Tez (Doktora) - Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, 2008. / Bibliyografya var.

Devido à preocupação com a durabilidade das estruturas de concreto armado surgiram novas linhas de pesquisa destacando-se, dentre elas, a previsão de vida útil. Estes estudos deram origem a diversos modelos que tentam estabelecer o comportamento do concreto quando exposto a ambientes agressivos durante um determinado período. Existem várias maneiras de se modelar este comportamento: com base em resultados obtidos em experiências anteriores; a partir de ensaios de degradação acelerados; por métodos determinísticos e probabilísticos ou estocásticos. A estimativa de vida útil das estruturas de concreto empregando dados de ensaios acelerados é recomendada pela ASTM E-632 (1996) desde que estes sejam correlacionados com resultados de ensaios não acelerados ou naturais. A correlação entre estes ensaios possibilita a determinação dos coeficientes de aceleração, os quais expressam o número de vezes em que o ensaio acelerado representa o fenômeno de degradação natural. Dentro deste contexto o presente trabalho avalia a carbonatação do concreto com e sem adição de sílica ativa exposto a degradação natural e acelerada, verificando também a influência do teor desta adição e da relação água/aglomerante na carbonatação. Em paralelo foram determinados os coeficientes de carbonatação (kc) e de aceleração (αa). Os concretos estudados possuem relação água/aglomerante de 0,30; 0,35; 0,45; 0,60 e 0,80 e teor de adição de 0; 5; 10; 15e 20%. A carbonatação natural das amostras foi avaliada após 7 anos de exposição ao CO2, tendo como ambiente de degradação a cidade de Porto Alegre, RS. Os dados de carbonatação acelerada foram obtidos aos 7, 28, 63 e 98 dias de exposição ao CO2 com concentração de 5%, temperatura de 25°C e umidade relativa (UR) de 70%. Para o ensaio acelerado, baseado em análise estatística por meio de regressão múltipla não-linear, os resultados apontaram que a adição de sílica ativa em dosagens com relação água/aglomerante elevada aumenta a profundidade de carbonatação do concreto. Para a relação água/aglomerante de 0,80 com 0 e 20% de adição de sílica ativa, os coeficientes de aceleração obtidos foram de 31,15 e 35,49, respectivamente. / New researches has been appeared with the concern of reinforced concrete structures durability, standing out the service life prediction. These studies creates some models that establish the concrete performance when exposed to an aggressive environment. There are several ways to modeling this performance: with results obtained in previous tests; with accelerated degradation tests; or deterministic and stochastic methods. The concrete structures service life prediction using short term test data are recommended by ASTM E-632 (1996) since these are correlated with long term test results. The correlation among these tests makes possible the acceleration coefficient determination, which express how the accelerated tests represents the natural degradation phenomenon. In this sense, this work evaluate the concrete carbonation with and without silica fume exposed to natural and accelerated test, verifying the influence of silica fume tenor in this material and water – binder ratio in the carbonation. In addition to this, were determined the carbonation (kc) and acceleration coefficients (αa). The concretes studied has a 0,30; 0,35; 0,45; 0,60 and 0,80 water-binder ratio and 0; 5; 10; 15 and 20% addition tenor. The samples natural carbonation was analyzed after 7 years of CO2 exhibition from Porto Alegre city environment degradation. The accelerated carbonation data were obtained in 7, 28, 63 and 98 days of CO2 exhibition with 5% concentration, temperature of 20°C and humidity of 60%. In accelerated tests, based on statistical analysis through nonlinear estimation multiple regression, the results showed that the silica fume addition in high water-binder ratio mixtures increases the concrete carbonation depth. For water-binder ratio 0,80 with silica fume addition of 0 and 20%, the acceleration coefficients obtained were 31,15 and 35,49, respectively.

