Este trabalho investigou a influência da atmosfera de sinterização sobre as propriedades elétricas de porcelanas aluminosas contendo diferentes concentrações de Fe2O3, sinterizadas em condições oxidantes e redutoras. A influência de tais variáveis sob a microestrutura, fases formadas e as propriedades elétricas foram investigadas com o auxílio de técnicas como difração de raios x, microscopia eletrônica de varredura e por espectroscopia de impedância. Os corpos cerâmicos foram formulados a partir de uma formulação obtida da literatura, considerada aplicável para porcelanas aluminosas de alto desempenho: 30 %p de feldspato, 30 %p de caulim e 40 %p de alumina. As formulações contendo diferentes concentrações de Fe2O3 foram divididas em dois grupos. Um primeiro queimado em ar atmosférico para criar a condição oxidante e um segundo queimado em solução gasosa CO/CO2 para criar uma condição redutora. Para as condições redutoras utilizou-se uma técnica conhecida como “cama de grafite”. As temperaturas de queima praticadas foram 1200, 1250 e 1300 °C. A análise dos corpos cerâmicos após queima indicou que todas as amostras apresentaram mullita e coríndon como fases majoritárias e pequenas frações de quartzo. Hematita e ferro metálico foram observados para as amostras contendo elevada concentração de Fe2O3. Para as condições oxidantes, a adição de Fe2O3 provocou uma diminuição na resistividade das amostras. A maior resistividade elétrica apresentada pela amostra contendo 3 %p de Fe2O3 foi atribuída à elevada presença de mullita. A presença de hematita para as amostras contendo acima de 3%p de Fe2O3 foi considerada como responsável pela diminuição na resistividade elétrica. A adição de Fe2O3 resultou em um aumento na resistividade das amostras sinterizadas em atmosfera oxidante. Esse aumento foi atribuída à elevada quantidade de fase vítrea de baixa condutividade e ao elevado número de poros para formulações contendo > 3%p de Fe2O3. Os resultados permitiram concluir que embora a presença de 3 %p de Fe2O3 seja vista como a concentração máxima aceitável, maiores teores de Fe2O3 podem ser utilizados para a produção de isoladores elétricos de porcelana. / This study investigates the influence of sintering atmosphere on the electrical properties of aluminous porcelains containing different concentrations of Fe2O3, sintered in oxidizing and reducing conditions. The influence of these variables on the microstructure, phase formation and electrical properties were investigated with the aid of techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy. The ceramic bodies were made from a formulation obtained from literature, aluminous porcelains considered applicable to High Performance: feldspar 30 wt%, 30 wt% kaolin and 40 wt% alumina. Formulations containing different concentrations of Fe2O3 were divided into two groups. A first burned in the atmospheric air to create the oxidizing condition and a second solution burned gas CO/CO2 to create a reducing condition. For the reducing conditions employed a technique known as "bed graphite." The firing temperatures were 1200, 1250 and 1300 ° C. The analysis of the ceramic bodies after sintering indicated that all samples showed corundum and mullite as major phases and small fractions of quartz. Hematite and metallic iron were observed for samples containing high concentration of Fe2O3. For oxidizing conditions, the addition of Fe2O3 caused a decrease in the resistivity of the samples. The higher electrical resistivity presented by the sample containing 3 wt% Fe2O3 was attributed to the high presence of mullite. The presence of hematite for samples containing up to 3 wt% Fe2O3 was considered responsible for the decrease in electrical resistivity. The addition of Fe2O3 resulted in an improvement in resistivity of the sample sintered in oxidizing atmosphere. This improvement is attributed to the high amount of glassy phase of low conductivity and high number of pores for formulations containing> 3 wt% Fe2O3. The results showed that although the presence of 3 wt% Fe2O3 is seen as the maximum acceptable concentration, higher concentrations of Fe2O3 can be used for the production of electrical porcelain insulators.

