published_or_final_version / Civil Engineering / Master / Master of Science in Engineering

Thesis (Ph. D.)--University of Canterbury, 2007. / Typescript (photocopy). "April 2007." Includes bibliographical references (p. 275-289). Also available via the World Wide Web.

Thesis (M.E.)--University of Canterbury, 2008. / Typescript (photocopy). Includes bibliographical references. Also available via the World Wide Web.

Thesis (M.E.)--University of Canterbury, 2006. / Typescript (photocopy). Includes bibliographical references. Also available via the World Wide Web.

O desgaste superficial por abrasão é uma manifestação patológica que decorre do atrito entre partículas secas e a superfície do material, causando uma perda progressiva das camadas mais externas da estrutura. Entender esse mecanismo de deterioração e ainda os parâmetros que influenciam a sua ocorrência são preocupações válidas, visto que ele compromete a durabilidade e a funcionalidade de estruturas, tais como pisos de concreto. Além disso, a correção desta manifestação patológica exige gastos elevados com reparo ou substituição do concreto e, dessa maneira, a necessidade de maiores estudos buscando ações mais efetivas na prática é justificada. Neste particular, estudou-se a influência das propriedades relacionadas à matriz e à superfície na resistência à abrasão dos compósitos. Para tanto, alguns fatores que influenciam na qualidade dos concretos empregados em pisos, como o tipo de cimento (CP IV; CP V-ARI), a relação água/aglomerante (0,40; 0,60), o teor de substituição de sílica ativa (0%; 10%) e o tipo de cura (submersa; caixa aquecida) foram avaliados. Os ensaios adotados para estudar a influência das propriedades de massa no mecanismo de degaste foram os de resistência à compressão uniaxial, resistência à tração na flexão e exsudação. Já os ensaios para verificar a influência das propriedades de superfície na magnitude desse mecanismo foram os de dureza superficial, resistência à abrasão, porosimetria por intrusão de mercúrio, microdureza por indentação, análises em microscópio estereoscópico e a digitalização tridimensional à laser. Os resultados encontrados mostraram uma influência estatística significativa do tipo de cimento sobre todas as propriedades avaliadas, sendo que o cimento de alta resistência inicial apresentou melhor desempenho em comparação ao cimento pozolânico, considerando uma mesma idade de análise (63 dias). Além disso, verificou-se uma influência estatística significativa da relação a/agl no comportamento dos concretos, onde a relação a/agl 0,6 aumentou os índices de desgaste das amostras em relação as de referência (a/agl 0,4), conforme esperado. Quanto ao tipo de cura, os compósitos curados de forma submersa apresentaram os melhores resultados frente ao desgaste superficial comparando-se àqueles mantidos na cura em caixa aquecida. Finalmente, analisando o teor de substituição de sílica ativa, observou-se que a substituição de 10 % sobre a massa de cimento proporcionou acréscimos estatisticamente significativos na resistência à abrasão das amostras com menor relação a/agl; somando-se a isto, a presença da sílica minimizou o efeito da cura em caixa aquecida na camada superficial das amostras de concreto submetidas ao desgaste. Concluindo, a resistência à abrasão dos concretos mostrou ter uma importante relação não somente com as suas propriedades de massa, mas também com a qualidade da sua camada superficial, uma vez que apresentou forte correlação com as características de superfície avaliadas, como a dureza superficial, a microdureza e a porosimetria ao mercúrio. Além disso, salienta-se que o ensaio de dureza superficial por esclerometria poderia ser adotado como parâmetro para determinação direta da resistência ao desgaste e sugere-se que a exsudação dos pisos de concreto venha a ser o fator principal no controle da qualidade da camada superficial da placa de concreto. / Surface abrasion wear is a pathological manifestation triggered by friction between dried particles and the surface of the material, provoking a progressive loss of the outermost layers. The comprehension of this mechanism of deterioration and also the parameters that influence its occurrence are valid concerns, since it compromises the durability and functionality of structures such as concrete floors. In addition, repair this pathological manifestation or replace the damage concrete require high expenditure. Thus, the necessity of further studies seeking for practical effective actions is justified. In this particular, the aim of this work was to study the influence of properties related to the matrix and the surface of composites on abrasion resistance. For this purpose, some factors that influence the quality of the concrete used in floors, including the cement type (CP IV; CP V-ARI), the water / binder ratio (0.40, 0.60), the replacement content of silica fume (0%, 10%) and the conditions of cure (submerged; heat box) were evaluated. The assays employed in order to study the influence of mass properties on the wear mechanism were the compressive strength, flexural tensile strength and bleeding. As regards to the influence of surface properties on the magnitude of this mechanism, it was verified by testing the surface hardness, abrasion