Mudanças volumétricas presentes na matriz cimentícia, oriundas dos processos de hidratação e de secagem do compósito cimentício, geram uma tendência de fissuração no material. Em pisos de concreto, a presença de tal manifestação patológica, decorrente do fenômeno da retração por secagem, é extremamente preocupante. Desta forma, a realização de esforços visando avaliar a influência de materiais constituintes do traço do concreto e seus proporcionamentos, com o intuito de reduzir a tendência de fissuração do material, gerada pelo fenômeno da retração por secagem, é extremamente válida. Para isto, foram avaliados fatores controláveis como o consumo de água (175l/m³; 190l/m³; 205l/m³), o teor de adição de microfibras de polipropileno (0g/m³; 300g/m³; 600g/m³; 900g/m³), o tipo de cimento (CP IV; CP V-ARI) e a idade, variável para cada ensaio realizado. Os ensaios empregados para esta avaliação foram o de resistência à compressão uniaxial, resistência à tração na flexão, retração por secagem livre e retração por secagem restringida. Os resultados dos ensaios mecânicos demonstraram a influência significativa do tipo de cimento e da idade avaliada na resistência do concreto. O teor de adição de microfibras de polipropileno exerceu uma pequena influência, porém significativa, com incrementos de 5% nos resultados mecânicos do ensaio de resistência à compressão uniaxial para os traços com teores de adição de 300g/m³ e 600g/m³. No entanto para o ensaio de resistência à tração na flexão, tal variável não se demonstrou significativa. O fator consumo de água não influenciou significativamente nos resultados correspondentes aos ensaios mecânicos, uma vez que a relação a/c manteve-se constante para todos os concretos estudados. No ensaio de retração por secagem livre, o tipo de cimento não demonstrou significância relevante para os resultados obtidos. Comportamento este, também observado para o teor de adição de microfibras de polipropileno, o qual não reduziu a magnitude da retração por secagem livre. Diferentemente do observado para a variável consumo de água, a qual influenciou significativamente nos dados obtidos, demonstrando a existência de uma relação direta entre a mesma e o fenômeno estudado. No ensaio de retração por secagem restringida, a tendência de fissuração dos concretos estudados foi influenciada significativamente pelo consumo de água presente na mistura. Conjuntamente, os resultados obtidos neste ensaio demonstraram que o teor de adição de microfibras de polipropileno é uma variável que deve ser proporcionada como os demais materiais constituintes do traço do concreto, ou seja, a quantidade incorporada no compósito cimentício não pode ser um valor determinado, semelhante para qualquer tipo de concreto. / Volumetric changes present in the cement paste matrix, coming from the processes of hydration and drying of cementitious composites, generate a cracking tendency in the material. In the concrete floor, this cracking tendency is extremely worrying. In this sense, efforts to evaluate the influence of important parameters in the mixture proportions of concrete, for decrease the cracking tendency due to drying shrinkage, it’s extremely valid. So, parameters were assessed like the consumption of water (175l/m³; 190l/m³; 205l/m³), the addition content of polypropylene staple fiber (0g/m³; 300g/m³; 600g/m³; 900g/m³), the type of cement (CP IV; CP V-ARI) and age, different for each test performed. The tests performed for this assessment were the compressive strength, flexural tensile strength, unrestrained drying shrinkage and restrained drying shrinkage. The results of mechanical tests shown the significant influence of the kind of cement and age assessed in the strength of concrete. The addition content of polypropylene staple fiber exerted little influence on the results of mechanical tests, but it was significant, with increases of 5% in the results of compressive strength for the mixtures with addition levels of 300g/m³ e 600g/m³. However for the flexural tensile strength, this parameter didn’t show significant. The water consumption didn’t influence significantly the results of mechanical tests, since the ratio a/c was constant for all concretes studied. In the unrestrained drying shrinkage, the kind of cement didn’t show importance for the results. This behavior also observed for the addition content of polypropylene staple fiber, which didn’t reduce the magnitude of free drying shrinkage. However, the water consumption influenced significantly in the results, demonstrating the existence of a direct relationship between it and the phenomenon studied. In the restrained drying shrinkage, the cracking tendency of the concrete studied was significantly affected by the consumption of water present in the mixture. Together, the results of this test showed that the addition content of polypropylene staple fiber is a parameter that should be provided as the others materials of the concrete mixture, i.e., the amount of polypropylene staple fiber incorporated into the cementitious composite can’t be a value fixed, similar to any type of concrete mixture.

