measures for controlling concrete mixture proportioning. This metric has provided limits on the water content in the concrete mixture for given aggregate size and type. The slump test, which is commonly used as an assessment of workability, is not adequate for characterizing the flow behaviour / rheology of fresh concrete. Studies have shown that Bingham's rheological properties, namely yield stress and plastic viscosity, provide good description of the flow behaviour of fresh concrete. In this thesis, an experimental program was designed on the basis of factorial design to evaluate the method of Cement Association of Canada for designing and controlling concrete mixture. The variables included in the mix design are water-cement ratio, water content, coarse aggregate size, silica fume, slag and bulk volume of coarse aggregate. In addition, Neuro-Fuzzy network has been adopted to correlate the current mixture proportioning method to the rheological properties of concrete. The network was constructed using experimental data tested in this study. Such correlation allowed the determination of water-cement ratio, water content, fine aggregate and coarse aggregate from compressive strength, yield stress and plastic viscosity. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

A energia elétrica é, sem dúvida, um recurso indispensável para a sociedade moderna. A mesma revolucionou o modo de vida do ser humano em todos os aspectos e melhorou substancialmente sua qualidade de vida. A distribuição da energia elétrica cabe ao Sistema Elétrico de Potência – SEP, dividido basicamente em três macro setores: geração, transmissão e distribuição. A eletricidade é efetivamente entregue aos consumidores pelo sistema de distribuição, formado principalmente por redes aéreas sustentadas por postes, estes na sua maioria, feitos de concreto armado. Tendo em vista o adequado fornecimento da energia elétrica à sociedade, se faz necessário assegurar as linhas de distribuição de energia, na qual os postes exercem papel fundamental. Entende-se que o aumento da vida útil dos postes de concreto armado pode colaborar para a redução da manutenção da rede de distribuição, reduzindo o investimento em substituições ou reparos em postes por parte das concessionárias Deste modo, esse trabalho propõe a otimização do traço utilizado na produção de postes de concreto armado em uma empresa de artefatos de concreto, visando à vida útil do mesmo. Para tanto foram realizados estudos visando o aprimoramento da composição dos agregados, adição de material pozolânico, adição de fibras e utilização de aditivos superplastificantes. Para análise dos traços em escala real foram moldados 12 postes, tipo duplo T com 9 metros de comprimento, empregando 5 traços com características distintas. Os postes foram avaliados seguindo a metodologia e requisitos da NBR 8451-1 (ABNT, 2011), parâmetros de resistência mecânica do concreto e penetração de íons cloreto ASTM C1202 (2012). Por meio da análise dos resultados, é apresentado o traço indicado para produção de postes de concreto armado, onde foi possível aprimorar o traço atualmente produzido pela empresa, reduzindo o consumo de cimento de 429 kg/m³ para 351 kg/m³ e reduzindo a taxa de penetração de íons cloreto e aumentando a vida útil do poste de concreto armado de 10 para 60 anos. À vista disso, foi possível aumentar a vida útil do elemento, mesmo com a redução do consumo de cimento e o custo para a produção do traço de concreto. / Electricity is undoubtedly an indispensable resource for modern society. The same has revolutionized the way of life of the human being in all aspects and substantially improved their quality of life. The distribution of electricity is up to the Electric Power System - EPS, basically divided into three macro sectors: generation, transmission and distribution. Electricity is actually delivered to consumers by the distribution system, consisting mainly of overhead lines supported by pylons, these mostly made of reinforced concrete. Given the adequate supply of electricity to society, it is necessary to ensure the power distribution lines, in which the poles play a fundamental role. It is understood that increasing the useful life of reinforced concrete poles can contribute to the reduction of maintenance of the distribution network, reducing investment in replacements or repairs on poles by concessionaires. Thus, this paper proposes the optimal trait used in the production of reinforced concrete poles on a firm concrete artifacts, seeking the life of it For both studies were performed in order to improve the composition of households, adding pozzolanic material, adding fiber and use of superplasticizers additives. For analysis of traces in real scale 12 posts, T type double with 9 feet long, employing five traits were shaped with distinct characteristics. The posts were evaluated following the methodology and requirements of NBR 8451-1 (ABNT, 2011), the mechanical response of concrete and chloride ion penetration ASTM C1202 (2012). By analyzing the results, the dash indicated for production of reinforced concrete poles, where it was possible to improve the trace currently produced by the company, reducing the cement content of 429 kg / m³ to 351 kg / m³ and reducing the rate appears penetration of chloride ions and increasing the service life of reinforced concrete post 10 to 60 years. In view of this, it was possible to extend the life of the element, even with the reduction in cement consumption and the cost for the production of concrete mix.

