This diploma thesis is focused on behavior of cement concrete at high temperatures. The theoretical part describes processes, which take place in concrete at thermal loading and effect of this thermal load to mechanical and physical properties of concrete. Also there was described recommendation for testing physical and mechanical of concrete at high temperatures according to RILEM TC. In experimental part mixes were made with greywacke aggregate, amphibolite aggregate and with the addition of polypropylene fibers or cellulose fibers. In these mixes was determined the effect of high temperatures on the density of concrete, compressive strength of concrete and thermal strain of concrete. Further there was tested addition of 2 kg/m3 polypropylene fibers to concrete with basalt aggregate and siliceous aggregate and influence of these fibers to density of concrete, compressive strength of concrete and dynamic modulus of elasticity.

Este trabalho trata do estudo da introdução de fibras poliméricas como agente porogênico na manufatura de membranas cerâmicas de alta resistência mecânica. Membranas cerâmicas são utilizadas para a separação de substâncias onde a estabilidade química e a resistência à alta temperatura são requeridas; na engenharia mecânica é também aplicada como mancais aerostáticos. A escolha do processo de manufatura destas membranas e o projeto da porosidade da estrutura cerâmica é de grande importância. Quando se utiliza da adição de elementos porogênicos, que são substâncias que se decompõem durante a queima deixando poros (abertos e fechados), altera não somente a porosidade como também a seletividade e permeabilidade da membrana, bem como diminui suas propriedades mecânicas. Este trabalho objetiva membranas com poros micrométricos e submicrométricos para aplicações em microfiltração ou em mancais aerostáticos, porém que tenham a maximização da sua resistência mecânica. Para isso foi idealizada a obtenção de membranas permeáveis com a menor porosidade possível. Então, propôs-se a adição de fibras poliméricas (fibras de polipropileno, fibras de carbono e fibras de álcool polivinílico) como agentes porogênicos em uma massa cerâmica de alumina que após granulada foi prensada na forma de pastilhas e sinterizadas. As membranas foram caracterizadas por ensaios de permeabilidade ao ar, resistência mecânica por flexão a 3 pontos, volume de poros pelo Princípio de Arquimedes e morfologicamente por MEV. A caracterização morfológica das membranas e os resultados de porosidade indicaram que a percolação foi melhorada pela adição de fibras em relação a trabalhos equivalentes que se utilizaram de particulados. As melhores condições de permeação, integridade da matriz e resistência mecânica foram encontradas para as membranas com 1 vol. % de fibras de álcool polivinílico, seguida das membranas com 2 vol. % de fibras de carbono. Com base nos resultados obtidos, foi comprovado que a morfologia alongada das fibras aumenta a probabilidade de contato entre os poros, pois com apenas 2 vol. % de fibras de PVAl, obteve-se uma porosidade total de 33,3%, porosidade aparente de 17,4% e permeabilidade específica de 6,32x10-12 m², apresentando resistência à flexão de 134,3 MPa, valor este o dobro de quando utilizado 50 vol. % de sacarose como agente precursor com equivalente permeabilidade. As propriedades físicas do agente porogênico como: expansão térmica, dimensões, relação comprimento versus diâmetro afetam enormemente a porosidade, percolação dos poros e integridade da matriz. / This work deals with the study of the introduction of polymeric fibers as porogenic agent in the manufacture of ceramic membranes with high mechanical strength. Ceramic membranes are used for separation of substances where chemical stability and high temperature resistance are required, in mechanical engineering is also applied as an aerostatic bearings. The choice of these membranes manufacturing process and design the porosity of the ceramic structure is of great importance. When using addition of porogenic components, which are substances that decompose during the burning leaving pores (open and closed), not only alters the porosity and also the permeability and the selectivity of the membrane, as well as decreases their mechanical properties. This work aims membranes with micrometric pores and submicrometrics for microfiltration applications or aerostatic bearings, however they having the maximization their mechanic strength. To this was designed to obtain porous membranes with the lowest porosity possible. Then proposed the addition of polymeric fibers (polypropylene fiber, carbon fiber and polyvinyl alcohol fiber) as porogenic agents on a ceramic alumina mass that was granular and pressed the form of discs and sintered. The membranes were characterized by testing the air permeability, mechanical strength by three points flexural, pore volume by Archimedes principle and morphologically by SEM. Morphological characterization of membrane and the results of porosity indicated that the percolation has been improved by adding fibers in relation to the corresponding work where particulates were used. The best conditions of permeation, matrix integrity and mechanical strength were found for the membranes with 2 vol. % of polyvinyl alcohol fibers and membranes with 2 vol. % carbon fibers. Based on these results, it was proven that the elongated morphology of the fibers increases the probability of contact between the pores, because with only 2 vol. % of PVAl fibers, we obtained a total porosity of 33.3%, apparent porosity of 17.4% and the specific permeability of 6.32x10-12 m², flexural strength of 134.3 MPa, this value is twice than when it is used 50 vol. % sucrose as a precursor agent with equivalent permeability. The physical properties of porogenic agent such as thermal expansion, dimensions and relation length versus diameter affect greatly the porosity, pore percolation and integrity of the matrix.