resistance, porosimetry by mercury intrusion, microhardness by indentation, analysis in stereoscopic microscope and three-dimensional laser scanning. The obtained data demonstrated a statistically significant influence of cement type on all assessed properties, with the high early strength cement presenting a better performance as compared to pozzolan cement, considering a similar age of analysis (63 days). Furthermore, there was a statistically significant influence of water / binder ratio on concrete behavior, where the water / binder ratio of 0.6 increased the wear rates of the samples in comparison to the reference (water / binder 0.4), as expected. Regarding to the conditions of cure, the submerged composites showed better results against surface wear as compared to those kept in the heat box. Finally, it was observed that the replacement content of silica fume of 10% on the cement mass provided statistically significant increases in abrasion resistance of samples with lower water / binder ratio. In addition, the presence of silica minimized the effects of curing in a heat box on the surface layer of concrete samples that were submitted to wear. In conclusion, the abrasion resistance of concretes demonstrated an important relationship not only with the mass properties of these structures but also with the quality of their surface layer, since a strong correlation with the evaluated surface features was observed, including surface hardness, microhardness and porosimetry by mercury intrusion. Moreover, it is emphasized that the surface hardness assay by rebound hammer may be used as a parameter for direct determination of wear resistance and it is suggested that bleeding of concrete floors might be the main factor for controlling the surface layer quality of the concrete slab.

O desgaste superficial por abrasão é uma manifestação patológica que decorre do atrito entre partículas secas e a superfície do material, causando uma perda progressiva das camadas mais externas da estrutura. Entender esse mecanismo de deterioração e ainda os parâmetros que influenciam a sua ocorrência são preocupações válidas, visto que ele compromete a durabilidade e a funcionalidade de estruturas, tais como pisos de concreto. Além disso, a correção desta manifestação patológica exige gastos elevados com reparo ou substituição do concreto e, dessa maneira, a necessidade de maiores estudos buscando ações mais efetivas na prática é justificada. Neste particular, estudou-se a influência das propriedades relacionadas à matriz e à superfície na resistência à abrasão dos compósitos. Para tanto, alguns fatores que influenciam na qualidade dos concretos empregados em pisos, como o tipo de cimento (CP IV; CP V-ARI), a relação água/aglomerante (0,40; 0,60), o teor de substituição de sílica ativa (0%; 10%) e o tipo de cura (submersa; caixa aquecida) foram avaliados. Os ensaios adotados para estudar a influência das propriedades de massa no mecanismo de degaste foram os de resistência à compressão uniaxial, resistência à tração na flexão e exsudação. Já os ensaios para verificar a influência das propriedades de superfície na magnitude desse mecanismo foram os de dureza superficial, resistência à abrasão, porosimetria por intrusão de mercúrio, microdureza por indentação, análises em microscópio estereoscópico e a digitalização tridimensional à laser. Os resultados encontrados mostraram uma influência estatística significativa do tipo de cimento sobre todas as propriedades avaliadas, sendo que o cimento de alta resistência inicial apresentou melhor desempenho em comparação ao cimento pozolânico, considerando uma mesma idade de análise (63 dias). Além disso, verificou-se uma influência estatística significativa da relação a/agl no comportamento dos concretos, onde a relação a/agl 0,6 aumentou os índices de desgaste das amostras em relação as de referência (a/agl 0,4), conforme esperado. Quanto ao tipo de cura, os compósitos curados de forma submersa apresentaram os melhores resultados frente ao desgaste superficial comparando-se àqueles mantidos na cura em caixa aquecida. Finalmente, analisando o teor de substituição de sílica ativa, observou-se que a substituição de 10 % sobre a massa de cimento proporcionou acréscimos estatisticamente significativos na resistência à abrasão das amostras com menor relação a/agl; somando-se a isto, a presença da sílica minimizou o efeito da cura em caixa aquecida na camada superficial das amostras de concreto submetidas ao desgaste. Concluindo, a resistência à abrasão dos concretos mostrou ter uma importante relação não somente com as suas propriedades de massa, mas também com a qualidade da sua camada superficial, uma vez que apresentou forte correlação com as características de superfície avaliadas, como a dureza superficial, a microdureza e a porosimetria ao mercúrio. Além disso, salienta-se que o ensaio de dureza superficial por esclerometria poderia ser adotado como parâmetro para determinação direta da resistência ao desgaste e sugere-se que a exsudação dos pisos de concreto venha a ser o fator principal no controle da qualidade da camada superficial da placa de concreto. / Surface abrasion wear is a pathological manifestation triggered by friction between dried particles and the surface of the