Devido à preocupação com a durabilidade das estruturas de concreto armado surgiram novas linhas de pesquisa destacando-se, dentre elas, a previsão de vida útil. Estes estudos deram origem a diversos modelos que tentam estabelecer o comportamento do concreto quando exposto a ambientes agressivos durante um determinado período. Existem várias maneiras de se modelar este comportamento: com base em resultados obtidos em experiências anteriores; a partir de ensaios de degradação acelerados; por métodos determinísticos e probabilísticos ou estocásticos. A estimativa de vida útil das estruturas de concreto empregando dados de ensaios acelerados é recomendada pela ASTM E-632 (1996) desde que estes sejam correlacionados com resultados de ensaios não acelerados ou naturais. A correlação entre estes ensaios possibilita a determinação dos coeficientes de aceleração, os quais expressam o número de vezes em que o ensaio acelerado representa o fenômeno de degradação natural. Dentro deste contexto o presente trabalho avalia a carbonatação do concreto com e sem adição de sílica ativa exposto a degradação natural e acelerada, verificando também a influência do teor desta adição e da relação água/aglomerante na carbonatação. Em paralelo foram determinados os coeficientes de carbonatação (kc) e de aceleração (αa). Os concretos estudados possuem relação água/aglomerante de 0,30; 0,35; 0,45; 0,60 e 0,80 e teor de adição de 0; 5; 10; 15e 20%. A carbonatação natural das amostras foi avaliada após 7 anos de exposição ao CO2, tendo como ambiente de degradação a cidade de Porto Alegre, RS. Os dados de carbonatação acelerada foram obtidos aos 7, 28, 63 e 98 dias de exposição ao CO2 com concentração de 5%, temperatura de 25°C e umidade relativa (UR) de 70%. Para o ensaio acelerado, baseado em análise estatística por meio de regressão múltipla não-linear, os resultados apontaram que a adição de sílica ativa em dosagens com relação água/aglomerante elevada aumenta a profundidade de carbonatação do concreto. Para a relação água/aglomerante de 0,80 com 0 e 20% de adição de sílica ativa, os coeficientes de aceleração obtidos foram de 31,15 e 35,49, respectivamente. / New researches has been appeared with the concern of reinforced concrete structures durability, standing out the service life prediction. These studies creates some models that establish the concrete performance when exposed to an aggressive environment. There are several ways to modeling this performance: with results obtained in previous tests; with accelerated degradation tests; or deterministic and stochastic methods. The concrete structures service life prediction using short term test data are recommended by ASTM E-632 (1996) since these are correlated with long term test results. The correlation among these tests makes possible the acceleration coefficient determination, which express how the accelerated tests represents the natural degradation phenomenon. In this sense, this work evaluate the concrete carbonation with and without silica fume exposed to natural and accelerated test, verifying the influence of silica fume tenor in this material and water – binder ratio in the carbonation. In addition to this, were determined the carbonation (kc) and acceleration coefficients (αa). The concretes studied has a 0,30; 0,35; 0,45; 0,60 and 0,80 water-binder ratio and 0; 5; 10; 15 and 20% addition tenor. The samples natural carbonation was analyzed after 7 years of CO2 exhibition from Porto Alegre city environment degradation. The accelerated carbonation data were obtained in 7, 28, 63 and 98 days of CO2 exhibition with 5% concentration, temperature of 20°C and humidity of 60%. In accelerated tests, based on statistical analysis through nonlinear estimation multiple regression, the results showed that the silica fume addition in high water-binder ratio mixtures increases the concrete carbonation depth. For water-binder ratio 0,80 with silica fume addition of 0 and 20%, the acceleration coefficients obtained were 31,15 and 35,49, respectively.