A energia elétrica é, sem dúvida, um recurso indispensável para a sociedade moderna. A mesma revolucionou o modo de vida do ser humano em todos os aspectos e melhorou substancialmente sua qualidade de vida. A distribuição da energia elétrica cabe ao Sistema Elétrico de Potência – SEP, dividido basicamente em três macro setores: geração, transmissão e distribuição. A eletricidade é efetivamente entregue aos consumidores pelo sistema de distribuição, formado principalmente por redes aéreas sustentadas por postes, estes na sua maioria, feitos de concreto armado. Tendo em vista o adequado fornecimento da energia elétrica à sociedade, se faz necessário assegurar as linhas de distribuição de energia, na qual os postes exercem papel fundamental. Entende-se que o aumento da vida útil dos postes de concreto armado pode colaborar para a redução da manutenção da rede de distribuição, reduzindo o investimento em substituições ou reparos em postes por parte das concessionárias Deste modo, esse trabalho propõe a otimização do traço utilizado na produção de postes de concreto armado em uma empresa de artefatos de concreto, visando à vida útil do mesmo. Para tanto foram realizados estudos visando o aprimoramento da composição dos agregados, adição de material pozolânico, adição de fibras e utilização de aditivos superplastificantes. Para análise dos traços em escala real foram moldados 12 postes, tipo duplo T com 9 metros de comprimento, empregando 5 traços com características distintas. Os postes foram avaliados seguindo a metodologia e requisitos da NBR 8451-1 (ABNT, 2011), parâmetros de resistência mecânica do concreto e penetração de íons cloreto ASTM C1202 (2012). Por meio da análise dos resultados, é apresentado o traço indicado para produção de postes de concreto armado, onde foi possível aprimorar o traço atualmente produzido pela empresa, reduzindo o consumo de cimento de 429 kg/m³ para 351 kg/m³ e reduzindo a taxa de penetração de íons cloreto e aumentando a vida útil do poste de concreto armado de 10 para 60 anos. À vista disso, foi possível aumentar a vida útil do elemento, mesmo com a redução do consumo de cimento e o custo para a produção do traço de concreto. / Electricity is undoubtedly an indispensable resource for modern society. The same has revolutionized the way of life of the human being in all aspects and substantially improved their quality of life. The distribution of electricity is up to the Electric Power System - EPS, basically divided into three macro sectors: generation, transmission and distribution. Electricity is actually delivered to consumers by the distribution system, consisting mainly of overhead lines supported by pylons, these mostly made of reinforced concrete. Given the adequate supply of electricity to society, it is necessary to ensure the power distribution lines, in which the poles play a fundamental role. It is understood that increasing the useful life of reinforced concrete poles can contribute to the reduction of maintenance of the distribution network, reducing investment in replacements or repairs on poles by concessionaires. Thus, this paper proposes the optimal trait used in the production of reinforced concrete poles on a firm concrete artifacts, seeking the life of it For both studies were performed in order to improve the composition of households, adding pozzolanic material, adding fiber and use of superplasticizers additives. For analysis of traces in real scale 12 posts, T type double with 9 feet long, employing five traits were shaped with distinct characteristics. The posts were evaluated following the methodology and requirements of NBR 8451-1 (ABNT, 2011), the mechanical response of concrete and chloride ion penetration ASTM C1202 (2012). By analyzing the results, the dash indicated for production of reinforced concrete poles, where it was possible to improve the trace currently produced by the company, reducing the cement content of 429 kg / m³ to 351 kg / m³ and reducing the rate appears penetration of chloride ions and increasing the service life of reinforced concrete post 10 to 60 years. In view of this, it was possible to extend the life of the element, even with the reduction in cement consumption and the cost for the production of concrete mix.