material, provoking a progressive loss of the outermost layers. The comprehension of this mechanism of deterioration and also the parameters that influence its occurrence are valid concerns, since it compromises the durability and functionality of structures such as concrete floors. In addition, repair this pathological manifestation or replace the damage concrete require high expenditure. Thus, the necessity of further studies seeking for practical effective actions is justified. In this particular, the aim of this work was to study the influence of properties related to the matrix and the surface of composites on abrasion resistance. For this purpose, some factors that influence the quality of the concrete used in floors, including the cement type (CP IV; CP V-ARI), the water / binder ratio (0.40, 0.60), the replacement content of silica fume (0%, 10%) and the conditions of cure (submerged; heat box) were evaluated. The assays employed in order to study the influence of mass properties on the wear mechanism were the compressive strength, flexural tensile strength and bleeding. As regards to the influence of surface properties on the magnitude of this mechanism, it was verified by testing the surface hardness, abrasion resistance, porosimetry by mercury intrusion, microhardness by indentation, analysis in stereoscopic microscope and three-dimensional laser scanning. The obtained data demonstrated a statistically significant influence of cement type on all assessed properties, with the high early strength cement presenting a better performance as compared to pozzolan cement, considering a similar age of analysis (63 days). Furthermore, there was a statistically significant influence of water / binder ratio on concrete behavior, where the water / binder ratio of 0.6 increased the wear rates of the samples in comparison to the reference (water / binder 0.4), as expected. Regarding to the conditions of cure, the submerged composites showed better results against surface wear as compared to those kept in the heat box. Finally, it was observed that the replacement content of silica fume of 10% on the cement mass provided statistically significant increases in abrasion resistance of samples with lower water / binder ratio. In addition, the presence of silica minimized the effects of curing in a heat box on the surface layer of concrete samples that were submitted to wear. In conclusion, the abrasion resistance of concretes demonstrated an important relationship not only with the mass properties of these structures but also with the quality of their surface layer, since a strong correlation with the evaluated surface features was observed, including surface hardness, microhardness and porosimetry by mercury intrusion. Moreover, it is emphasized that the surface hardness assay by rebound hammer may be used as a parameter for direct determination of wear resistance and it is suggested that bleeding of concrete floors might be the main factor for controlling the surface layer quality of the concrete slab.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O concreto reforçado com fibras de aço é um material compósito, onde o concreto é a matriz e o reforço são as fibras. No Brasil ele começou a ser utilizado na década de 90, e atualmente é uma das soluções mais eficientes para os pisos industriais, que são estruturas muito importantes, pois se constituem na base de toda a produção. Um problema nesses pisos pode significar prejuízos financeiros na ocorrência de interrupção das atividades industriais. Foram estudadas algumas fibras utilizadas como adição para o concreto, em especial as de aço. Foram abordados os principais tipos de pisos de concreto, com ênfase nos reforçados com fibras de aço, suas características, interações fibra x matriz, parâmetros de eficiência, controle de qualidade, principais patologias e terapias, bem como carregamentos atuantes e critérios de dimensionamento. Concluiu-se que as fibras de aço desempenham importante papel no controle de propagação das fissuras, aumentando a ductilidade da placa e a tenacidade, podendo até aumentar a capacidade portante da estrutura dependendo do volume de fibras empregado. / The steel fiber reinforcement concrete is a composite material. The concrete is the matrix and the reinforcement are fibers. In Brazil, it started to be used in the decade of 90, and nowadays its one of the most efficient solution for industrial floors, witch are very important structures because the whole production consists on it. A problem with these kind of floors is that it creates financial damages in the occurrence of interruption of industrial activities. Some fibers had been studied as an addition to the concrete, mostly the steel ones. The main types of concrete floors had been boarded, with emphasis on the reinforced with steel fiber, looking for its characteristics, interactions fiber x matrix, efficiency parameters, quality control, main pathologies and therapies, as well as existent loads and dimensions. It was concluded that the fiber steel performance has an important role in the control of propagation of the cracks, increasing the residual strength factors, even being able to increase the capacity of the structure, depending on the volume of fiber steel that is applied.