O uso de adições minerais no concreto como substituição parcial ao cimento Portland ajuda a preservar os recursos naturais poupando a matéria-prima, reduzindo o consumo de energia necessária para a produção do cimento e reciclando rejeitos que se lançados no meio ambiente causariam problemas ambientais e de saúde pública. A adição mineral que vem tendo muito destaque devido à sua alta reatividade, considerada por vários pesquisadores como uma superpozolana, é a sílica ativa (SA), um subproduto da fabricação de silício metálico ou ligas de ferro-silício. A sílica ativa se caracteriza por uma elevada finura e alta área específica e um alto teor de sílica vítrea, estes fatores somados garantem à SA a alta reatividade com o hidróxido de cálcio, transformando-o em silicato de cálcio hidratado. A casca do arroz vem sendo pesquisada como uma fonte alternativa de sílica ativa. A sílica ativa extraída da casca de arroz contém um alto teor de SiO2 e, dependendo do processo de extração, possui propriedades adequadas para a utilização na confecção de concretos de elevado desempenho. Este trabalho visa estudar a atividade pozolânica da sílica da casca de arroz produzida no laboratório de materiais avançados à base de cimento. Para avaliar as características das sílicas, foram realizados ensaios tanto para determinação das suas propriedades físicas quanto para a determinação de sua composição química e pozolanicidade. Os ensaios realizados foram:composição química, pozolanicidade (método Chapelle modificado), área superficial B.E.T., distribuição granulométrica, distribuição do tamanho de partículas via MEV, amorficidade (por difratometria de raio X), massa específica e determinação do índice de atividade pozolânica com cimento Portland (NBR-5752). Os ensaios de caracterização demonstraram que a sílica da casca de arroz possui um alto grau de amorficidade e elevada área superficial, que garantiram uma maior reatividade nas idades iniciais, porém em idades avançadas apresentou a mesma eficiência que a sílica de ferro-silício. / The use of mineral additions in concrete in order to partially replace Portland cement helps to protect natural resources by saving raw material, reducing energy consumption in cement production and recycling industrial waste that could otherwise cause environmental and public health hazards. One mineral addition that has drawn considerable attention due to its high reactivity is silica fume (SF), a byproduct of the manufacturing process of metallic silicon or iron-silicon alloys and considered by many researchers as a superpozzolan. Silica fume is characterizated by high fineness, high specific area and high content of vitreous silica. The sum of these factors provides SF high reactivity with calcium hydroxide, which is transformed into hydrated calcium silicate. Rice husk ash has also been investigated as an alternative source of silica fume. The silica from rice husk ash contains a high percentage of SiO2 and, depending on the extraction process, has adequate properties to be employed in the manufacturing of high-performance concrete. The objective of this work is to study the pozzolanic activity of silica from rice husk ash produced at the Laboratório de Materiais Avançados à Base de Cimento. In order to evaluate the characteristics of silica samples from rice husk, assays were performed to determine their physical properties as well as their chemical composition and pozzolanicity. The assays performed were: chemical composition,pozzolanicity (modified Chapelle method), B.E.T. surface area method, granulometric distribution, particle size distribution by Scanning Electron Microscope (SEM), amorphicity by X-ray diffractometry (XRD), specific mass and pozzolanic activity index determination with Portland cement (NBR-5752). The characterization assays showed that the silica from rice husk ash has a high amorphicity level and a high surface area, which yield higher reactivity at initial ages. However, at advanced ages it pesented the same efficiency as that of silica from iron-silicon.

Devido à preocupação com a durabilidade das estruturas de concreto armado surgiram novas linhas de pesquisa destacando-se, dentre elas, a previsão de vida útil. Estes estudos deram origem a diversos modelos que tentam estabelecer o comportamento do concreto quando exposto a ambientes agressivos durante um determinado período. Existem várias maneiras de se modelar este comportamento: com base em resultados obtidos em experiências anteriores; a partir de ensaios de degradação acelerados; por métodos determinísticos e probabilísticos ou estocásticos. A estimativa de vida útil das estruturas de concreto empregando dados de ensaios acelerados é recomendada pela ASTM E-632 (1996) desde que estes sejam correlacionados com resultados de ensaios não acelerados ou naturais. A correlação entre estes ensaios possibilita a determinação dos coeficientes de aceleração, os quais expressam o número de vezes em que o ensaio acelerado representa o fenômeno de degradação natural. Dentro deste contexto o presente trabalho avalia a carbonatação do concreto com e sem adição de sílica ativa exposto a degradação natural e acelerada, verificando também a influência do teor desta adição e da relação água/aglomerante na carbonatação. Em paralelo foram determinados