Este trabalho investigou a influência da atmosfera de sinterização sobre as propriedades elétricas de porcelanas aluminosas contendo diferentes concentrações de Fe2O3, sinterizadas em condições oxidantes e redutoras. A influência de tais variáveis sob a microestrutura, fases formadas e as propriedades elétricas foram investigadas com o auxílio de técnicas como difração de raios x, microscopia eletrônica de varredura e por espectroscopia de impedância. Os corpos cerâmicos foram formulados a partir de uma formulação obtida da literatura, considerada aplicável para porcelanas aluminosas de alto desempenho: 30 %p de feldspato, 30 %p de caulim e 40 %p de alumina. As formulações contendo diferentes concentrações de Fe2O3 foram divididas em dois grupos. Um primeiro queimado em ar atmosférico para criar a condição oxidante e um segundo queimado em solução gasosa CO/CO2 para criar uma condição redutora. Para as condições redutoras utilizou-se uma técnica conhecida como “cama de grafite”. As temperaturas de queima praticadas foram 1200, 1250 e 1300 °C. A análise dos corpos cerâmicos após queima indicou que todas as amostras apresentaram mullita e coríndon como fases majoritárias e pequenas frações de quartzo. Hematita e ferro metálico foram observados para as amostras contendo elevada concentração de Fe2O3. Para as condições oxidantes, a adição de Fe2O3 provocou uma diminuição na resistividade das amostras. A maior resistividade elétrica apresentada pela amostra contendo 3 %p de Fe2O3 foi atribuída à elevada presença de mullita. A presença de hematita para as amostras contendo acima de 3%p de Fe2O3 foi considerada como responsável pela diminuição na resistividade elétrica. A adição de Fe2O3 resultou em um aumento na resistividade das amostras sinterizadas em atmosfera oxidante. Esse aumento foi atribuída à elevada quantidade de fase vítrea de baixa condutividade e ao elevado número de poros para formulações contendo > 3%p de Fe2O3. Os resultados permitiram concluir que embora a presença de 3 %p de Fe2O3 seja vista como a concentração máxima aceitável, maiores teores de Fe2O3 podem ser utilizados para a produção de isoladores elétricos de porcelana. / This study investigates the influence of sintering atmosphere on the electrical properties of aluminous porcelains containing different concentrations of Fe2O3, sintered in oxidizing and reducing conditions. The influence of these variables on the microstructure, phase formation and electrical properties were investigated with the aid of techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy. The ceramic bodies were made from a formulation obtained from literature, aluminous porcelains considered applicable to High Performance: feldspar 30 wt%, 30 wt% kaolin and 40 wt% alumina. Formulations containing different concentrations of Fe2O3 were divided into two groups. A first burned in the atmospheric air to create the oxidizing condition and a second solution burned gas CO/CO2 to create a reducing condition. For the reducing conditions employed a technique known as "bed graphite." The firing temperatures were 1200, 1250 and 1300 ° C. The analysis of the ceramic bodies after sintering indicated that all samples showed corundum and mullite as major phases and small fractions of quartz. Hematite and metallic iron were observed for samples containing high concentration of Fe2O3. For oxidizing conditions, the addition of Fe2O3 caused a decrease in the resistivity of the samples. The higher electrical resistivity presented by the sample containing 3 wt% Fe2O3 was attributed to the high presence of mullite. The presence of hematite for samples containing up to 3 wt% Fe2O3 was considered responsible for the decrease in electrical resistivity. The addition of Fe2O3 resulted in an improvement in resistivity of the sample sintered in oxidizing atmosphere. This improvement is attributed to the high amount of glassy phase of low conductivity and high number of pores for formulations containing> 3 wt% Fe2O3. The results showed that although the presence of 3 wt% Fe2O3 is seen as the maximum acceptable concentration, higher concentrations of Fe2O3 can be used for the production of electrical porcelain insulators.

Submitted by Leonardo Paioli Carrazza (leopcarrazza@hotmail.com) on 2016-04-05T22:42:13Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Leonardo_Paioli_Carrazza.pdf: 3964409 bytes, checksum: c0e32a8f0bc03d0337063173dd600bcd (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-04-07T14:29:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 carrazza_lp_me_rcla.pdf: 3964409 bytes, checksum: c0e32a8f0bc03d0337063173dd600bcd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-07T14:29:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 carrazza_lp_me_rcla.pdf: 3964409 bytes, checksum: c0e32a8f0bc03d0337063173dd600bcd (MD5) Previous issue date: 2016-03-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A expansão urbana desordenada pode gerar graves consequências ao ambiente. A falta de planejamento no escoamento de águas pluviais, aliado à baixa coesão de alguns terrenos pode proporcionar o surgimento de voçorocas, cuja evolução pode resultar em riscos geotécnicos para a população ao redor. Neste sentido, a geofísica possibilita um diagnóstico de produtos da evolução de voçorocas, como o fenômeno de piping, que consiste na geração natural de cavidades no solo. O contraste de resistividade elétrica entre o solo e o espaço vazio da cavidade possibilitam o uso do método da Eletrorresistividade neste tipo de estudo. Este método foi utilizado na investigação de uma voçoroca no município de São Pedro (SP), para a avaliação da continuidade de cavidades formadas por processos de erosão interna ou piping. Foram realizadas 6 linhas paralelas de imageamento elétrico para medidas de resistividade elétrica, com espaçamento de 1m entre eletrodos, de 5m entre linhas, por meio do arranjo Wenner-Schlumberger. A correlação entre dados geofísicos e cavidades revelou uma assinatura geoelétrica de alta resistividade, possivelmente devido à ausência de preenchimento. A integração lateral das seções em mapas de isovalores para a profundidade de ocorrência das cavidades, revela o prolongamento e a ramificação de pipings em porções mais internas do terreno. / Unorganized urban expansion can result in several consequences to the environment. The absense of planning in the flow of rain water, allied with low cohesion in some terrains can generate gullies, which growing can offer geotechnical risks for the population. By this case, geophysics allows the diagnostic of some products from gully erosion, like the piping phenomena, where natural cavities are formed in the subsoil.The Electrical resistivity contrasts from the soil and the cavities filling material allows the application of Electrorresistivity method. The method was applied in a gully in São Pedro (SP) county to detect cavities formed in a process denominated internal erosion or piping. Were used 6 parallel lines of electrical imaging for the measurement of electrical resistivity values with 84 electrodes and spacing of 1m between each one, 5m between each acquisition line, by the Wenner-Schlumberger array. The results show high resistivity assignature probably due to the absence of filling in the cavities. The lateral integration of the sections in a isovalues map to the depth where occurs the cavities reveals the length and ramifications of the pipings in the internal portions of the terrain.