Uma parcela substancial das rodovias do país apresenta processos de deterioração graves de seus pavimentos, fato que acarreta sérios impactos econômicos, sociais e ambientais, resultando em aumento do consumo de combustível, dos gastos com manutenção dos veículos, da frequência de engarrafamentos e do tempo gasto em deslocamentos. A utilização de recapeamentos ou overlays de concreto tem demonstrado ser uma alternativa sustentável e econômica para a reabilitação de pavimentos. No entanto, em muitos casos, os overlays de concreto não tem conseguido prevenir a ocorrência de fissuração por reflexão. Os Engineered Cementitious Composite (ECCs) são um tipo especial de compósitos cimentícios de alto desempenho reforçados com fibras, cuja principal característica é a altíssima ductilidade. Esta propriedade faz com que os mesmos sejam capazes de superar muitas das limitações dos overlays de concreto tradicionais. Fibras de PVA com uma camada superficial modificada foram especialmente desenvolvidas para serem empregadas no reforço de ECCs (ou PVAECC). O custo de tais fibras é o principal responsável pelo elevado custo dos ECCs, o que pode inviabilizar seu emprego em alguns casos. Buscando alternativas, este estudo se focou na investigação da possibilidade de uso de fibras de polipropileno (PP) de alto desempenho. Estas fibras, com custo mais atraente, já são produzidas comercialmente no Brasil, e usadas na produção de fibrocimento. As mesmas se demonstraram adequadas para uso como reforço em ECCs (ou PPECC), sendo capazes de garantir que se atinja um comportamento dúctil através do desenvolvimento de um processo de múltipla fissuração. Um resultado importante foi que a dimensão média da abertura das fissuras nos PPECC foi de 10 m, enquanto nos PVAECC a mesma era 60 m. Este resultado pode resultar em incrementos na durabilidade de estruturas. Além disto, o trabalho investigou o comportamento à flexão e fadiga dos ECCs reforçados com fibras de polipropileno. Os resultados demonstraram que os compósitos produzidos com cimento Portland tipo V-ARI não se comportam adequadamente à fadiga, uma vez que ocorre a deterioração das fibras. Por outro lado, os compósitos produzidos com cimento tipo I, já usualmente empregado em ECCs, apresentaram resultados satisfatórios. Um modelo de previsão de vida útil foi gerado para recapeamentos de PPECC, PVAECC e concreto, em função das espessuras dos revestimentos. O mesmo indicou que os ECCs requerem camadas 1,5 a 2,5 vezes mais finas que as usuais de concreto. O material foi, então, testado especificamente quanto à resistência à fissuração por reflexão. Os resultados demonstraram que o PPECC pode modificar o modo de ruptura frágil dos recapeamentos através do processo de múltipla fissuração. Na última etapa do trabalho foi realizada uma análise do ciclo de vida e dos custos do ciclo de vida de quatro diferentes sistemas de recapeamento – concreto, asfalto, PVAECC e PPECC. Os resultados mostram que os overlays de ECCs são bastante atrativos, pois diminuem tanto o consumo de energia associado aos processos de projeto, construção e manutenção do recapeamento, bem como reduzem a liberação de emissões gasosas à atmosfera, constituindo uma alternativa mais sustentável que as demais. Os sistemas de recapeamento com ECC também resultaram em vantagens econômicas. Apesar do alto custo inicial, a menor frequência de atividades de manutenção resulta em uma redução do custo total ao longo do período de 40 anos considerado. Isto representa uma importante economia em termos de custos diretos para os responsáveis pelas rodovias. De forma geral, o trabalho evidenciou a viabilidade de uso dos PPECCs para reabilitação de pavimentos. / Many old pavements in service today are approaching the end of their design service lives. Others are in dire need of major repair to continue serving, resulting in economical, environmental and social impacts by increasing vehicle fuel consumption and maintenance costs, traffic jam and delays. For pavements subject to moderate and heavy traffic, concrete overlays are increasingly being used as a cost effective and sustainable rehabilitation technique. However, concrete overlays have some physical limitations that contribute to durability concerns, which increase the probability of pavement overlay failure and maintenance frequency. Consequently, alternative materials are being developed to improve overlay performance. Engineered Cementitious Composites (ECC) are a special type of high performance fiber reinforced cementitious composites, designed for high ductility and damage tolerance which may overcome concrete overlay limitations. Polyvinylalcohol (PVA) fibers with special coating are typically used as reinforcement of ECC. Although some successful field application of PVAECC, the use of ECC is restrained by the high cost of the material, consequence of high PVA fibers cost. This research is focused on the investigation of using high tenacity polypropylene fibers as reinforcement of engineered cementitious composites (PPECC). Those fibers are produced and available in Brazil for fibrocement industry by less than half price of PVA fibers. PP fibers have demonstrated good performance in reinforcing ECC, assuring composite strain-hardening behavior through the development of multiple cracking processes. An important finding was the tinier crack opening of PPECC – 10 m average- comparing to PVAECC – 60 m average. This result may result in higher material durability. Furthermore, flexural and fatigue behavior or ECCs reinforced with PP fibers were investigated. Results have shown that Portland cement type V (high early strength) is not adequate