O desgaste superficial por abrasão é uma manifestação patológica que decorre do atrito entre partículas secas e a superfície do material, causando uma perda progressiva das camadas mais externas da estrutura. Entender esse mecanismo de deterioração e ainda os parâmetros que influenciam a sua ocorrência são preocupações válidas, visto que ele compromete a durabilidade e a funcionalidade de estruturas, tais como pisos de concreto. Além disso, a correção desta manifestação patológica exige gastos elevados com reparo ou substituição do concreto e, dessa maneira, a necessidade de maiores estudos buscando ações mais efetivas na prática é justificada. Neste particular, estudou-se a influência das propriedades relacionadas à matriz e à superfície na resistência à abrasão dos compósitos. Para tanto, alguns fatores que influenciam na qualidade dos concretos empregados em pisos, como o tipo de cimento (CP IV; CP V-ARI), a relação água/aglomerante (0,40; 0,60), o teor de substituição de sílica ativa (0%; 10%) e o tipo de cura (submersa; caixa aquecida) foram avaliados. Os ensaios adotados para estudar a influência das propriedades de massa no mecanismo de degaste foram os de resistência à compressão uniaxial, resistência à tração na flexão e exsudação. Já os ensaios para verificar a influência das propriedades de superfície na magnitude desse mecanismo foram os de dureza superficial, resistência à abrasão, porosimetria por intrusão de mercúrio, microdureza por indentação, análises em microscópio estereoscópico e a digitalização tridimensional à laser. Os resultados encontrados mostraram uma influência estatística significativa do tipo de cimento sobre todas as propriedades avaliadas, sendo que o cimento de alta resistência inicial apresentou melhor desempenho em comparação ao cimento pozolânico, considerando uma mesma idade de análise (63 dias). Além disso, verificou-se uma influência estatística significativa da relação a/agl no comportamento dos concretos, onde a relação a/agl 0,6 aumentou os índices de desgaste das amostras em relação as de referência (a/agl 0,4), conforme esperado. Quanto ao tipo de cura, os compósitos curados de forma submersa apresentaram os melhores resultados frente ao desgaste superficial comparando-se àqueles mantidos na cura em caixa aquecida. Finalmente, analisando o teor de substituição de sílica ativa, observou-se que a substituição de 10 % sobre a massa de cimento proporcionou acréscimos estatisticamente significativos na resistência à abrasão das amostras com menor relação a/agl; somando-se a isto, a presença da sílica minimizou o efeito da cura em caixa aquecida na camada superficial das amostras de concreto submetidas ao desgaste. Concluindo, a resistência à abrasão dos concretos mostrou ter uma importante relação não somente com as suas propriedades de massa, mas também com a qualidade da sua camada superficial, uma vez que apresentou forte correlação com as características de superfície avaliadas, como a dureza superficial, a microdureza e a porosimetria ao mercúrio. Além disso, salienta-se que o ensaio de dureza superficial por esclerometria poderia ser adotado como parâmetro para determinação direta da resistência ao desgaste e sugere-se que a exsudação dos pisos de concreto venha a ser o fator principal no controle da qualidade da camada superficial da placa de concreto. / Surface abrasion wear is a pathological manifestation triggered by friction between dried particles and the surface of the material, provoking a progressive loss of the outermost layers. The comprehension of this mechanism of deterioration and also the parameters that influence its occurrence are valid concerns, since it compromises the durability and functionality of structures such as concrete floors. In addition, repair this pathological manifestation or replace the damage concrete require high expenditure. Thus, the necessity of further studies seeking for practical effective actions is justified. In this particular, the aim of this work was to study the influence of properties related to the matrix and the surface of composites on abrasion resistance. For this purpose, some factors that influence the quality of the concrete used in floors, including the cement type (CP IV; CP V-ARI), the water / binder ratio (0.40, 0.60), the replacement content of silica fume (0%, 10%) and the conditions of cure (submerged; heat box) were evaluated. The assays employed in order to study the influence of mass properties on the wear mechanism were the compressive strength, flexural tensile strength and bleeding. As regards to the influence of surface properties on the magnitude of this mechanism, it was verified by testing the surface hardness, abrasion resistance, porosimetry by mercury intrusion, microhardness by indentation, analysis in stereoscopic microscope and three-dimensional laser scanning. The obtained data demonstrated a statistically significant influence of cement type on all assessed properties, with the high early strength cement presenting a better performance as compared to pozzolan cement, considering a similar age of analysis (63 days). Furthermore, there was a statistically significant influence of water / binder ratio on concrete behavior, where the water / binder ratio of 0.6 increased the wear rates of the samples in comparison to the reference (water / binder 0.4), as expected. Regarding to the conditions of cure, the submerged composites showed better results against surface wear as compared to those kept in the heat box. Finally, it was observed that the replacement content of silica fume of 10% on the cement mass provided statistically significant increases in abrasion resistance of samples with lower water / binder ratio. In addition, the presence of silica minimized the effects of curing in a heat box on the surface layer of concrete samples that were submitted to wear. In conclusion, the abrasion resistance of concretes demonstrated an important relationship not only with the mass properties of these structures but also with the quality of their surface layer, since a strong correlation with the evaluated surface features was observed, including surface hardness, microhardness and porosimetry by mercury intrusion. Moreover, it is emphasized that the surface hardness assay by rebound hammer may be used as a parameter for direct determination of wear resistance and it is suggested that bleeding of concrete floors might be the main factor for controlling the surface layer quality of the concrete slab.