The integrity of the rebars in reinforced concrete structures is related to the chemical and physical protection provided by the concrete layer that covers the steel. The destruction of the passivation layer precedes the onset of corrosion. Once the corrosion process starts, its rate of propagation will depend on the electrical resistivity between cathode and anode and the amount of oxygen available on the cathode. Concrete resistivity is a property linked both to the chemical and physical properties of the concrete. This study investigated the effect of the addition of blast furnace slag (BFS) on the electrical resistivity of concrete and correlated the effects of this addition on the concrete compressive strength as well as on changes in the chemical composition of aqueous phase and pore structure. Test specimens were prepared using different water/binder ratios (0.35, 0.50 and 0.65) and substitutions of 50 and 70% of BFS for cement by weight. A control sample (no BFS) was also prepared. Additionally, the effect of 4% sodium sulfate (Na2SO4) in samples with 50% BFS was also investigated. The electrical resistivity of concrete was determined using the fourelectrode method (Wenner s method adapted for use in concrete). Tests of compressive strength, porosimetry, electrical conductivity in the pore solution and the concentration of ions in the aqueous phase were performed. The tests showed there is an increase in the electrical resistivity of concrete as the degree of hydration and the concentration of BFS increase. This is related to the lower specific conductivity of the pore solution and the reduction in concrete pore size, which is shown by the good correlation between these two factors. The binary mixture with 50% BFS (50E) showed the best cost/benefit ratio for strength levels of 30MPa and 50MPa at 28 days and also for the strength level of 50MPa at 91 days. / A manutenção da integridade das armaduras nas estruturas de concreto é uma conseqüência da proteção física e química do concreto sobre o aço. A destruição da camada passivadora antecede o processo corrosivo. Uma vez iniciada a corrosão, a velocidade desta dependerá da resistividade elétrica existente entre o ânodo e o cátodo e também pela quantia de oxigênio presentes junto ao cátodo. A resistividade do concreto caracteriza-se por ser uma propriedade ligada tanto a características físicas como químicas do mesmo. Neste trabalho objetivou-se estudar o comportamento da adição de escória de alto forno na resistividade elétrica aparente dos concretos, assim como correlacionar com a resistência à compressão e as alterações químicas na fase aquosa bem como na estrutura dos poros. Foram realizadas investigações em misturas com relação a/agl 0,35, 0,50 e 0,65 com teores de substituição em massa de 0, 50 e 70% de EAF. Investigou-se também os efeitos produzidos pela incorporação de 4% de sulfato de sódio (Na2SO4) em misturas contendo 50% de EAF. A resistividade elétrica do concreto foi determinada utilizando o método dos quatro eletrodos (método de Wenner adaptado para uso em concreto). Foram também realizados ensaios de resistência à compressão axial, porosimetria, concentração de íons da fase aquosa e determinada a condutividade elétrica específica da solução dos poros. Constatou-se aumento na resistividade elétrica do concreto com o aumento no grau de hidratação e do teor de escória. Este comportamento está relacionado a menor condutividade elétrica específica da solução dos poros e ao refinamento dos poros comprovado pela boa correlação entre esses dois fatores. A mistura binária composta por 50% de escória (50E) apresentou a melhor relação custo/benefício para os níveis de resistência de 30MPa e 50MPa aos 28 dias e também para o nível de resistência de 50MPa aos 91 dias.