for PPECCs subject to fatigue loading, resulting in fiber deterioration and premature rupture. By the other hand, promising results were found with cement ordinary type I, usually used in ECC production. A model of service life prediction was developed for PPECC, PVAECC and concrete overlays correlated to overlay thickness. Results have shown that ECCs may reduce overlay thickness in 1.5 to 2.5 times the usual thickness of overlay concrete. Reflective cracking resistance of PPECC was also testes. From the results it is possible to deduce that PPECC may modify typical rupture mode of concrete overlays through the development of multiple cracking. In the last stage of this work, life cycle analyses and life cycle cost analyses of four different overlays systems – concrete, hot mix asphalt, PVAECC and PPECC – were carried out. The results of this study have shown that an ECC overlay system have lower environmental burdens, reducing the energy consumption related to design, construction and maintenance activities, reducing green house effect as well. Life cycle costs analyses over a 40 years service life revealed that PPECC is the most economical overlay system compared to concrete, hot mix asphalt and PVAECC overlay systems. Agency costs are significantly reduced by adopting PPECC overlays. PPECC is a feasible alternative for pavement rehabilitation.

Uma parcela substancial das rodovias do país apresenta processos de deterioração graves de seus pavimentos, fato que acarreta sérios impactos econômicos, sociais e ambientais, resultando em aumento do consumo de combustível, dos gastos com manutenção dos veículos, da frequência de engarrafamentos e do tempo gasto em deslocamentos. A utilização de recapeamentos ou overlays de concreto tem demonstrado ser uma alternativa sustentável e econômica para a reabilitação de pavimentos. No entanto, em muitos casos, os overlays de concreto não tem conseguido prevenir a ocorrência de fissuração por reflexão. Os Engineered Cementitious Composite (ECCs) são um tipo especial de compósitos cimentícios de alto desempenho reforçados com fibras, cuja principal característica é a altíssima ductilidade. Esta propriedade faz com que os mesmos sejam capazes de superar muitas das limitações dos overlays de concreto tradicionais. Fibras de PVA com uma camada superficial modificada foram especialmente desenvolvidas para serem empregadas no reforço de ECCs (ou PVAECC). O custo de tais fibras é o principal responsável pelo elevado custo dos ECCs, o que pode inviabilizar seu emprego em alguns casos. Buscando alternativas, este estudo se focou na investigação da possibilidade de uso de fibras de polipropileno (PP) de alto desempenho. Estas fibras, com custo mais atraente, já são produzidas comercialmente no Brasil, e usadas na produção de fibrocimento. As mesmas se demonstraram adequadas para uso como reforço em ECCs (ou PPECC), sendo capazes de garantir que se atinja um comportamento dúctil através do desenvolvimento de um processo de múltipla fissuração. Um resultado importante foi que a dimensão média da abertura das fissuras nos PPECC foi de 10 m, enquanto nos PVAECC a mesma era 60 m. Este resultado pode resultar em incrementos na durabilidade de estruturas. Além disto, o trabalho investigou o comportamento à flexão e fadiga dos ECCs reforçados com fibras de polipropileno. Os resultados demonstraram que os compósitos produzidos com cimento Portland tipo V-ARI não se comportam adequadamente à fadiga, uma vez que ocorre a deterioração das fibras. Por outro lado, os compósitos produzidos com cimento tipo I, já usualmente empregado em ECCs, apresentaram resultados satisfatórios. Um modelo de previsão de vida útil foi gerado para recapeamentos de PPECC, PVAECC e concreto, em função das espessuras dos revestimentos. O mesmo indicou que os ECCs requerem camadas 1,5 a 2,5 vezes mais finas que as usuais de concreto. O material foi, então, testado especificamente quanto à resistência à fissuração por reflexão. Os resultados demonstraram que o PPECC pode modificar o modo de ruptura frágil dos recapeamentos através do processo de múltipla fissuração. Na última etapa do trabalho foi realizada uma análise do ciclo de vida e dos custos do ciclo de vida de quatro diferentes sistemas de recapeamento – concreto, asfalto, PVAECC e PPECC. Os resultados mostram que os overlays de ECCs são bastante atrativos, pois diminuem tanto o consumo de energia associado aos processos de projeto, construção e manutenção do recapeamento, bem como reduzem a liberação de emissões gasosas à atmosfera, constituindo uma alternativa mais sustentável que as demais. Os sistemas de recapeamento com ECC também resultaram em vantagens econômicas. Apesar do alto custo inicial, a menor frequência de atividades de manutenção resulta em uma redução do custo total ao longo do período de 40 anos considerado. Isto representa uma importante economia em termos de custos diretos para os responsáveis pelas rodovias. De forma geral, o trabalho evidenciou a viabilidade de uso dos PPECCs para reabilitação de pavimentos. / Many old pavements in service today are approaching the end of their design service lives. Others are in dire need of major repair to continue serving, resulting in economical, environmental and social impacts by increasing vehicle fuel consumption and maintenance costs, traffic jam and delays. For pavements subject to moderate and heavy traffic, concrete overlays are increasingly being used as a cost effective and sustainable rehabilitation technique. However, concrete overlays have some physical limitations that contribute to durability concerns, which increase the probability of pavement overlay