Mudanças volumétricas presentes na matriz cimentícia, oriundas dos processos de hidratação e de secagem do compósito cimentício, geram uma tendência de fissuração no material. Em pisos de concreto, a presença de tal manifestação patológica, decorrente do fenômeno da retração por secagem, é extremamente preocupante. Desta forma, a realização de esforços visando avaliar a influência de materiais constituintes do traço do concreto e seus proporcionamentos, com o intuito de reduzir a tendência de fissuração do material, gerada pelo fenômeno da retração por secagem, é extremamente válida. Para isto, foram avaliados fatores controláveis como o consumo de água (175l/m³; 190l/m³; 205l/m³), o teor de adição de microfibras de polipropileno (0g/m³; 300g/m³; 600g/m³; 900g/m³), o tipo de cimento (CP IV; CP V-ARI) e a idade, variável para cada ensaio realizado. Os ensaios empregados para esta avaliação foram o de resistência à compressão uniaxial, resistência à tração na flexão, retração por secagem livre e retração por secagem restringida. Os resultados dos ensaios mecânicos demonstraram a influência significativa do tipo de cimento e da idade avaliada na resistência do concreto. O teor de adição de microfibras de polipropileno exerceu uma pequena influência, porém significativa, com incrementos de 5% nos resultados mecânicos do ensaio de resistência à compressão uniaxial para os traços com teores de adição de 300g/m³ e 600g/m³. No entanto para o ensaio de resistência à tração na flexão, tal variável não se demonstrou significativa. O fator consumo de água não influenciou significativamente nos resultados correspondentes aos ensaios mecânicos, uma vez que a relação a/c manteve-se constante para todos os concretos estudados. No ensaio de retração por secagem livre, o tipo de cimento não demonstrou significância relevante para os resultados obtidos. Comportamento este, também observado para o teor de adição de microfibras de polipropileno, o qual não reduziu a magnitude da retração por secagem livre. Diferentemente do observado para a variável consumo de água, a qual influenciou significativamente nos dados obtidos, demonstrando a existência de uma relação direta entre a mesma e o fenômeno estudado. No ensaio de retração por secagem restringida, a tendência de fissuração dos concretos estudados foi influenciada significativamente pelo consumo de água presente na mistura. Conjuntamente, os resultados obtidos neste ensaio demonstraram que o teor de adição de microfibras de polipropileno é uma variável que deve ser proporcionada como os demais materiais constituintes do traço do concreto, ou seja, a quantidade incorporada no compósito cimentício não pode ser um valor determinado, semelhante para qualquer tipo de concreto. / Volumetric changes present in the cement paste matrix, coming from the processes of hydration and drying of cementitious composites, generate a cracking tendency in the material. In the concrete floor, this cracking tendency is extremely worrying. In this sense, efforts to evaluate the influence of important parameters in the mixture proportions of concrete, for decrease the cracking tendency due to drying shrinkage, it’s extremely valid. So, parameters were assessed like the consumption of water (175l/m³; 190l/m³; 205l/m³), the addition content of polypropylene staple fiber (0g/m³; 300g/m³; 600g/m³; 900g/m³), the type of cement (CP IV; CP V-ARI) and age, different for each test performed. The tests performed for this assessment were the compressive strength, flexural tensile strength, unrestrained drying shrinkage and restrained drying shrinkage. The results of mechanical tests shown the significant influence of the kind of cement and age assessed in the strength of concrete. The addition content of polypropylene staple fiber exerted little influence on the results of mechanical tests, but it was significant, with increases of 5% in the results of compressive strength for the mixtures with addition levels of 300g/m³ e 600g/m³. However for the flexural tensile strength, this parameter didn’t show significant. The water consumption didn’t influence significantly the results of mechanical tests, since the ratio a/c was constant for all concretes studied. In the unrestrained drying shrinkage, the kind of cement didn’t show importance for the results. This behavior also observed for the addition content of polypropylene staple fiber, which didn’t reduce the magnitude of free drying shrinkage. However, the water consumption influenced significantly in the results, demonstrating the existence of a direct relationship between it and the phenomenon studied. In the restrained drying shrinkage, the cracking tendency of the concrete studied was significantly affected by the consumption of water present in the mixture. Together, the results of this test showed that the addition content of polypropylene staple fiber is a parameter that should be provided as the others materials of the concrete mixture, i.e., the amount of polypropylene staple fiber incorporated into the cementitious composite can’t be a value fixed, similar to any type of concrete mixture.