A energia elétrica é, sem dúvida, um recurso indispensável para a sociedade moderna. A mesma revolucionou o modo de vida do ser humano em todos os aspectos e melhorou substancialmente sua qualidade de vida. A distribuição da energia elétrica cabe ao Sistema Elétrico de Potência – SEP, dividido basicamente em três macro setores: geração, transmissão e distribuição. A eletricidade é efetivamente entregue aos consumidores pelo sistema de distribuição, formado principalmente por redes aéreas sustentadas por postes, estes na sua maioria, feitos de concreto armado. Tendo em vista o adequado fornecimento da energia elétrica à sociedade, se faz necessário assegurar as linhas de distribuição de energia, na qual os postes exercem papel fundamental. Entende-se que o aumento da vida útil dos postes de concreto armado pode colaborar para a redução da manutenção da rede de distribuição, reduzindo o investimento em substituições ou reparos em postes por parte das concessionárias Deste modo, esse trabalho propõe a otimização do traço utilizado na produção de postes de concreto armado em uma empresa de artefatos de concreto, visando à vida útil do mesmo. Para tanto foram realizados estudos visando o aprimoramento da composição dos agregados, adição de material pozolânico, adição de fibras e utilização de aditivos superplastificantes. Para análise dos traços em escala real foram moldados 12 postes, tipo duplo T com 9 metros de comprimento, empregando 5 traços com características distintas. Os postes foram avaliados seguindo a metodologia e requisitos da NBR 8451-1 (ABNT, 2011), parâmetros de resistência mecânica do concreto e penetração de íons cloreto ASTM C1202 (2012). Por meio da análise dos resultados, é apresentado o traço indicado para produção de postes de concreto armado, onde foi possível aprimorar o traço atualmente produzido pela empresa, reduzindo o consumo de cimento de 429 kg/m³ para 351 kg/m³ e reduzindo a taxa de penetração de íons cloreto e aumentando a vida útil do poste de concreto armado de 10 para 60 anos. À vista disso, foi possível aumentar a vida útil do elemento, mesmo com a redução do consumo de cimento e o custo para a produção do traço de concreto. / Electricity is undoubtedly an indispensable resource for modern society. The same has revolutionized the way of life of the human being in all aspects and substantially improved their quality of life. The distribution of electricity is up to the Electric Power System - EPS, basically divided into three macro sectors: generation, transmission and distribution. Electricity is actually delivered to consumers by the distribution system, consisting mainly of overhead lines supported by pylons, these mostly made of reinforced concrete. Given the adequate supply of electricity to society, it is necessary to ensure the power distribution lines, in which the poles play a fundamental role. It is understood that increasing the useful life of reinforced concrete poles can contribute to the reduction of maintenance of the distribution network, reducing investment in replacements or repairs on poles by concessionaires. Thus, this paper proposes the optimal trait used in the production of reinforced concrete poles on a firm concrete artifacts, seeking the life of it For both studies were performed in order to improve the composition of households, adding pozzolanic material, adding fiber and use of superplasticizers additives. For analysis of traces in real scale 12 posts, T type double with 9 feet long, employing five traits were shaped with distinct characteristics. The posts were evaluated following the methodology and requirements of NBR 8451-1 (ABNT, 2011), the mechanical response of concrete and chloride ion penetration ASTM C1202 (2012). By analyzing the results, the dash indicated for production of reinforced concrete poles, where it was possible to improve the trace currently produced by the company, reducing the cement content of 429 kg / m³ to 351 kg / m³ and reducing the rate appears penetration of chloride ions and increasing the service life of reinforced concrete post 10 to 60 years. In view of this, it was possible to extend the life of the element, even with the reduction in cement consumption and the cost for the production of concrete mix.

Subject of dissertation was to itemize testing methods in fresh and hardened state of cement paste or concrete. During this process some new testing methods and specimen creation protocols were proposed. Further was created list of used materials and mix design processes which led to list of used 3D printing mixture designs and 3D printers. Next part of dissertation was devoted to creation of 3D printing mix design and observations based on them. At~the end is proposed a radical change in testing methods which utilizes latest advancements in computer science and could be part of digital design process for construction.