os coeficientes de carbonatação (kc) e de aceleração (αa). Os concretos estudados possuem relação água/aglomerante de 0,30; 0,35; 0,45; 0,60 e 0,80 e teor de adição de 0; 5; 10; 15e 20%. A carbonatação natural das amostras foi avaliada após 7 anos de exposição ao CO2, tendo como ambiente de degradação a cidade de Porto Alegre, RS. Os dados de carbonatação acelerada foram obtidos aos 7, 28, 63 e 98 dias de exposição ao CO2 com concentração de 5%, temperatura de 25°C e umidade relativa (UR) de 70%. Para o ensaio acelerado, baseado em análise estatística por meio de regressão múltipla não-linear, os resultados apontaram que a adição de sílica ativa em dosagens com relação água/aglomerante elevada aumenta a profundidade de carbonatação do concreto. Para a relação água/aglomerante de 0,80 com 0 e 20% de adição de sílica ativa, os coeficientes de aceleração obtidos foram de 31,15 e 35,49, respectivamente. / New researches has been appeared with the concern of reinforced concrete structures durability, standing out the service life prediction. These studies creates some models that establish the concrete performance when exposed to an aggressive environment. There are several ways to modeling this performance: with results obtained in previous tests; with accelerated degradation tests; or deterministic and stochastic methods. The concrete structures service life prediction using short term test data are recommended by ASTM E-632 (1996) since these are correlated with long term test results. The correlation among these tests makes possible the acceleration coefficient determination, which express how the accelerated tests represents the natural degradation phenomenon. In this sense, this work evaluate the concrete carbonation with and without silica fume exposed to natural and accelerated test, verifying the influence of silica fume tenor in this material and water – binder ratio in the carbonation. In addition to this, were determined the carbonation (kc) and acceleration coefficients (αa). The concretes studied has a 0,30; 0,35; 0,45; 0,60 and 0,80 water-binder ratio and 0; 5; 10; 15 and 20% addition tenor. The samples natural carbonation was analyzed after 7 years of CO2 exhibition from Porto Alegre city environment degradation. The accelerated carbonation data were obtained in 7, 28, 63 and 98 days of CO2 exhibition with 5% concentration, temperature of 20°C and humidity of 60%. In accelerated tests, based on statistical analysis through nonlinear estimation multiple regression, the results showed that the silica fume addition in high water-binder ratio mixtures increases the concrete carbonation depth. For water-binder ratio 0,80 with silica fume addition of 0 and 20%, the acceleration coefficients obtained were 31,15 and 35,49, respectively.

Orientador: Gladis Camarini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-09T18:12:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DeMilito_JoseAntonio_D.pdf: 60807018 bytes, checksum: d77cec46bea9822138fd4024fad50842 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo / Resumo: O gesso é um aglomerante que tem sido muito empregado em revestimento de paredes. Apresenta um bom desempenho, é econômico e de fácil aplicação, mas limitado ao uso interno devido a sua sensibilidade à água. Algumas tentativas têm sido realizadas para melhorar a sua utilização em ambientes sujeitos à umidade. Neste sentido, pesquisas avançam na tentativa de empregar diferentes adições como resinas epóxi, polímeros, cimentos, escórias, impermeabilizantes, entre outros. O objetivo desta tese foi avaliar o desempenho das misturas de gesso com cimento Portland de Alto Forno e sílica ativa nos revestimentos internos e externos sujeitos à umidade. Para isso verificaram-se as propriedades macroscópicas das misturas por meio de ensaios físicos, químicos, físico-químicos e também a avaliação microestrutural utilizando a microscopia eletrônica de varredura. As misturas foram aplicadas em revestimentos de painéis de alvenaria de blocos de concreto e observados visualmente por um período de cinco anos. Além da observação visual foi verificada a resistência de aderência das misturas aplicadas internamente e externamente. Dos resultados obtidos observou-se uma possível coexistência entre o gesso e o cimento e que a adição de sílica ativa na mistura reduz a formação de etringita, principalmente nos revestimentos externos, sujeitos à umidade. A adição de cimento Portland melhora na abrasão e perda de massa, mesmo em idades mais avançadas. Assim, devido ao elevado custo de algumas adições, e as dificuldades de trabalhar com outros tipos de adição na obra, a adição de cimento Portland e sílica ativa ao gesso permitem uma melhoria de resistência, obtendo um revestimento de baixo custo e de fácil manuseio. / Abstract / Abstract: Plaster of Paris is a binding material being used in masonry as a plaster finish coat. Despite being economical, having good performance as and ease with wich it is applied in building, its use is limited to indoors. Some attempts has been made to improve its performance in external environment. In that sense, researches advance in the attempt at using several admixtures like epoxy resins, polymers, cements slags, waterproofing materials among other things. The objective of this thesis is to assess