failure and maintenance frequency. Consequently, alternative materials are being developed to improve overlay performance. Engineered Cementitious Composites (ECC) are a special type of high performance fiber reinforced cementitious composites, designed for high ductility and damage tolerance which may overcome concrete overlay limitations. Polyvinylalcohol (PVA) fibers with special coating are typically used as reinforcement of ECC. Although some successful field application of PVAECC, the use of ECC is restrained by the high cost of the material, consequence of high PVA fibers cost. This research is focused on the investigation of using high tenacity polypropylene fibers as reinforcement of engineered cementitious composites (PPECC). Those fibers are produced and available in Brazil for fibrocement industry by less than half price of PVA fibers. PP fibers have demonstrated good performance in reinforcing ECC, assuring composite strain-hardening behavior through the development of multiple cracking processes. An important finding was the tinier crack opening of PPECC – 10 m average- comparing to PVAECC – 60 m average. This result may result in higher material durability. Furthermore, flexural and fatigue behavior or ECCs reinforced with PP fibers were investigated. Results have shown that Portland cement type V (high early strength) is not adequate for PPECCs subject to fatigue loading, resulting in fiber deterioration and premature rupture. By the other hand, promising results were found with cement ordinary type I, usually used in ECC production. A model of service life prediction was developed for PPECC, PVAECC and concrete overlays correlated to overlay thickness. Results have shown that ECCs may reduce overlay thickness in 1.5 to 2.5 times the usual thickness of overlay concrete. Reflective cracking resistance of PPECC was also testes. From the results it is possible to deduce that PPECC may modify typical rupture mode of concrete overlays through the development of multiple cracking. In the last stage of this work, life cycle analyses and life cycle cost analyses of four different overlays systems – concrete, hot mix asphalt, PVAECC and PPECC – were carried out. The results of this study have shown that an ECC overlay system have lower environmental burdens, reducing the energy consumption related to design, construction and maintenance activities, reducing green house effect as well. Life cycle costs analyses over a 40 years service life revealed that PPECC is the most economical overlay system compared to concrete, hot mix asphalt and PVAECC overlay systems. Agency costs are significantly reduced by adopting PPECC overlays. PPECC is a feasible alternative for pavement rehabilitation.

Esta pesquisa apresenta um estudo de uma argamassa modificada para uso como elemento de ligação entre elementos de concreto pré-moldado. A argamassa utilizada nesta pesquisa é obtida pela introdução de látex estireno-butadieno (SB) e fibras de polipropileno a uma argamassa de cimento e areia. Estas adições modificam suas propriedades mecânicas, proporcionando o aumento da deformabilidade por diminuição do módulo de elasticidade do compósito, conferindo-lhe características favoráveis ao uso como elemento de apoio para elementos pré-moldados de concreto. Foram realizados ensaios de caracterização do compósito por meio da obtenção das resistências à compressão e à tração e, do módulo de elasticidade para corpos-de-prova cilíndricos com 50 mm de diâmetro com 100 mm de altura. Ensaios de capacidade de deformação, capacidade de rotação e capacidade de acomodação de imperfeições e distribuição das tensões foram realizados em almofadas de 150 mm x 150 mm com espessura de 10 mm. Os resultados mostraram que o material possui boa capacidade de se deformar em níveis de tensão da ordem de 10 a 20 MPa mantendo sua resiliência. Valores de rotações entre 0,01 e 0,02 rad foram obtidos nos ensaios, sendo estas maiores que os valores necessários para a maioria dos casos convencionais de projeto. Na acomodação e distribuição das tensões, a presença das almofadas promoveu uma melhora de 25% no desempenho de ligações submetidas à compressão uniforme, com rugosidades de 1,0 mm. / This research presents a study of a mortar modified to use as bearing pad between precast concrete elements. The mortar used in this research is achieved by the introduction of styrene-butadiene latex (SB) and polypropylene fibers into a cement mortar and sand, modifying their mechanical properties, as increase of the potential deformation by decrease of the composite modulus of elasticity, providing favorable characteristics to the use as bearing pad for precast concrete elements. Cylindrical samples of 50 mm of diameter with height of 100 mm were molded and tested to determination the compressive and the tensile strength and also the modulus of elasticity of the composite. Compression tests with cushions of 150 mm x 150 mm of base with thickness of 10 mm were done to determinate the deformation capacity, rotation capacity and capacity of accommodation of imperfections and distribution of the stresses between precast elements. The results showed that the material has a capacity to deform in levels of tension from 10 to 20 MPa maintaining his resilience. Values of rotations among 0,01 and 0,02 rad were obtained, being these larger ones than the necessary values for most of the conventional cases of project. In the accommodation and distribution of the stresses, the presence of the bearing pad promoted an improvement of 25% in the strength of connections subject to uniform compressive stresses, with surface irregularities of 1,0 mm.