[ES] El hormigón es considerado como uno de los principales materiales de construcción más ampliamente utilizado en obras de infraestructuras. Su consideración como material de gran durabilidad y su ventajosa relación calidad-precio en comparación con otros materiales le ha hecho indispensable en la era moderna. Sin embargo, las fisuras son prácticamente inevitables en las estructuras de hormigón armado y se consideran como uno de sus puntos débiles, ya que comprometen la durabilidad de las infraestructuras y pueden generar condiciones inseguras. Hay muchas técnicas de reparación para sellar y sanar las fisuras, pero suelen ser costosas y requieren tiempo de intervención. Por esta razón, en los últimos años, se han realizado muchas investigaciones buscando alternativas para resolver estos problemas desarrollando una nueva generación de hormigones que se han denominado hormigones auto sanables. Se ha demostrado que las tecnologías de auto sanado cierran eficazmente las fisuras parcial o totalmente en un sistema cementoso. Sin embargo, los estudios a nivel del hormigón son todavía bastante limitados y en la mayoría de los casos las dosificaciones de la mezcla no fueron optimizados para la introducción de agentes de autosanado. Del estudio amplio de la literatura se aprecia que la incorporación de agentes de autosanado no siempre conllevan efectos positivos en las propiedades del hormigón. En consecuencia, según el tipo de agente de sellado/sanado, será necesario optimizar la dosificación para garantizar que no reduce en alguna medida las prestaciones del hormigón colocado. Se analiza un amplio espectro de agentes de sanado/sellado: bacterias (BAC), adiciones cristalinas (CA), biomasas y agentes incorporados en micro o macro cápsulas. Previamente a su introducción en el hormigón se evaluó su compatibilidad con los materiales cementosos, como información básica para el diseño de las mezclas. La optimización del diseño de las mezclas de hormigón se llevó a cabo dependiendo del agente elegido y los objetivos de la investigación. Al utilizar CA, se encontró que aumentar su dosis y el contenido en cemento conducía a mejorar la eficiencia de curación (HE) y la de sellado (SE). La variación de la relación agua-cemento (a/c) no produjo una mejora notable de HE y SE. Se profundizó el conocimiento sobre las propiedades de adherencia entre las armaduras y la matriz de hormigón. La inclusión de agentes de sanado (BAC, CA, biomasas) conllevó la mejora de la adherencia con un crecimiento del 57% cuando se adiciona CA. Aunque la presencia de fisuras longitudinales redujo críticamente la adherencia, se logró una recuperación importante gracias a los efectos del auto sanado. Se encontraron efectos contrapuestos del uso de microcápsulas. Se confirma una reducción significativa de la resistencia mecánica y una mejora significativa del sellado. Los parámetros de diseño de mezcla se optimizaron para compensar la reducción de resistencia, con un programa experimental con diseño factorial completo. Por la estructura inerte, las macrocápsulas tiende a perturbar el empaquetamiento de los áridos. Para la optimización de la mezcla se desarrolló un modelo de empaquetamiento de partículas modificado para predecir la proporción de huecos de las mezclas de áridos y cápsulas. Con todo, el resultado de esta investigación puede servir como guía para comprender la contribución de los parámetros de diseño de mezclas que afectan las propiedades de auto sanado, que potencialmente ayudará a investigadores e ingenieros a formular mezclas de hormigón para aplicaciones de auto sanado. / [CA] El formigó és considerat un dels principals materials de construcció més àmpliament utilitzat en obres d'infraestructures. La seua consideració com a material de gran durabilitat i la seua relació qualitat-preu avantatjosa en comparació amb altres materials l'ha fet indispensable en l'era moderna. Tot i això, les fissures són pràcticament inevitables en les estructures de formigó armat i es consideren com un dels seus punts febles, ja que comprometen la durabilitat de les infraestructures i poden generar condicions insegures. Hi ha moltes tècniques de reparació per segellar i curar les fissures, però solen ser costoses i requereixen temps d'intervenció. Per aquesta raó, en els darrers anys, s'han realitzat moltes investigacions buscant alternatives per resoldre aquests problemes desenvolupant una nova generació de formigons que s'han anomenat formigons auto sanables. S'ha demostrat que les tecnologies de auto curat tanquen eficaçment les fissures parcialment o totalment en un sistema de ciment. Tot i això, els estudis a nivell del formigó són encara força limitats i en la majoria dels casos les dosificacions no van ser optimitzades per a la introducció d'agents d'auto curat. De l'estudi ampli de la literatura s'aprecia que la incorporació d'agents d'auto curat no sempre comporta efectes positius en les propietats del formigó. En conseqüència, segons el tipus d'agent de segellat/curat, cal optimitzar la dosificació per garantir que no redueix en alguna mesura les prestacions del formigó. S'analitza un ampli espectre d'agents de curat / segellament: bacteris (BAC), addicions cristal·lines (CA), biomassa i agents incorporats en micro o macro