the performance of certain mixtures of rendering material containing plaster of Paris, slag cement and condensed silica fume when applied in the internal and external plaster finish coat. The macroscopic properties of the mixtures were analyzed through physical and chemical tests and also in SEM. Mixtures were applied on coatings of brick and mortar and visually inspected within five years. Bond strengths of the mixtures were measured, both in internal and external walls. Results showed compatibility between plaster of Paris and slag cement and that presence of condensed silica fume in the mixture reduced the formation of etringite, especially in the external coatings. The addition of Portland blastfurnace slag cement reduced the abrasion and the loss of mass, even in older ages. Therefore, due to the high cost of some admixtures, and the difficulty in working with other kinds of admixtures in the construction sites, the mentioned additions to the plaster rendering allow a mechanical strength improvement, thus resulting in low cost and good workability of the plaster finish coat. / Doutorado / Edificações / Doutor em Engenharia Civil

A ligação entre concretos com cimento Portland de diferentes idades, composições e resistências é um dos problemas da tecnologia dos concretos estruturais. A continuidade desta ligação é prejudicada por uma diversidade de fatores que implicam desde a retomada de uma concretagem (junta fria) até a recuperação de estruturas de concreto deterioradas. Sob esse ponto de vista apresenta−se neste trabalho uma análise do comportamento de um sistema de reparos aplicados à recuperação de estruturas, ligações concretos velhos x concretos novos (caso das ampliações) e continuidades de concretagens. Um dos pontos mais frágeis de uma estrutura é a zona de interface, tanto dos materiais que a compõe quanto da transição entre os diferentes concretos. Utilizou−se como substrato corpos−de−prova prismáticos executados com concretos (fck=15MPa, 18MPa, 21MPa, 25MPa, 30MPa, 40MPa e 50MPa), que após ruptura completa através de ensaios de tração na flexão foi posteriormente executada ligação com concretos de reparo, e corpos−de−prova cilíndricos de concretos convencionais apresentando ninhos de concretagem. Com a finalidade de melhorar a zona de transição citada, utilizou−se como sistema de reparo, concretos de elevado desempenho executados com cimento Portland CP V ARI RS − NBR 5733⁄NBR 5737 − ABNT, agregados: miúdo de origem quartzosa, e graúdo de Dmáx ≤ 6,3 mm de origem basáltica, adições de sílica ativa (Fe−Si) de 5%, 10% e 15% e aditivo superplastificante de pega normal em teores de 1,5%, 1,8% e 2,0%, após prévio tratamento, através de desbaste superficial e imprimação com pastas de cimento de elevado desempenho. A eficácia da ligação é percebida principalmente pelo fato de que em resultados de ensaios de tração na flexão do corpo−de−prova prismático recuperado a ruptura ocorreu, em quase 100% dos casos na região do concreto velho. Em ensaios de compressão axial com corpos−de−prova cilíndricos com ninhos de concretagem recuperados, percebeu−se através do modo de ruptura, que as transferências de tensões ocorreram normalmente através do sistema de reparo, sem que houvesse desvio de tensões, além de um acréscimo de resistência em alguns casos. / The bonding among Portland cement concrete of different ages, compositions and resistances is one of the technological problems of structural concretes. The continuity of this connection is harmed by a several factors from the re−starting of a casting (cold joint) to the recovery of deteriorated concrete structures. From this point of view this paper presents an analysis of the behavior of a repair system applied to the recovery of structures, new−to−old concrete bonding (amplification cases) and casting continuities. One of the most fragile points of a concrete structure is the interface zone, of both materials that compose it and the transition among the different concretes. Prismatic specimens executed with concretes (fck=15MPa, 18MPa, 21MPa, 25 MPa, 30 MPa, 40 MPa and 50 MPa), were used as substratum after a previous complete rupture through a flexural strength test for a further connection, with repair concrete as a bond link, and cylindrical specimens of conventional concretes presenting intentionally \"holes\". High−performance concretes with Portland cement CP V ARI RS (NBR 5733⁄NBR 5737 − ABNT), small quartz aggregates, basaltic coarse aggregates with Dmáx ≤ 6,3mm, silica fume (Fe−Si) additions of 5%, 10% and 15%, and normal setting superplasticizer with contents of 1,5%, 1,8% and 2,0% were used as repair system to improve the transition zone mentioned. Such materials were used after the specimens had been treated superficially and primed with High−performance Portland cement paste. The effectiveness of the connection is noticed mainly by the fact that in results of the flexural strength test of recovered prismatic specimens, the rupture occurred in almost 100% of the cases in the area of the old concrete. In axial compression tests with cylindrical specimens presenting recovered \"holes\", the rupture way demonstrated that the transfers of tensions usually occurred through the repair system, with no tension deviation, and there was a resistance increase in some cases.