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-10-13Bitstream added on 2014-06-13T20:54:12Z : No. of bitstreams: 1 moreira_ca_me_rcla.pdf: 8326908 bytes, checksum: aabce1d39adb0817d36429889d591481 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Este trabalho discute a aplicabilidade do método geofísico Eletromagnético Transiente (TEM) a partir de análise comparativa com o método de Eletrorresistividade, em uma área industrial contaminada por derivados de petróleo e atualmente sob processos de Atenuação Natural. Dentre os contaminantes presentes no solo e água subterrânea estão o Benzeno, Tolueno, Xileno, 1,2 Dicloroetano, Sódio, Cloreto e Sulfato. A remediação da área é realizada exclusivamente por Atenuação Natural, ou seja, ação de processos físicos, químicos e biológicos responsáveis pela degradação, dispersão e diluição dos contaminantes. Foram utilizadas as técnicas de sondagem eletromagnética de loop central, caminhamento eletromagnético, sondagem elétrica vertical e caminhamento elétrico. Os resultados apresentam uma anomalia de baixa resistividade adjacente aos poços de injeção, e anomalias de alta resistividade sob estes poços. A grande área abrangida pela anomalia de baixa resistividade é fruto principalmente da biodegradação dos contaminantes de fase líquida leve não aquosa - LNAPL, cujas sucessivas quebras em compostos mais simples por ação de microorganismos resulta em ácidos orgânicos que corroem grãos minerais, que são liberados ao meio sob a forma iônica. A pequena área abrangida pela anomalia de alta resistividade é produto da concentração de contaminantes pouco degradados, caracterizados por elevada resistividade em relação á água. O TEM se mostrou aplicável no estudo de áreas contaminadas e o processo de Atenuação Natural está sendo eficaz na remediação da área. / This work discuss the applicability of the Transient Electromagnetic Method (TEM) from comparative analysis with the Electrical Method, in an industrial area contaminated by oil derived and currently under processes of Natural Attenuation. Amongst the contaminants presents in the soil and groundwater they are the Benzene, Toluene, Xylene, 1,2 Dichloroetene, Sodium, Chloride and Sulphate. A remediation of the area is carried through exclusively by Natural Attenuation, or either, action of physical, chemical and biological processes responsible for the degradation, dispersion and dilution of contaminants. The techniques of electromagnetic sounding of central loop, electromagnetic tomography, vertical electric sounding and electric tomography had been used. The results present an anomaly of low adjacent resistivity to the injection wells, and anomalies of high resistivity under these wells. The great area enclosed for the anomaly of low resistivity is fruit mainly of the biodegradation of the contaminants of light non-aqueous phase liquid - LNAPL, whose successive breakings in simpler composites for action of microorganisms result in acid organic that corrode mineral grains, that are set free to the way under the ionic form. The small area enclosed for the anomaly of high resistivity is product of the concentration of contaminants little degraded, characterized for raised resistivity in relation a water. The TEM if it showed applicable in the study of contaminated areas and the process of Natural Attenuation is being efficient in the remediation of the area.

Cement-less and/cement-like geopolymer mortars were made with pulverised fuel ash (PFA) or ground granulated blast furnace slag (GGBS) activated by alkali with different alkali moduli (AM) and alkali dosage (AD). Once synthesised the samples were cured at 20°C and 70°C up to 28 days. The flexural and compressive strengths of these samples at early ages up to 28 days were tested conforming to BS EN196-1:2005. The electrical resistivity of these materials was monitored using a set of non-contacting electrodes to the age up to 7 days to characterise the geopolymerisation process from a physical phenomenon point of view. The effects of AD and AM on the early-age mechanical strengths and electrical resistivity of geopolymer materials were examined from the experimental results. The correlation between strength development and electrical resistivity was studied. The geopolymerisation process was characterised by a 5-stage model, based on electrical resistivity, analogue to hydration process of Portland cement. This research therefore proposes an alternative method for characterisation of geopolymerisation of geopolymers different from traditional methods based on chemistry. It is expected that such a physical phenomenon model will be better accepted by structural engineers for better promotion of usage of geopolymer composites, a type of low carbon and more sustainable binder-based materials, in construction.