Mudanças volumétricas presentes na matriz cimentícia, oriundas dos processos de hidratação e de secagem do compósito cimentício, geram uma tendência de fissuração no material. Em pisos de concreto, a presença de tal manifestação patológica, decorrente do fenômeno da retração por secagem, é extremamente preocupante. Desta forma, a realização de esforços visando avaliar a influência de materiais constituintes do traço do concreto e seus proporcionamentos, com o intuito de reduzir a tendência de fissuração do material, gerada pelo fenômeno da retração por secagem, é extremamente válida. Para isto, foram avaliados fatores controláveis como o consumo de água (175l/m³; 190l/m³; 205l/m³), o teor de adição de microfibras de polipropileno (0g/m³; 300g/m³; 600g/m³; 900g/m³), o tipo de cimento (CP IV; CP V-ARI) e a idade, variável para cada ensaio realizado. Os ensaios empregados para esta avaliação foram o de resistência à compressão uniaxial, resistência à tração na flexão, retração por secagem livre e retração por secagem restringida. Os resultados dos ensaios mecânicos demonstraram a influência significativa do tipo de cimento e da idade avaliada na resistência do concreto. O teor de adição de microfibras de polipropileno exerceu uma pequena influência, porém significativa, com incrementos de 5% nos resultados mecânicos do ensaio de resistência à compressão uniaxial para os traços com teores de adição de 300g/m³ e 600g/m³. No entanto para o ensaio de resistência à tração na flexão, tal variável não se demonstrou significativa. O fator consumo de água não influenciou significativamente nos resultados correspondentes aos ensaios mecânicos, uma vez que a relação a/c manteve-se constante para todos os concretos estudados. No ensaio de retração por secagem livre, o tipo de cimento não demonstrou significância relevante para os resultados obtidos. Comportamento este, também observado para o teor de adição de microfibras de polipropileno, o qual não reduziu a magnitude da retração por secagem livre. Diferentemente do observado para a variável consumo de água, a qual influenciou significativamente nos dados obtidos, demonstrando a existência de uma relação direta entre a mesma e o fenômeno estudado. No ensaio de retração por secagem restringida, a tendência de fissuração dos concretos estudados foi influenciada significativamente pelo consumo de água presente na mistura. Conjuntamente, os resultados obtidos neste ensaio demonstraram que o teor de adição de microfibras de polipropileno é uma variável que deve ser proporcionada como os demais materiais constituintes do traço do concreto, ou seja, a quantidade incorporada no compósito cimentício não pode ser um valor determinado, semelhante para qualquer tipo de concreto. / Volumetric changes present in the cement paste matrix, coming from the processes of hydration and drying of cementitious composites, generate a cracking tendency in the material. In the concrete floor, this cracking tendency is extremely worrying. In this sense, efforts to evaluate the influence of important parameters in the mixture proportions of concrete, for decrease the cracking tendency due to drying shrinkage, it’s extremely valid. So, parameters were assessed like the consumption of water (175l/m³; 190l/m³; 205l/m³), the addition content of polypropylene staple fiber (0g/m³; 300g/m³; 600g/m³; 900g/m³), the type of cement (CP IV; CP V-ARI) and age, different for each test performed. The tests performed for this assessment were the compressive strength, flexural tensile strength, unrestrained drying shrinkage and restrained drying shrinkage. The results of mechanical tests shown the significant influence of the kind of cement and age assessed in the strength of concrete. The addition content of polypropylene staple fiber exerted little influence on the results of mechanical tests, but it was significant, with increases of 5% in the results of compressive strength for the mixtures with addition levels of 300g/m³ e 600g/m³. However for the flexural tensile strength, this parameter didn’t show significant. The water consumption didn’t influence significantly the results of mechanical tests, since the ratio a/c was constant for all concretes studied. In the unrestrained drying shrinkage, the kind of cement didn’t show importance for the results. This behavior