Influência de altos teores de cinza de casca de arroz nas propriedades reológicas, mecânicas e de durabilidade de Engineered Cementitious Composites (ECC)
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Date
2022Author
Academic level
Doctorate
Type
Subject
Abstract in Portuguese (Brasil)
O Engineered Cementitious Composite (ECC) é um tipo especial de compósito a base de cimento, reforçado com fibras, que apresenta alto desempenho mecânico e de durabilidade, acompanhado do controle da fissuração. Sua principal característica é a elevada ductilidade, devido à capacidade que tem de gerar fissuração múltipla sob solicitações de carregamento. Este compósito foi criado pelo professor Victor Li, da Universidade de Michigan, e nos últimos anos, o Laboratório de Ensaios e Modelos Estrut ...
O Engineered Cementitious Composite (ECC) é um tipo especial de compósito a base de cimento, reforçado com fibras, que apresenta alto desempenho mecânico e de durabilidade, acompanhado do controle da fissuração. Sua principal característica é a elevada ductilidade, devido à capacidade que tem de gerar fissuração múltipla sob solicitações de carregamento. Este compósito foi criado pelo professor Victor Li, da Universidade de Michigan, e nos últimos anos, o Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) da Universidade Federal do Rio Grande do sul vem desenvolvendo uma linha de pesquisa focada no objetivo de adaptar o ECC com materiais locais. Neste intuito, fibras de polipropileno têm sido utilizadas em conjunto com a cinza da casca de arroz (CCA), visando a confecção de misturas que sejam mais viáveis economicamente e ambientalmente sustentáveis. O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo de misturas de (ECC) com fibras de polipropileno e elevados teores de CCA, sob aspectos reológicos, mecânicos e em relação a alguns aspectos indicativos de durabilidade. Esta avaliação visa compreender as características deste compósito, com intuito de estabelecer a melhor aplicabilidade deste material na construção civil e infraestrutura. Nesta pesquisa, o estudo dos ECCs foi dividido em 3 etapas. Na etapa 1, os ECCs foram obtidos em porcentagens de 30%, 50% e 70% de substituição em massa do cimento por CCA sem controle de queima, denominada neste estudo de CCA residual, e caracterizados por ensaios mecânicos de flexão à 4 pontos, resistência à compressão e abrasão e por processos deteriorativos de reação álcali-sílica e penetração de íons cloretos. Na etapa 2, a reologia da matriz cimentícia foi analisada por ensaios de mini-slump, tempo de fluxo por cone de Marsh, tensão de escoamento e viscosidade plástica, assim como os ECCs por mini-slump. Na etapa 3, foram realizadas avaliações do ciclo de vida e do custo ao longo do ciclo de vida dos ECCs, em dois cenários distintos. Primeiro, pela produção de 1m³ de material, e segundo, em um cenário de aplicabilidade como recapeamento de pavimentos. Os resultados obtidos indicaram que para etapa 1, o traço com 50 % foi o que apresentou melhores condições de resistência mecânica e durabilidade. Para etapa 2, observou-se que o empacotamento das partículas do traço padrão apresentou grande volume de partículas grossas, sendo necessário melhorar o seu empacotamento e sua curva de distribuição de diâmetro, para que um melhor desempenho do aditivo superplastificante seja alcançado. Por fim, a etapa 3 indicou que o cimento e a fibra de polipropileno são os materiais que mais impactam ambientalmente na produção do ECC. Porém, quando aplicado em pavimentos, por possuir maior durabilidade e vida útil, o uso deste ECC acaba tornando-se mais vantajoso, quando comparado com o uso como recapeamento para concreto de pavimento. ...
Abstract
Engineered Cementitious Composites (ECC) are a special type of cement-based composite, fiber-reinforced and that presents high mechanical and durability performance. Its main feature is its high ductility, due to its ability to generate multiple cracking under load requests. This kind of composite was first proposed by Professor Victor Li, from the University of Michigan, and in recent years, the Laboratory of Structural Tests and Models (LEME) of the Federal University of Rio Grande do Sul has ...
Engineered Cementitious Composites (ECC) are a special type of cement-based composite, fiber-reinforced and that presents high mechanical and durability performance. Its main feature is its high ductility, due to its ability to generate multiple cracking under load requests. This kind of composite was first proposed by Professor Victor Li, from the University of Michigan, and in recent years, the Laboratory of Structural Tests and Models (LEME) of the Federal University of Rio Grande do Sul has developed a line of research focused on adapting the ECC with local materials. In this regard, polypropylene fibers have been used together with rice husk ash (RHA), aiming at the production of mixtures that are more economically viable and environmentally sustainable. The present work has as its main objective the study of mixtures of (ECC) with polypropylene fibers and high levels of RHA, considering rheological, mechan,ical and durability aspects. This evaluation aims to understand the characteristics of the compostoer to establish the best applicability of this material in civil construction and infrastructure. In this research, the study of ECCs was divided into 3 stages. In step 1, ECCs were obtained with percentages of 30%, 50% and 70%, of cement mass replacement by residual RHA, and characterized in termos termshanical 4- point bending tests, resistance to compression and abrasion and by ,expoe to alkalisilica reaction and penetration of chloride ions. In step 2, the cement matrix rheology was analyzed using mini-slump, Marsh cone flow time, yield stress and plast,ic viscosity tests, as well as the ECCs by mini-slump. In step 3, ECCs evaluations with respect to the life cycle and cost over the life cycle were performed, in two different scenarios. First, for the production of 1m³ of material, and second, in an applicability scenario such as pavement resurfacing. The results obtained indicated that for step 1, the mixture with 50% was the one that presented the best conditions of mechanical strength and durability. For step 2, it was observed that the packing of the particles of the standard mix presented a large volume of coarse particles, being necessary to improve its packing and its diameter distribution curve, so that a better performance of the superplasticizer admixture is achieved. Finally, step 3 indicated that cement and polypropylene fiber are the materials that most impact the environment in the production of ECC. However, when applied to pavements, due to its greater durability and useful life, the use of this ECC ends up becoming more advantageous, when compared to the use as resurfacing for pavement concrete. ...
Institution
Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: construção e infraestrutura.
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Engineering (7320)
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