Submitted by BRUNO ZANON ENGELBRECHT null (bruno_zenon2@hotmail.com) on 2017-05-29T15:14:19Z No. of bitstreams: 1 engelbrecht_bz_me_rcla.pdf: 5854576 bytes, checksum: c42f1bd84eff53bf59926b2392253d96 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-05-31T16:34:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 engelbrecht_bz_me_rcla.pdf: 5854576 bytes, checksum: c42f1bd84eff53bf59926b2392253d96 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-31T16:34:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 engelbrecht_bz_me_rcla.pdf: 5854576 bytes, checksum: c42f1bd84eff53bf59926b2392253d96 (MD5) Previous issue date: 2017-04-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O sistema aquífero cristalino estende-se por cerca de 62.000 km² no estado de São Paulo, correpondendo a aproximadamente 25% de sua área. A prospecção desses aquíferos, contudo, baseia-se majoritariamente na delimitação de feições lineares nas unidades geológicas e sua correlação com a evolução tectônica regional. Modelos hidrogeológicos conceituais proporcionam a compreensão dos mecanismos que governam a circulação e o armazenamento de água em subsuperfície, permitindo aprimorar e subsidiar a prospecção e gestão dos recursos hídricos subterrâneos. Com este objetivo, o presente estudo apresenta um modelo hidrogeológico conceitual do aquífero cristalino no município de Itu (SP), fundamentado em levantamentos por imageamento elétrico e valores de permeabilidade da zona não-saturada, bem como em análises químicas e isotópicas, tendo como principal enfoque a porção rasa do aquífero e suas interações com as águas superficiais. O modelo embute a ocorrência do manto de alteração e as descontinuidades do maciço rochoso na avaliação do potencial hídrico, prevendo expressiva conectividade hidráulica entre os compartimentos hidráulicos do manto de alteração e do embasamento cristalino fraturado. Os resultados obtidos mostram que a presença de depósitos sedimentares recentes e a ação de processos intempéricos, que resultam em horizontes porosos e na abertura de estruturas preexistentes, favorecem a infiltração, ocorrência e circulação de água em subsuperfície. As características mineralógicas e geométricas do manto de alteração, sua extensão e continuidade regional, redundam em aquíferos heterogêneos e complexos. A constante renovação das águas subterrâneas e sua conectividade com águas superficiais proporcionam a captação das águas de aquíferos cristalinos como fonte hídrica complementar para o abastecimento público, desde que sejam apropriadamente estudadas e geridas. / In São Paulo state the crystalline aquifer system occupies about 62,000 km², corresponding to approximately 25% of its area. However, the prospection of these aquifers is based on the delimitation of linear features in the geological units and their correlation with the regional tectonic evolution. Conceptual hydrogeological models provide an understanding of the mechanisms that govern the circulation and storage of groundwater, allowing to improve and subsidize the exploration and management of groundwater resources. For this purpose, this study presents a conceptual hydrogeological model of the crystalline aquifer in the city of Itu (SP), based on electrical imaging surveys and permeability values of the unsaturated zone, as well as chemical and isotopic analyzes focused on the shallow portion of the aquifer and its interactions with surface water. The hydrogeological model incorporates the occurrence of the weathered zone and the discontinuities of the rock mass in the evaluation of the hydraulic potential, predicting expressive hydraulic connectivity between the hydraulic compartments of the alteration mantle and the fractured crystalline basement. The results show that the presence of recent sedimentary deposits and the processes, which result in porous horizons and the opening of preexisting structures, favor the infiltration, occurrence and circulation of subsurface water. The mineralogical and geometric characteristics of the weathered zone, its extension and regional continuity, results in heterogeneous and complex aquifers. The constant renewal of groundwater and its connectivity with surface water provides the usage of groundwater as a complementary water source for public supply, provided that they are properly studied and managed.

It is well-known that concrete permeability is a good indicator of its expected durability until it remains uncracked. However, in various stages of its service life, different types of cracking in concrete can be developed due to exposure to different deterioration processes such as early plastic shrinkage or chloride-induced reinforcement corrosion. Although these cracks may not endanger concrete’s structural performance from the mechanical point of view, they create a pathway for aggressive ions that can initiate degradation processes, lead to increase in concrete permeability and thus reduce its durability. Cracking in concrete might not be preventable, but its capability to naturally seal small cracks, named autogenous self-healing (SH), provides an additional feature to manufacture more durable concrete structures. However, natural self-healing capability of concrete is limited and therefore it is typically omitted in the design of concrete structures. Hence, more attention has been recently paid to Engineered Self-healing Concrete (EShC) which is associated with artificially triggered healing mechanisms into the cementitious matrix by incorporating various substances such as crystalline products. EShC helps in reducing concrete permeability; thus, increasing its service-life and durability. Due to formation of needle-shaped pore-blocking crystals, Crystalline