Essa pesquisa apresenta um estudo da composição de concreto reforçado com fibras de polipropileno e objetiva avaliar seu comportamento estrutural em um tipo de painel alveolar de parede fina. A adição de alto teor de fibras de polipropileno ao concreto modifica algumas de suas propriedades mecânicas, conferindo ao compósito maior resistência à tração, resistência à flexão, resistência ao impacto e tenacidade. Inicialmente foram realizados ensaios de caracterização do compósito, sendo eles: consistência, resistência à compressão axial, módulo de elasticidade, resistência à tração por compressão diametral, resistência à tração na flexão e tenacidade. Estudou-se o comportamento de todas essas propriedades mecânicas para os teores de fibras de polipropileno de 0, 1 e 2% em volume de concreto. Com intuito de estudar o comportamento mecânico dos painéis alveolares de parede fina pela adição de fibras, foram realizados ensaios de carga concentrada e flexão. Este estudo foi realizado para os teores de fibra de 0 e 2%. Foram produzidos dois tipos de corpos de prova, ambos com seção transversal de 300 mm x 140 mm, e comprimentos de 600 mm e 1200 mm, para cada teor de fibra e respectivamente para os ensaios de carga concentrada e flexão. Para os ensaios de caracterização, não houve indícios de resultados significantes da adição dos teores de fibras 1 e 2% para a resistência à compressão e módulo de elasticidade. Já os ensaios de consistência, resistência à tração e tenacidade, apresentaram resultados expressivos, principalmente para o teor de fibra de 2%. Para os ensaios nos corpos de prova no painel quanto à carga concentrada, observou-se aproximadamente dez vezes maior capacidade de carga, cinco vezes maior capacidade de deslocamento e sete vezes maior resistência à punção. Os ensaios à flexão no painel apresentaram tensões resistentes pouco menores para os corpos de prova do painel contendo 2% de fibras. Conclui-se então que as propriedades do material cimentício com elevado teor de fibras são apropriadas para aplicação em painéis alveolares de parede fina. No entanto, é necessário melhorar a trabalhabilidade da mistura, pois devido às pequenas espessuras das paredes do painel, o adensamento do material não foi realizado de forma satisfatória. / This research presents a study on the composition of polypropylene fiber reinforced concrete and intents to evaluate its structural behavior in a type of thin-walled hollow core panel. The addition of high content of polypropylene fibers to the concrete modifies some of its mechanical properties, giving the composite greater split tensile strength, flexural strength, impact strength and toughness. Firstly, characterization tests of the composite were performed: consistency, compressive strength, modulus of elasticity, split tensile strength, flexural tensile strength and toughness. It was studied the behavior of all these mechanical properties for the contents of polypropylene fibers of 0,1 and 2% by volume of concrete. In order to study the mechanical behavior of the thin-walled hollow core panels by the addition of fibers, were performed concentrated load and flexural tests. This study was performed for fiber contents of 0 and 2%. Two types of specimens were produced, both with a cross section of 300 mm x 140 mm, and lengths of 600 mm and 1200 mm, for each fiber content and to be tested respectively for the concentrated load and flexural tests. For the characterization tests, there was no evidence of significant results arising on the addition of the fiber contents 1 and 2% for the compressive strength and modulus of elasticity. The tests of consistency, tensile strength and toughness presented significant results, especially for the fiber content of 2%. The flexural tests on the panel showed slightly lower tensile strengths for specimens containing 2% fibers. It is then concluded that the properties of the high fiber cementitious material are suitable for application in thin-walled alveolar panels. However, it is necessary to improve the workability of the composite, because due to the small thicknesses of the panel walls, a satisfactorily consolidation of the material has not been achieved.

