Esta tese aborda a aplicação da tecnologia dos concretos leves de alto desempenho (CLAD) para a produção de elementos construtivos esbeltos pré-fabricados, tais como painéis estruturais e de vedação e peças para cobertura, apresentando um concreto com propriedades especiais em função da utilização conjunta de látex de estireno butadieno (SB), sílica ativa, superplastificante acelerador e agregados leves nacionais, denominado concreto leve de alto desempenho modificado com SB. Desenvolveu-se um amplo programa experimental para a análise dos concretos, tendo como objetivos o estudo dos processos de dosagem e produção, caracterização das propriedades dos concretos nos estados fresco e endurecido, análise da ductilidade de elementos construtivos esbeltos pré-fabricados submetidos à flexão, assim como a obtenção de informações microestruturais sobre a matriz de cimento e a zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento. Os resultados do programa experimental demonstraram que os concretos leves de alto desempenho modificados com SB são extremamente adequados à produção de elementos pré-fabricados esbeltos, devido essencialmente à redução da massa específica e ao excelente desempenho das propriedades relacionadas à resistência mecânica e durabilidade. Nos estudos microestruturais, observou-se que a utilização de sílica ativa e de SB promoveram a diminuição da quantidade e do diâmetro dos poros capilares e da quantidade de hidróxido de cálcio (CH) na matriz de cimento, assim como reduziram a espessura da zona de transição agregado-matriz. Observou-se, também, que os concretos com agregados leves nacionais apresentaram valores da espessura da zona de transição agregado-matriz inferiores aos observados para os concretos com agregados tradicionais. / This dissertation deals with the application of the high performance lightweight aggregate concrete (HPLWAC) for the production of thin precast components, such as structural and insulation panels and elements for covering. A concrete with special properties was presented, once the use of styrene-butadiene latex (SBR), silica fume, accelerating superplastificizer and Brazilian lightweight aggregates, named SBR-modified high performance lightweight aggregate concrete. Our main goals in the experimental program were the study of concrete dosage and production, the characterization of concretes properties, the thin precast components analysis, as well as the microstructural study about both cement paste and the interfacial transition zone (ITZ) between aggregate and cement paste. The main results show that the SBR-modified HPLWAC are extremely appropriate to the production of thin precast components, due essentially to the density reduction and to the high performance of mechanical and durability properties. Besides this, it was viewed that the silica fume and SBR use promote the decrease of the amount and diameter of the capillary pores, as well as the amount of calcium hydroxide (CH) in the cement paste. Additionally, they reduce the thickness of the interfacial transition zone between aggregate and cement paste. It was also observed that the concretes with Brazilian lightweight aggregate presented lower values of the interfacial transition zone thickness than the ones observed for the concretes with traditional aggregates (basalt).

Esta tese aborda a aplicação da tecnologia dos concretos leves de alto desempenho (CLAD) para a produção de elementos construtivos esbeltos pré-fabricados, tais como painéis estruturais e de vedação e peças para cobertura, apresentando um concreto com propriedades especiais em função da utilização conjunta de látex de estireno butadieno (SB), sílica ativa, superplastificante acelerador e agregados leves nacionais, denominado concreto leve de alto desempenho modificado com SB. Desenvolveu-se um amplo programa experimental para a análise dos concretos, tendo como objetivos o estudo dos processos de dosagem e produção, caracterização das propriedades dos concretos nos estados fresco e endurecido, análise da ductilidade de elementos construtivos esbeltos pré-fabricados submetidos à flexão, assim como a obtenção de informações microestruturais sobre a matriz de cimento e a zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento. Os resultados do programa experimental demonstraram que os concretos leves de alto desempenho modificados com SB são extremamente adequados à produção de elementos pré-fabricados esbeltos, devido essencialmente à redução da massa específica e ao excelente desempenho das propriedades relacionadas à resistência mecânica e durabilidade. Nos estudos microestruturais, observou-se que a utilização de sílica ativa e de SB promoveram a diminuição da quantidade e do diâmetro dos poros capilares e da quantidade de hidróxido de cálcio (CH) na matriz de cimento, assim como reduziram a espessura da zona de transição agregado-matriz. Observou-se, também, que os concretos com agregados leves nacionais apresentaram valores da espessura da zona de transição agregado-matriz inferiores aos observados para os concretos com agregados tradicionais. / This dissertation deals with the application of the high performance lightweight aggregate concrete (HPLWAC) for the production of thin precast components, such as structural and insulation panels and elements for covering. A concrete with special properties was presented, once the use of styrene-butadiene latex (SBR), silica fume, accelerating superplastificizer and Brazilian lightweight aggregates, named SBR-modified high performance lightweight aggregate concrete. Our main goals in the experimental program were the study of concrete dosage and production, the characterization of concretes properties, the thin precast components analysis, as well as the microstructural study about both cement paste and the interfacial transition zone (ITZ) between aggregate and cement paste. The main results show that the SBR-modified HPLWAC are extremely appropriate to the production of thin precast components, due essentially to the density reduction and to the high performance of mechanical and durability properties. Besides this, it was viewed that the silica fume and SBR use promote the decrease of the amount and diameter of the capillary pores, as well as the amount of calcium hydroxide (CH) in the cement paste. Additionally, they reduce the thickness of the interfacial transition zone between aggregate and cement paste. It was also observed that the concretes with Brazilian lightweight aggregate presented lower values of the interfacial transition zone thickness than the ones observed for the concretes with traditional aggregates (basalt).

The target of the ‘Green Overlays’ research was a cost effective, minimal disruption, sustainable and environmentally friendly alternative to the wholesale demolition, removal and complete reconstruction of the existing structural concrete pavement. The important problem of flexural resistance for strengthening concrete pavements with structural overlays has been scrutinised. A new mix design method for steel fibre reinforced, roller compacted, polymer modified, bonded concrete overlay has been proposed. The mixes developed were characterized of high flexural strength and high bond strength with the old concrete substrate. ‘Placeability’ and ‘compactability’ of the mix were two dominant issues during laboratory investigation. An innovative approach for establishing the relationship between Stress and Crack Face Opening Displacement for steel fibre reinforced concrete beams under flexure was developed. In addition, a new and simple method for calculating the interfacial Strain Energy Release Rate of both, a two-dimensional specimen and a three-dimensional model of the overlay pavement system were developed. This method can be readily and easily used by practicing engineers. Finally, a new test specimen and its loading configuration for measuring interfacial fracture toughness for concrete overlay pavements were established. The interfacial fracture toughness of a composite concrete beam, consisted of steel fibre-reinforced roller compacted polymer modified concrete bonded on conventional concrete and undergoing flexure, was assessed. In summary, this thesis presents four key findings: A new mix design method for steel fibre-reinforced roller compacted polymer modified concrete bonded on conventional concrete. A new method for establishing the fibre bridging law by an inverse analysis approach. A new, simplified method for calculating strain energy release rate at the interface of a composite beam. A new, innovative technique for calculating strain energy release rate at the interface of an overlaid pavement. The thesis contains a plethora of graphs, data-tables, examples and formulae, suitable for future researchers.