Admixtures (CA), as a candidate from the Permeability-Reducing Admixtures (PRA) category, can be implemented into concrete mixtures to fabricate EShC concretes. Crystalline waterproofing technology is not new, but still is unknown to many researchers, engineers, and construction industry professionals. The lack of knowledge of its microstructure and self-healing properties limits CA’s proper usage in the construction industry. The techniques to assess the self-healing capability of mortar and concrete are not well-standardized yet. No research work has been done to address certain durability characteristics of this material (i.e. electrical resistivity (ER) or chloride diffusivity) especially when combined with Supplementary Cementitious Materials (SCM) and Portland Limestone Cement (PLC). Since the resistance of concrete against ions’ penetration is a function of its permeability, it might be a straightforward and reliable parameter to rapidly evaluate concrete’s durability during its intended service life. Hence, electrical resistivity measurement is considered as an indirect and alternative tool for other time-consuming permeability testing techniques to examine the CA’s efficiency as it modifies the concrete’s microstructure by crystals’ deposition; thus, leads to permeability improvement. In comparison to previous studies, on a larger scale, this thesis aims to systematically study the effects of CA on the microstructural features, self-healing properties and long-term durability and resistivity of cement-based materials and in addition, draw some comprehensive conclusions on the use of CA in new and repair applications. This study is divided into three major phases to propose all-inclusive work on using CA in construction industry. To satisfy the goals of each individual phase, a test matrix consisting of a series of four mixes with variables such as use of PLC or presence of CA in powder form is considered. In order to address to the lack of research and industry knowledge discussed above, this PhD thesis includes the following phases: Phase (I) In this phase, the main focus is on the microstructural properties and the changes in the pore structure and chemical compositions of the cement phase of mortar mixes when treated with CA. These microstructural features are studied using Scanning Electron Microscope (SEM) and Scanning Transmission Electron Holography Microscope (STEHM). Moreover, physical and chemical characteristics of the hydration products are determined using image analysis and Energy Dispersive X-ray (EDX) Spectroscopy, respectively. Phase (II) This phase is allocated to macro-level investigation of durability characteristics such as chloride/water permeability and electrical resistivity of concrete structures containing CA and PLC cement. To non-destructively measure the chloride ion concentration in the field conditions, both changes in corrosion potential of rebars and concrete electrical resistivity in treated circular hollow-section steel reinforced columns exposed to simulated marine environment is monitored and compared over a 2-year period with control samples. In addition, laboratory-size concrete samples are studied to investigate the effects of CA presence on long-term resistivity, rapid chloride permeability, water permeability and chloride diffusivity of concrete. Later, a resistivity-based model is developed to predict long-term performance of concretes incorporating slag or metakaolin, studied in various environmental conditions. The long-term goal of this phase is to develop a standard design guideline and durability-based model. Phase (III) Using an innovative self-healing testing method [1], quantitative analysis of crack closure ability and self-healing potential of CA treated and control concretes with OPC or PLC cement is accomplished during this phase. The obtained results from first phase showed that hydrated CA particle revealed fine, compact, homogenous morphology examined by STEHM and its diffraction pattern after water-activation indicated nearly amorphous structure, however, diffuse rings, an evidence for short-range structural order and sub-crystalline region, were observed which requires further investigation. The SEM micrographs taken from specimen’s fractured surface showed formation of pore-blocking crystals for all treated mixes while similar spots in un-treated sections were left uncovered. Although needle-shaped crystals were observed in the treated mortar specimens, but not all of them had shapes and chemical compositions other than ettringite (well-known to form needle-like crystals). Using backscatter SEM images and EDX spectrums, examination of polished mortar sections with and without CA also showed typical hydration phases, forming in the control system. Results from phase II showed that concretes treated with CA had almost 50% lower water penetration depth and thus smaller permeability coefficient when compared with the virgin OPC or PLC concretes. According to salt ponding test results, the use of CA helped in enhancing the resistance to chloride penetration compared to control concrete. This improvement increases with increasing in concrete age. Strong linear relationship between Surface Resistivity (SR) and Bulk Resistivity (BR) data was observed which indicates that these test methods can be used interchangeably. The presence of SCM in concrete indicated considerable increase in both SR and BR compared to control concrete. Concretes incorporating slag or metakaolin have tendency to react more slowly (or rapidly in MK case), consume calcium hydroxide over time, form more Calcium Silicate Hydrate (C-S-H) gel, densify internal matrix, and also reduce OH- in the pores’ solution; thus, increase concrete electrical resistivity. For laboratory specimens, environmental conditions such as temperature variation and degree of water saturation indicated considerable effects on electrical resistivity measurements. As temperature or water content of concrete decreases, its electrical resistivity greatly increases by more than 2-3 times from reference environmental condition. This is mostly because of variation or accessibility in electron mobility. Experimental results from field investigation showed that electrical resistivity readings were highly influenced by the presence of rebar and concrete moisture conditions. In addition, concrete cover thickness and CA addition into cementitious matrix had a negligible effect on its resistivity. In the last phase, an optical microscope was used to measure the average crack width. OPC samples had an average measured crack width of 0.244 mm as compared to 0.245 mm for OPC-CA, 0.251 mm for PLC, and 0.247 mm for PLC-CA. Self-healing test results also showed 90% self-healing ratio for CA modified mix within few days after starting experiment. Addition of CA into the mix led to higher rates of healing and full crack closure (width up to 250 µm) when compared to reference concrete. An empirical equation that relates water initial flow rate to the crack width (Q∝〖CW〗^3) was also proposed in this phase. Presence of PLC and CA in the mixture resulted in positive improvement in crack-closing capability and self-healing ratio. / Graduate / 2019-09-11

Este trabalho investigou a influência da atmosfera de sinterização sobre as propriedades elétricas de porcelanas aluminosas contendo diferentes concentrações de Fe2O3, sinterizadas em condições oxidantes e redutoras. A influência de tais variáveis sob a microestrutura, fases formadas e as propriedades elétricas foram investigadas com o auxílio de técnicas como difração de raios x, microscopia eletrônica de varredura e por espectroscopia de impedância. Os corpos cerâmicos foram formulados a partir de uma formulação obtida da literatura, considerada aplicável para porcelanas aluminosas de alto desempenho: 30 %p de feldspato, 30 %p de caulim e 40 %p de alumina. As formulações contendo diferentes concentrações de Fe2O3 foram divididas em dois grupos. Um primeiro queimado em ar atmosférico para criar a condição oxidante e um segundo queimado em solução gasosa CO/CO2 para criar uma condição redutora. Para as condições redutoras utilizou-se uma técnica conhecida como “cama de grafite”. As temperaturas de queima praticadas foram 1200, 1250 e 1300 °C. A análise dos corpos cerâmicos após queima indicou que todas as amostras apresentaram mullita e coríndon como fases majoritárias e pequenas frações de quartzo. Hematita e ferro metálico foram observados para as amostras contendo elevada concentração de Fe2O3. Para as condições oxidantes, a adição de Fe2O3 provocou uma diminuição na resistividade das amostras. A maior resistividade elétrica apresentada pela amostra contendo 3 %p de Fe2O3 foi atribuída à elevada presença de mullita. A presença de hematita para as amostras contendo acima de 3%p de Fe2O3 foi considerada como responsável pela diminuição na resistividade elétrica. A adição de Fe2O3 resultou em um aumento na resistividade das amostras sinterizadas em atmosfera oxidante. Esse aumento foi atribuída à elevada quantidade de fase vítrea de baixa condutividade e ao elevado número de poros para formulações contendo > 3%p de Fe2O3. Os resultados permitiram concluir que embora a presença de 3 %p de Fe2O3 seja vista como a concentração máxima aceitável, maiores teores de Fe2O3 podem ser utilizados para a produção de isoladores elétricos de porcelana. / This study investigates the influence of sintering atmosphere on the electrical properties of aluminous porcelains containing different concentrations of Fe2O3, sintered in oxidizing and reducing conditions. The influence of these variables on the microstructure, phase formation and electrical properties were investigated with the aid of techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy. The ceramic bodies were made from a formulation obtained from literature, aluminous porcelains considered applicable to High Performance: feldspar 30 wt%, 30 wt% kaolin and 40 wt% alumina. Formulations containing different concentrations of Fe2O3 were divided into two groups. A first burned in the atmospheric air to create the oxidizing condition and a second solution burned gas CO/CO2 to create a reducing condition. For the reducing conditions employed a technique known as "bed graphite." The firing temperatures were 1200, 1250 and 1300 ° C. The analysis of the ceramic bodies after sintering indicated that all samples showed corundum and mullite as major phases and small fractions of quartz. Hematite and metallic iron were observed for samples containing high concentration of Fe2O3. For oxidizing conditions, the addition of Fe2O3 caused a decrease in the resistivity of the samples. The higher electrical resistivity presented by the sample containing 3 wt% Fe2O3 was attributed to the high presence of mullite. The presence of hematite for samples containing up to 3 wt% Fe2O3 was considered responsible for the decrease in electrical resistivity. The addition of Fe2O3 resulted in an improvement in resistivity of the sample sintered in oxidizing atmosphere. This improvement is attributed to the high amount of glassy phase of low conductivity and high number of pores for formulations containing> 3 wt% Fe2O3. The results showed that although the presence of 3 wt% Fe2O3 is seen as the maximum acceptable concentration, higher concentrations of Fe2O3 can be used for the production of electrical porcelain insulators.