Neste trabalho, por meio de uma metodologia experimental foram analisados vários aspectos de tijolos modulares compostos por misturas binárias e ternárias de solo-cimento e solo cimento-sílica produzidos em prensa manual modelo SAHARA, com a finalidade de se obter parâmetros e diretrizes que visam um melhor desempenho do material. Realizaram-se ensaios em corpos-de-prova cilíndricos de maneira acessória no decorrer do trabalho, o que resultou no suporte para fundamentação de diversas avaliações sobre as composições de traços utilizados na fabricação dos tijolos. Foram executados painéis de parede com o objetivo de verificar o comportamento da alvenaria em relação à resistência à compressão e à deformabilidade das paredes, possibilitando correlações com os resultados dos ensaios de prismas, tijolos e argamassa de assentamento. As contribuições da pesquisa permitem relacionar a tecnologia da fabricação de tijolos de solo-cimento com o contexto de construção sustentável e o aproveitamento de resíduos industriais, além de sistematizar informações para a elaboração de um projeto tecnológico com os tijolos modulares / In this work, several aspects of modular bricks composed by binary and ternary mixtures of soil-cement and soil-cement-silica, produced by manual press model SAHARA, were analyzed by means of an experimental methodology, with the purpose of obtaining parameters and guidelines to aim a better performance of the material. During the work, tests in cylindrical samples were executed in an accessory way, what resulted in the support for theoretical basement of several evaluations about the compositions of proportions used in brick's production. Wall panels were constructed with the objective of verifying the masonry’s behavior in relation to the compressive strength and wall’s strain, promoting correlation with the test’s results in prisms, bricks and mortar. The research’s contributions allow to relate the technology of the production of soil-cement bricks with the context of sustainable construction and the use of industrial residues in the production of construction materials, besides systematizing information for the elaboration of a technological project with the modular bricks

Apesar de suas excelentes características técnicas e estéticas, a aplicação de porcelanato em fachadas requer especial atenção devido ser um material diferente das cerâmicas convencionais, além de que as fachadas estão sujeitas a diversos agentes capazes de danificar os revestimentos cerâmicos. O baixo índice de absorção de água do porcelanato é a principal causa da perda ou falta de aderência entre o tardoz e a argamassa colante, pois não permite o mecanismo de aderência mecânica existente nas cerâmicas porosas. O presente trabalho visa o estudo de argamassas com adições de látex base estireno acrílico e sílica ativa para o assentamento de porcelanato em fachadas a fim de evitar o aparecimento de patologias decorrentes da falta de aderência. Foram realizados ensaios normalizados para a avaliação das propriedades das argamassas quanto à fixação do porcelanato, além de procedimentos experimentais para a avaliação da microestrutura tais como análises térmicas, difração de raios-X, porosimetria por intrusão de mercúrio, espectroscopia de infravermelho e microscopia eletrônica de varredura associada à espectrografia por dispersão de energia. Os resultados obtidos mostraram que a adição combinada de polímero e sílica ativa às argamassas resultou em elevadas propriedades mecânicas e alta resistência de aderência, decorrentes da melhora das propriedades microestruturais, ou seja, aumento da compacidade, diminuição da porosidade e refinamento do diâmetro médio dos poros, além da redução na quantidade do hidróxido de cálcio consumido para a produção de silicato de cálcio hidratado. / Despite the excellent characteristics of porcelain tiles, their application in building facades requires special attention, since this material differs from conventional ceramics and facades are exposed to weathering, which can damage ceramic revetments. The lower water absorption of porcelain tiles is the main cause of the poor adherence between them, as it prevents the mechanical interlocking adherence mechanism that occurs when more porous ceramic materials are applied. The present thesis aims to investigate the effect of silica fume and acrylic polymer together on the properties of mortars employed