Uma parcela substancial das rodovias do país apresenta processos de deterioração graves de seus pavimentos, fato que acarreta sérios impactos econômicos, sociais e ambientais, resultando em aumento do consumo de combustível, dos gastos com manutenção dos veículos, da frequência de engarrafamentos e do tempo gasto em deslocamentos. A utilização de recapeamentos ou overlays de concreto tem demonstrado ser uma alternativa sustentável e econômica para a reabilitação de pavimentos. No entanto, em muitos casos, os overlays de concreto não tem conseguido prevenir a ocorrência de fissuração por reflexão. Os Engineered Cementitious Composite (ECCs) são um tipo especial de compósitos cimentícios de alto desempenho reforçados com fibras, cuja principal característica é a altíssima ductilidade. Esta propriedade faz com que os mesmos sejam capazes de superar muitas das limitações dos overlays de concreto tradicionais. Fibras de PVA com uma camada superficial modificada foram especialmente desenvolvidas para serem empregadas no reforço de ECCs (ou PVAECC). O custo de tais fibras é o principal responsável pelo elevado custo dos ECCs, o que pode inviabilizar seu emprego em alguns casos. Buscando alternativas, este estudo se focou na investigação da possibilidade de uso de fibras de polipropileno (PP) de alto desempenho. Estas fibras, com custo mais atraente, já são produzidas comercialmente no Brasil, e usadas na produção de fibrocimento. As mesmas se demonstraram adequadas para uso como reforço em ECCs (ou PPECC), sendo capazes de garantir que se atinja um comportamento dúctil através do desenvolvimento de um processo de múltipla fissuração. Um resultado importante foi que a dimensão média da abertura das fissuras nos PPECC foi de 10 m, enquanto nos PVAECC a mesma era 60 m. Este resultado pode resultar em incrementos na durabilidade de estruturas. Além disto, o trabalho investigou o comportamento à flexão e fadiga dos ECCs reforçados com fibras de polipropileno. Os resultados demonstraram que os compósitos produzidos com cimento Portland tipo V-ARI não se comportam adequadamente à fadiga, uma vez que ocorre a deterioração das fibras. Por outro lado, os compósitos produzidos com cimento tipo I, já usualmente empregado em ECCs, apresentaram resultados satisfatórios. Um modelo de previsão de vida útil foi gerado para recapeamentos de PPECC, PVAECC e concreto, em função das espessuras dos revestimentos. O mesmo indicou que os ECCs requerem camadas 1,5 a 2,5 vezes mais finas que as usuais de concreto. O material foi, então, testado especificamente quanto à resistência à fissuração por reflexão. Os resultados demonstraram que o PPECC pode modificar o modo de ruptura frágil dos recapeamentos através do processo de múltipla fissuração. Na última etapa do trabalho foi realizada uma análise do ciclo de vida e dos custos do ciclo de vida de quatro diferentes sistemas de recapeamento – concreto, asfalto, PVAECC e PPECC. Os resultados mostram que os overlays de ECCs são bastante atrativos, pois diminuem tanto o consumo de energia associado aos processos de projeto, construção e manutenção do recapeamento, bem como reduzem a liberação de emissões gasosas à atmosfera, constituindo uma alternativa mais sustentável que as demais. Os sistemas de recapeamento com ECC também resultaram em vantagens econômicas. Apesar do alto custo inicial, a menor frequência de atividades de manutenção resulta em uma redução do custo total ao longo do período de 40 anos considerado. Isto representa uma importante economia em termos de custos diretos para os responsáveis pelas rodovias. De forma geral, o trabalho evidenciou a viabilidade de uso dos PPECCs para reabilitação de pavimentos. / Many old pavements in service today are approaching the end of their design service lives. Others are in dire need of major repair to continue serving, resulting in economical, environmental and social impacts by increasing vehicle fuel consumption and maintenance costs, traffic jam and delays. For pavements subject to moderate and heavy traffic, concrete overlays are increasingly being used as a cost effective and sustainable rehabilitation technique. However, concrete overlays have some physical limitations that contribute to durability concerns, which increase the probability of pavement overlay failure and maintenance frequency. Consequently, alternative materials are being developed to improve overlay performance. Engineered Cementitious Composites (ECC) are a special type of high performance fiber reinforced cementitious composites, designed for high ductility and damage tolerance which may overcome concrete overlay limitations. Polyvinylalcohol (PVA) fibers with special coating are typically used as reinforcement of ECC. Although some successful field application of PVAECC, the use of ECC is restrained by the high cost of the material, consequence of high PVA fibers cost. This research is focused on the investigation of using high tenacity polypropylene fibers as reinforcement of engineered cementitious composites (PPECC). Those fibers are produced and available in Brazil for fibrocement industry by less than half price of PVA fibers. PP fibers have demonstrated good performance in reinforcing ECC, assuring composite strain-hardening behavior through the development of multiple cracking processes. An important finding was the tinier crack opening of PPECC – 10 m average- comparing to PVAECC – 60 m average. This result may result in higher material durability. Furthermore, flexural and fatigue behavior or ECCs reinforced with PP fibers were investigated. Results have shown that Portland cement type V (high early strength) is not adequate for PPECCs subject to fatigue loading, resulting in fiber deterioration and premature rupture. By the other hand, promising results were found with cement ordinary type I, usually used in ECC production. A model of service life prediction was developed for PPECC, PVAECC and concrete overlays correlated to overlay thickness. Results have shown that ECCs may reduce overlay thickness in 1.5 to 2.5 times the usual thickness of overlay concrete. Reflective cracking resistance of PPECC was also testes. From the results it is possible to deduce that PPECC may modify typical rupture mode of concrete overlays through the development of multiple cracking. In the last stage of this work, life cycle analyses and life cycle cost analyses of four different overlays systems – concrete, hot mix asphalt, PVAECC and PPECC – were carried out. The results of this study have shown that an ECC overlay system have lower environmental burdens, reducing the energy consumption related to design, construction and maintenance activities, reducing green house effect as well. Life cycle costs analyses over a 40 years service life revealed that PPECC is the most economical overlay system compared to concrete, hot mix asphalt and PVAECC overlay systems. Agency costs are significantly reduced by adopting PPECC overlays. PPECC is a feasible alternative for pavement rehabilitation.