also observed for the addition content of polypropylene staple fiber, which didn’t reduce the magnitude of free drying shrinkage. However, the water consumption influenced significantly in the results, demonstrating the existence of a direct relationship between it and the phenomenon studied. In the restrained drying shrinkage, the cracking tendency of the concrete studied was significantly affected by the consumption of water present in the mixture. Together, the results of this test showed that the addition content of polypropylene staple fiber is a parameter that should be provided as the others materials of the concrete mixture, i.e., the amount of polypropylene staple fiber incorporated into the cementitious composite can’t be a value fixed, similar to any type of concrete mixture.

<p>Hydrated portland cement provides the solid adhesive matrix necessary to bind aggregate (sand and gravel) into concrete. The hydration reaction requires water, however the products of the reaction limit further diffusion of water to unreacted cement. Superabsorbent polymer (SAP) hydrogel particles absorb mixing water, then subsequently desorb when the relative humidity drops, serving as internal water reservoirs within the cement matrix to shorten diffusion distances and promote the hydration reaction in a process called internal curing. Internally cured cementitious mixtures exhibit an increased degree of hydration and reduced shrinkage and cracking, which can increase concrete service life. Increased service life can, in turn, reduce overall demand for portland cement production, thereby lowering CO2 emissions.</p> <p>This dissertation addresses practical implementation questions key to the translation of SAP hydrogel internal curing technology to from the benchtop to the field in transportation applications, including: (1) What effects do mix design adjustments made to increase mixture flow when using SAP have on cementitious mixture properties? and (2) What effect do cementitious binder characteristics have on SAP performance?</p> <p>The addition of SAP to a cementitious mixture changes the mixture’s flow behavior. Flow behavior is an important aspect of concrete workability and sufficient flow is necessary to place well consolidated and molded samples. Often, additional water is added to mixtures using SAP to account for the absorbed water, however cementitious mixture workability is often tuned using high range water reducing admixtures (e.g., polycarboxylate ester-based dispersants). Fresh and hardened properties of mortars were characterized with respect to flow modification method (using the mortar flow table test; compressive strength at 3, 7, and 28 days; flexural strength at 7 and 28 days; and microstructural characterization of 28-day mortars). At typical doses, it was found that the addition of extra water lowers the resulting compressive and flexural strength, while high range water reducing admixtures administered at doses to achieve sufficient mortar flow did not compromise compressive or flexural strength.</p> <p>The SAPs used in cement are generally poly(acrylamide-acrylic acid) hydrogels and are not chemically inert in high ionic-load environments, such as cement mixtures. The behavior of an industrial SAP formulation with characterized across five different cement binder compositions with respect the cement hydration reaction (using isothermal calorimetry, thermogravimetric analysis of hydration product fraction, and scanning electron microscopy (SEM)/energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) microstructural analysis), the absorption behavior of the SAP, and the fresh and hardened properties of SAP-cement composites (mortar flow and compressive and flexural strength). The change in properties induced by the addition of SAP was similar across ASTM Type I cements from three manufacturing sources, suggesting that SAP internal curing can be implemented predictably over time and geography. Excitingly, in analysis of cement systems meeting different ASTM standards (Type III and Type I with 30% replacement by mass with ground blast furnace slag), synergistic and mitigating reaction behaviors were observed, respectively, in Type III and slag cement, suggesting that further study of SAP with these cement systems could be of particular interest.</p>