to install porcelain stoneware tiles to avoid detachment problems due to lack of adherence. An experimental investigation evaluated the fixing properties of the mortars, and a microstructural study including thermal analysis, X-ray diffraction, mercury intrusion porosimetry, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy was performed. The results showed that silica fume and acrylic polymer addition to the mortar resulted in improved properties to fix porcelain stoneware tiles, mainly adherence strength, as a consequence of the microstructural improvement due to the decrease in the porosity and the pore mean diameter, and the decrease in the calcium hydroxide to form hydrated calcium silicate

<p>Silica fume is a widely used pozzolan in the concrete industry that has been shown to have numerous benefits for concrete including improved mechanical properties, refined pore structure, and densification of the interfacial transition zone between paste and aggregates. Traditionally, silica fume is used as a 5% to 10% replacement of cement; however, newer classes of higher strength concretes use silica fume contents of 30% or greater. At these high silica fume contents, many detrimental effects, such as poor workability and inconsistent strength development, become much more prominent. </p> <p> </p> <p>In order to understand the fundamental reasons why high silica fume contents can have these detrimental effects on concrete mixtures, eight commercially available silica fumes were characterized for their physical and chemical properties. These included traditional properties such as density, particle size, and surface area. A non-traditional property, absorption capacity, was also determined. These properties or raw material characteristics were then related to the hydration and rheological behavior of pastes and concrete mixtures. Other tests were performed including isothermal calorimetry, which showed that each silica fume reacted differently than other silica fumes when exposed to the same reactive environment. Traditional hydration models for ordinary portland cement were expanded to include the effects that silica fumes have on water consumption, volumes of hydration products, and final degree of hydration. </p> <p> </p> <p>As a result of this research, it was determined necessary to account for the volume and surface area of unhydrated cement and unreacted silica fume particles in water-starved mixture proportions. An adjustment factor was developed to more accurately apply the results from hydration modeling. By combining the results from hydration modeling with the surface area adjustments, an analytical model was developed to determine the thickness of paste (hydration products and capillary water) that surrounds all of the inert and unreacted particles in the system. This model, denoted as the “Paste Thickness Model,” was shown to be a strong predictor of compressive strength results. The results of this research suggest that increasing the paste thickness decreases the expected compressive strength of concretes at ages or states of hydration.</p> <p> </p> <p>The rheological behavior of cement pastes containing silica fume was studied using a rotational rheometer. The Herschel-Bulkley model was fit to the rheological data to characterize the rheological behavior. A multilinear model was developed to relate the specific surface area of the silica fume, water content, and silica fume content to the Herschel-Bulkley rate index. The Herschel-Bulkley rate index is practically related to the ease at which the paste mixes. This multilinear model was shown to have strong predictive capability when used on randomly generated paste compositions. </p> <p> </p> <p>Additionally, an analytical model was developed that defines a single parameter, idealized as the thickness of water surrounding each particle in the cementitious system. This model, denoted as the “Water Thickness Model,” incorporated the absorption capacity of silica fumes discovered during the characterization phase of this study and was shown to correlate strongly with the Herschel-Bulkley rate index. The Water Thickness Model demonstrates how small changes in water content can have a drastic effect on the rheology of low w/c or high silica fume content pastes due to the combined effects of surface area and absorption. The effect of additional water on higher w/c mixtures is significantly less.</p>