The Fluid Concrete (FC) is a concrete that has high fluidity, which may allow the filling of molds without the need of mechanical compaction, only under the action of its own weight. As a concrete whole, the FC has low tensile strength, and an alternative to minimize this limitation is the inclusion of fibers to the concrete. The incorporation of fiber reinforced composite and induce tensile stresses. Within this context, this paper aims to provide a contribution to the production of a fluid concrete fiber, rubber and polypropylene and addition of waste from the processing of marble and granite(FFC). The methodology dosage used was Gomes (2002) for obtaining fluid concrete (FC) being adapted for insertion of fiber. To study the properties of compacting tests were carried out in the fresh state, such as scattering, V funnel and box L. To check the mechanical properties tests were performed in the hardened state, such as compression, tensile and modulus of elasticity with cylindrical body-of - proof dimensions of 10cm x 20cm RC and FFC, with fiber content rubber 2.0% polypropylene and 0.25% of the amount by weight of cement. As a result, the SC showed a decrease in scattering maximum diameter with increasing fiber content entered. The compressive strength and modulus of elasticity decreased, since the tensile strength showed an increase when compared to RC. From the results it is concluded that the FFC is not self compacting concrete, but has characteristics of self compacting, the increase in tensile strength indicates a higher ability to absorb impact. The FFC helps reduce scrap waste, reducing the environmental impact by becoming a ecoeffient concrete. / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Define-se como Concreto Fluido (CF) um concreto que apresenta abatimento entre 18cm e 25cm. Essa elevada fluidez pode permitir o preenchimento de fôrmas sem que haja necessidade de adensamento mecânico, apenas sob a ação do seu peso próprio. Como todo concreto, o CF possui baixa resistência à tração, e uma alternativa de minimizar essa limitação é a inserção de fibras ao concreto. A incorporação de fibras pode reforçar o compósito e permitir maior absorção de tensões de tração. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem como objetivo proporcionar uma contribuição ao estudo de compósitos por meio da produção de um concreto fluido com fibras de borracha e de polipropileno e adição de resíduos do beneficiamento de mármore e granito (CFF). A Metodologia de dosagem utilizada para a obtenção desse concreto foi a de Gomes (2002) estabelecida para concreto autoadensável, com adaptações para inserção das fibras. Para o estudo das propriedades de adensabilidade foram realizados ensaios no estado fresco, tais como: espalhamento, funil V e caixa em L. Para verificação das propriedades mecânicas foram realizados ensaios no estado endurecido, tais como: compressão, tração e módulo de elasticidade, com corpos-de-prova cilíndricos de dimensões de 10cm x 20cm de CR e de CFF, com teor de fibras de borracha de 2,0% e de polipropileno de 0,25% da quantidade de cimento em massa. Como resultados, o CFF apresentou características de autoadensabilidade com um diâmetro máximo de espalhamento de 62,5cm. A resistência à compressão e o módulo de elasticidade apresentou uma redução, já a resistência à tração apresentou um aumento quando comparados ao Concreto de Referencia (CR). Dos resultados conclui-se que o CFF possui características de autoadensabilidade e acréscimo na resistência à tração. O CFF com fibras permitiu a incorporação de um resíduo inservível, reduzindo o impacto ambiental e se caracterizando como um concreto ecoefiente.