càpsules. Prèviament a la seua introducció al formigó es va avaluar la compatibilitat amb els conglomerants, com a informació bàsica per al disseny de mescles. L'optimització del disseny de les mescles de formigó es va dur a terme depenent de l'agent elegit i els objectius de la investigació. En utilitzar CA, es va trobar que augmentar-ne la dosi i el contingut en ciment conduïa a millorar l'eficiència de curació (HE) i la de segellat (SE). La variació de la relació aigua-ciment (a/c) no va produir una millora notable de HE i SE. S'aprofundí el coneixement sobre les propietats d'adherència entre les armadures i la matriu de formigó. La inclusió d'agents de curació (BAC, CA, biomassa) va comportar la millora de l'adherència amb un creixement del 57% quan s'hi afegeix CA. Tot i que la presència de fissures longitudinals va reduir críticament l'adherència, es va aconseguir una recuperació important gràcies als efectes del auto curat. S'han trobat efectes contraposats de l'ús de microcàpsules. Es confirma una reducció significativa de la resistència mecànica i una millora significativa del segellat. Els paràmetres de disseny de mescla es van optimitzar per compensar la reducció de resistència, amb un programa experimental amb disseny factorial complet. Per la seua estructura inert, les macrocàpsules tendeixen a pertorbar l'empaquetament dels àrids. Per optimitzar la mescles es va desenvolupar un model d'empaquetament de partícules modificat per predir la proporció de buits de les mescles d'àrids i càpsules. Amb tot, el resultat d'aquesta investigació pot servir com a guia per comprendre la contribució dels paràmetres de disseny de barreges que afecten les propietats de auto curat, que potencialment ajudarà investigadors i enginyers a formular barreges de formigó per a aplicacions de auto curat. / [EN] Concrete has been widely used as a major material for infrastructure works. The durable character and the advantageous price-quality ratio compared to other materials have made concrete indispensable in the modern era. However, cracks in concrete structures are inevitable and are known as one of the inherent weaknesses of concrete, thereby making a threat to the durability of infrastructure which can lead to unsafe conditions. There are many repair techniques to seal and heal the cracks, but these approaches are costly and time-consuming. Therefore, during past years, many researchers searched for alternatives to solve these problems by developing a new generation of concrete namely self-healing concrete. Self-healing technologies have proven to effectively close cracks partially or fully in the cementitious system. However, studies on the concrete level are still rather limited and in most cases, the mix designs were not optimized for the introduction of healing agents. Based on a comprehensive literature, it was revealed that not all healing/sealing agents induce positive effects to the concrete properties. Consequently, an optimization of the mix designs is necessary to guarantee that these agents do not negatively affect the concrete properties to some extent. In this PhD dissertation, a wide range of healing/sealing agents were utilized such as bacteria (BAC), crystalline admixture (CA), biomasses, micro- and macro-encapsulated agents. Prior to the introduction of these agents into the concrete, the compatibility between healing/sealing agents and cementitious materials was evaluated to serve as a basic input for designing the concrete mixtures. The optimizations of concrete mix designs were carried out depending on the choice of the agents and the research objectives. When using CA, it was found that increasing the CA dosage and cement content in the mix design improved the healing efficiency (HE) and sealing efficiency (SE). Varying the water-cement ratio (w/c) did not give a remarkable improvement of HE and SE. A deep insight in the bond properties between the steel reinforcement and the self-healing concrete matrix was achieved. The inclusion of healing agents (i.e., BAC, CA, biomasses) possessed a bond strength improvement with the highest enhancement of 57% attained by the CA addition. Although the presence of a longitudinal crack critically reduced the bond strength, a bond restoration was achieved due to self-healing effects. Dual effects of using microcapsules were found, confirming a significant reduction of mechanical strength and a significant sealing improvement. Therefore, the mix design parameters were optimized to compensate the strength reduction via full factorial designs. With respect to the inert structure, the incorporation of macrocapsules tended to disturb the packing of aggregates. Hence, a modified particle packing model was developed to predict the voids ratio of aggregate-capsules mixtures. All in all, the outcome of this PhD research can serve as a guidance to understand the contribution of mix design parameters affecting the self-healing concrete properties. This potentially helps researchers and engineers to formulate their concrete mixtures for self-healing application. / This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement No 860006. / Hermawan, H. (2023). Optimised Mix designs for Self-Healing Concrete [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202610