Made available in DSpace on 2017-06-01T17:57:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 brunno_antonio_onofre_pinheiro.pdf: 3505579 bytes, checksum: 7291937bfaf4b81f7c817751ec3eea07 (MD5) Previous issue date: 2009-12-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The steel fiber reinforcement concrete is a composite material. The concrete is the matrix and the reinforcement are fibers. In Brazil, it started to be used in the decade of 90, and nowadays it´s one of the most efficient solution for industrial floors, witch are very important structures because the whole production consists on it. A problem with these kind of floors is that it creates financial damages in the occurrence of interruption of industrial activities. Some fibers had been studied as an addition to the concrete, mostly the steel ones. The main types of concrete floors had been boarded, with emphasis on the reinforced with steel fiber, looking for it´s characteristics, interactions fiber x matrix, efficiency parameters, quality control, main pathologies and therapies, as well as existent loads and dimensions. It was concluded that the fiber steel performance has an important role in the control of propagation of the cracks, increasing the residual strength factors, even being able to increase the capacity of the structure, depending on the volume of fiber steel that is applied. / O concreto reforçado com fibras de aço é um material compósito, onde o concreto é a matriz e o reforço são as fibras. No Brasil ele começou a ser utilizado na década de 90, e atualmente é uma das soluções mais eficientes para os pisos industriais, que são estruturas muito importantes, pois se constituem na base de toda a produção. Um problema nesses pisos pode significar prejuízos financeiros na ocorrência de interrupção das atividades industriais. Foram estudadas algumas fibras utilizadas como adição para o concreto, em especial as de aço. Foram abordados os principais tipos de pisos de concreto, com ênfase nos reforçados com fibras de aço, suas características, interações fibra x matriz, parâmetros de eficiência, controle de qualidade, principais patologias e terapias, bem como carregamentos atuantes e critérios de dimensionamento. Concluiu-se que as fibras de aço desempenham importante papel no controle de propagação das fissuras, aumentando a ductilidade da placa e a tenacidade, podendo até aumentar a capacidade portante da estrutura dependendo do volume de fibras empregado.

The industrial concrete floor is a very important part of an industrial building, distribution center, storage or shopping mall, and it must have high quality surfaces for operation. To achieve the high quality we must know the problems and how to treat them. The most important problems on the concrete floors are: (i) cracks which are caused by shrinkage and creep, (ii) curling resulting in a loss of contact between concrete slab and sub-base, and (iii) unevenness In this thesis, it is aimed to investigate the effect of optimizing the concrete mix with and without additional shrinkage reducing agents (SRA) to reduce the crack risk in industrial concrete floors. Four types of concrete recipes are used (A-D) which include a recipe with optimized mix design for minimum shrinkage, a reference recipe (standard mix), an optimized mix with SRA and a fourth recipe with the reference plus SRA. The testing program extended to 224 days of age and comprised e.g. free-shrinkage, restrained shrinkage, weight change, modulus of elasticity, compressive strength, splitting tensile strength and creep of concrete. At early ages, a 28 days, there are large differences in shrinkage-time relations for different mixes. Later than 28 days, the relations are closer. A comparison among shrinkage and creep test results of four recipes shows that recipes A and C have greater crack risk than recipes B and D. The recipe D has also the best result in restrained shrinkage test. These results are because of the aggrega-te graduation, type of cement and shrinkage reducing agents which all have a direct influence on the concrete properties. These tests were done by CBI (The Swedish Cement and Concrete Research Institute) during 2009.