Buscando evitar as anomalias surgidas nos revestimentos de argamassa, muitos projetistas e construtores têm procurado soluções alternativas, dentre as quais aparece o emprego de argamassas com adição de fibras. Porém, o conhecimento sobre o comportamento deste compósito é empírico, principalmente no Brasil, onde inexistem pesquisas sistêmicas sobre o assunto. A partir deste contexto, o presente trabalho teve por objetivo investigar a influência da adição de fibras de polipropileno em argamassas para revestimento, no que se refere ao seu comportamento reológico e mecânico. Para avaliar o comportamento reológico, foram empregadas as técnicas de ensaio dropping ball e squeeze flow, e a avaliação da aplicabilidade quanto à execução do revestimento, utilizando o conhecimento de um operário experiente. Para avaliar o comportamento mecânico, foram utilizados ensaios relativos a resistência à tração na flexão, resistência à compressão e módulo de elasticidade dinâmico. Os compósitos de argamassa produzidos no trabalho apresentam variação na matriz e no teor de fibras. A variação na matriz compreendeu o tipo de argamassa e a dosagem de água. Foram utilizadas duas argamassas, largamente empregadas no mercado da Construção Civil, uma com baixo teor de ar incorporado (da ordem de 5%) e outra com alto teor (da ordem de 30%) e foram utilizados seis teores de água. Quanto à fibra, empregou-se um único tipo, com 6mm de comprimento, variando-se o seu teor na mistura, com cinco dosagens distintas. Como resultado, constatou-se que a adição de fibras influencia na reologia das argamassas devido (não somente) às suas características físicas e mecânicas, mas também porque ao serem introduzidas, modificam fortemente as características da matriz original, como por exemplo, as alterações do teor de ar incorporado. Assim, constatou-se que a adição de fibras na argamassa com baixo teor de ar elevou este teor; enquanto na com alto teor de ar, a adição de fibras reduziu o teor de ar. Estas alterações conferiram condições de aplicabilidade particulares a cada tipo de argamassa. O comportamento mecânico das argamassas também foi alterado. Dentre os “modificadores reológicos” estudados, o teor de fibras na argamassa com baixo teor de ar incorporado foi o que mais contribuiu com a alteração da propriedade mecânica; enquanto para a argamassa com alto teor de ar, o teor de água é o que mais afeta o comportamento mecânico. / Many designers and constructors have been looking for alternative solutions trying to avoid types of anomalies in the mortar rendering. One of these solutions is the application of mortar with fibres’ addition. However, the knowledge concerning the composite behavior is very empirical, mainly in Brazil where there are no systematic researches about this subject. From this context, the objective of this job is to investigate the influence of the polypropylene fibres’ addition in the rheological and mechanical behavior of the mortar applied in rendering. For the study of the rheological behavior, laboratory evaluations were done using the following methods: dropping ball and squeeze flow. Furthermore, for the applicability evaluation, the knowledge of an expert was taken into account. For the study of the mechanical behavior, laboratory evaluations were done using the following methods: evaluation of the flexural strength, compressive strenght and dynamic elastic modulus. In this job, the mortar composites present variation in the matrice and fibre. The variation in the matrice involves the mortar type and the water dosage. Two mortars widely used in the civil construction market were used in this present work: one with low air voids formation (about 5%) and other with high air voids formation (about 30%). Six water percentages were also used in the matrice variation. Polypropylene fibres with length 6mm were used in the fibre variation. Five different fibre percentages were used in the mixes. As results, the fibres’ addition evidenced alterations in the mortars rheological due (not only) to physicals and mechanicals characteristics, but also because when the fibres were inserted, they modified the characteristics of the original matrice strongly, as for example, the alteration of the incorporated air percentage. So, the fibres’ addition in the mortar with low air voids formation increased the air formation; while in the mortar with high air voids formation, the fibres’ addition decreased the air formation. These alterations evidenced the specifics applicability conditions for each type of mortar. The mortar mechanical behavior also was altered. Inside the “rheological modifications” studied, the fibre percentage in the mortar with low air voids formation was what more contributed with the alteration of the mechanical property; while that the mortar with high air voids formation, the water percentage is what more affected the mechanical behavior.

This thesis deals with the behavior of cement concrete at high temperature with a focus on the impact behavior of aggregate, cement type and polypropylene fiber reinforcement. The theoretical part describes the issue of cement concrete at high temperatures, especially processes in the cement matrix, aggregates and polypropylene fibers. Furthermore, theoretical part describes the selection of a suitable type of cement and aggregates in concrete exposed to high temperatures. In the experimental part was designed the concrete composition with various kinds different types of aggregates and two types of cements. The temperature stress of test samples was performed according to ISO standard temperature curve 834. Subsequently, was made the verification of the physic-mechanical properties such as changes in bulk density and compressive strength after heat load. Moreover, the surface appearance of samples after heat load was evaluated, especially the occurrence of samples, the crack width and explosive spalling. Mineralogical composition changes of prepared samples before and after heat load were observed via X-ray diffraction analysis. Finally, we made a photogrammetry on a test plates after heat load which defined the size of the area and depth of spalling concrete surface.