Este trabalho trata do estudo detalhado e com profundidade das metodologias de aquisição, processamento e interpretação de dados de caminhamentos elétricos, sob o enfoque de investigações voltadas a objetivos rasos. Nas técnicas de aquisição 2D (caminhamentos) foram utilizados os arranjos dipolo-dipolo, pólo-dipolo, pólo-pólo e Wenner, permitindo comparações quanto à eficácia dos mesmos. Foi testada uma genuína aquisição 3D utilizando o arranjo pólo-pólo, avaliando-se suas potencialidades e limitações. O Schlumberger foi o arranjo empregado para a execução de SEVs que auxiliaram na interpretação e quantificação das seções geoelétricas 2D, principalmente no que se refere à distribuição vertical das resistividades. Os modelos geoelétricos 2D foram obtidos com um programa de inversão de dados (RES2DINV) que, em tese, é capaz de corrigir as distorções observadas nas pseudo-seções de resistividade elétrica aparente correspondentes aos diversos arranjos utilizados no trabalho. Estes modelos constituem imagens que apresentam uma melhor correspondência com a realidade geológica em subsuperfície, o que facilita a interpretação dos resultados. Procurou-se explorar o máximo as potencialidades do programa de inversão, visando a obtenção de imagens de boa qualidade. A interpretação geofísica foi sempre efetuada com base em informações diretas disponíveis (furos de sondagem, trincheiras, poços e afloramento). Em uma escala de investigação rasa, a resolução passa a ter uma importância fundamental. Procurou-se demonstrar que, quando são utilizados pequenos espaçamentos entre eletrodos (menores que quatro metros), particularmente no caso do dipolo-dipolo, é possível a execução de mais níveis de investigação em profundidade (superiores a oito) ainda com uma boa qualidade do sinal. Por outro lado, os arranjos dipolo-dipolo e pólo-pólo permitem um número muito maior de níveis de investigação sem a limitação das pequenas aberturas, mas com alguma perda em definição. Como conseqüência, tem-se um significativo aumento na quantidade de dados gerados na seção, o que contribui para o incremento da resolução bi-dimensional. Outro aspecto testado e avaliado foi o da utilização de múltiplos espaçamentos entre eletrodos sobre o mesmo perfil de levantamento. Este interessante procedimento garante, além de resolução nas porções rasas (graças aos espaçamentos pequenos), o alcance de maiores profundidades de investigação (devido aos espaçamentos maiores) em uma mesma seção. A eficácia desta prática foi verificada tanto na construção das pseudo-seções, como nos modelos geoelétricos gerados pela inversão dos dados (modelagem). A metodologia foi testada em três distintas áreas tendo por objetivo o mapeamento de um nível d´água raso, a determinação da profundidade e conformação de topo rochoso e o mapeamento de uma provável pluma de contaminação. Além de uma ampla revisão bibliográfica sobre o assunto, foi também abordado neste trabalho o controverso tema da profundidade de investigação que de fato se verifica com os arranjos de eletrodos comumente empregados em eletrorresistividade. Procurou-se, com esta tese, contribuir para um melhor entendimento acerca do tema \"imageamento geoelétrico\" e alguns tópicos a ele relacionados, quais sejam: arranjo de eletrodos, procedimentos para se conseguir um bom volume de dados na seção, utilização eficiente do programa de inversão que gera os modelos e, finalmente, a interpretação dos resultados sempre balizada por informações diretas disponíveis e por outros métodos ou técnicas geofísicas de apoio. / This paper addresses a detailed, in-depth study on data aquisition, processing and interpretation methodologies for 2D electrical profilings, focusing on investigations oriented to shallow targets. Two-dimensional (electrical profilings) acquisition techniques were used on a wide range of arrays - dipole-dipole, pole-dipole, pole-pole and Wenner arrays - for efficiency comparison purposes. A real 3D acquistion was tested with the pole-pole array in order to check its potential use and limitations. Schlumberger was the array used for SEVs, which helped to interpret and quantify 2D geoelectrical sections, especially as to the vertical distribution of resistivity. The 2D geoelectrical models were generated with an inversion computer program (RES2DINV), which basically corrects any distortions found in the apparent resistivity pseudosections corresponding to the arrays included in this study. These models create images that better match the subsurface geological reality, therefore simplifying the interpretation of results. We tried to explore the full potential use of the inversion computer program for good quality images. The geophysical interpretation was always based on the subsurface information available (boreholes, trenches, wells and outcrop). Resolution is critical in a shallow investigation scale. This study tried to show that the use of small spacings between electrodes (less than four meters), particularly in dipole-dipole arrays, allows for more in-depth investigation levels (greater than eight) without compromising signal quality. On the other hand, dipole-dipole and pole-pole arrays allow for a larger number of investigation levels without small spacings limitations, but with a slight loss of definition. Consequently, there is a significant increase in the amount of data generated at the section, enhancing 2D resolution. Another aspect tested and assessed was the use of multiple spacings between electrodes on the same survey profile. In addition to resolution in shallow sections (thanks to small spacings), this interesting procedure allows deeper investigation levels (due to larger spacings) in the same section. The efficacy of this practice was verified both in the development of pseudo-sections and in the geoelectrical models generated by inversion modelling. The methodology was tested in three different areas in order to map a shallow water table, determine the depth and shape of the bedrock, and map a potential contaminant plume. In addition to the broad literature review available, this paper also covered the controversial topic of depth investigation actually present in electrode arrays typically used in electrical resistivity methods. This thesis tried to provide a better understanding of \"geoelectrical resistivity imaging\" and related topics such as: electrode array, procedures required to generate good volumes of data in the section, efficient use of the inversion computer program behind the models and, lastly, interpretation of results, always based on the subsurface information available and on other supporting geophysical methods or techniques.