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Título: Influência da adição de sílica ativa sobre a resistência mecânica e a tenacidade à fratura de concretos de cimento portland para utilização em pavimentos rígidos rodoviários
Autor(es): Silva, Joamir Henrique da
Palavras-chave: Concreto de cimento portland;Pavimento rodoviário rígido;Sílica ativa;Comportamento mecânico;Tenacidade à fratura
Data do documento: 31-Mar-2016
Citação: SILVA, Joamir Henrique da. Influência da adição de sílica ativa sobre a resistência mecânica e a tenacidade à fratura de concretos de cimento portland para utilização em pavimentos rígidos rodoviários. 2016. 100f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016.
Resumo: The concrete is a ceramic matrix reinforced with ceramic aggregate compound type, characterized by a quasi-brittle mechanical behavior. Its physical and mechanical properties are established by its microstructure, controlled by the water/cement ratio, aggregate size and shape, by the use of modifiers like silica fume, etc. The literature show improvements in the mechanical strength, durability and density of cement portland concretes modified with silica fume. The rigid road pavements is shortly used in Brazil, which demand the enlargement of the research and development field associated with it, including materials, processing and physics and mechanics properties. In this work is studied the relationship between the addition of different amounts of silica fume (a mixture basis, with 0%, and additions of 3, 6, 9 and 12%, relative to the cement mass) and mechanical strength (resistance to axial compression, fc, and tensile strength in bending, fct) and fracture toughness - using specimens of type "short-rod" with Chevron notch, calculated from the maximum load (KICVM), and physical properties (specific gravity , absorption index and void index) of portland cement concrete applied in road rigid pavements. The chemical composition of gross materials, the concrete phases and microstructure are analyzed using the XRF, XRD and SEM techniques. The mechanical tests were performed at 7 and 28 days of concrete age. The slump test value was defined by technologic demand of the road operational execution as fixed value of 50 +/- 10 mm, obtained by initial value of water/cement ratio equal to 0,47, which suffer a small change caused by the increasing in the silica fume content that decrease the specified concrete slum test value. The growth of the silica fume content caused a decrease in the values of absorption index (a reduction in the porous volume), flexural tensile strength, and axial compressive strength and in the values of the fracture toughness. Moreover, in all of the concrete types, the minimum values of fctMk surpass the technical value required by rigid pavements (fctMk ≥ 4,5 MPa) and the fracture toughness values were coherent with the literatures data. These improving in the mechanical behavior and in the physical properties of the concretes are associated to physical and chemical effects promoted by silica addition in the concrete structure, characterized by a pores volume reduction and by a strengthening of matrix/aggregate interface, as demonstrated by SEM fractography analysis of the different concretes. A preliminary production cost of concretes analysis, based on the simplified Westergaard Theory to design a single plate of concrete, appointed out the economic viability of the use of silica fume as a modifier of concrete of portland cement, up to certain levels, in the construction of road rigid pavements in the State of Rio Grande do Norte / Brazil.
metadata.dc.description.resumo: O concreto é um material compósito de matriz cerâmica e reforço também cerâmico, que se caracteriza por apresentar o chamado comportamento mecânico quase frágil. Suas propriedades são determinadas pela sua microestrutura, que pode ser controlada pela relação água/cimento, tamanhos dos agregados, pela adição de modificadores, como a sílica ativa, entre outros. Do ponto de vista do comportamento mecânico, o concreto é relativamente pouco estudado em relação à tenacidade à fratura. Neste trabalho é estudada a relação entre a adição de diferentes teores de sílica ativa e o comportamento mecânico (resistência à compressão axial e resistência à tração na flexão) e a tenacidade à fratura - utilizando corpos de prova do tipo “short-rod”, com entalhe Chevron (KICV) - de concreto aplicado em pavimentos rodoviários rígidos. Para tanto, foi produzido um total de 150 corpos de prova, sendo 45 cilindros de 15 x 30 cm, nos ensaios de compressão axial; 45 prismas de 15 x 15 x 50 cm, nos ensaios de tração na flexão; 45 do tipo “short-rod” para a determinação do KICV, a partir de um traço base (0%) e adições de 3, 6, 9 e 12% de adição de sílica ativa, em relção à massa de cimento. Os ensaios mecânicos foram realizados aos 7 e aos 28 dias de idade. Além disso, as diferentes composições foram avaliadas do ponto de vista das respectivas massas específicas, índice de absorção e índice de vazios, sendo, para tanto, moldados 15 cilindros de 15 x 30cm para os ensaios de massa específica, absorção e índice de vazios. Em relação à preparação das amostras, verifica-se que a adição de sílica ativa provocou uma queda no abatimento do concreto, revelando uma redução na consistência do material, o que requereu um aumento na relação água/cimento, para manter este abatimento constante. Em relação à estrutrura do concreto, verifica-se um aumento na massa específica, seguida de uma redução no índice de absorção e no índice de vazios, com o incremento dos percentuais de sílica ativa. Em relação ao comportamento mecânico, verifica-se que a resistência à compressão axial e a resistência à tração na flexão apresentaram tendência de crescimento com o aumento do percental de sílica ativa, tanto para as amostras com 7 e 28 dias de idade. No caso das amostras ensaiadas com 28 dias de idade, em ambas as situações, todos os resultados mínimos obtidos atenderam às especificações técnicas mínimas exigidas para a aplicação em pavimentos rígidos. Em relação à tenacidade à fratura, verifica-se valores coerentes com aqueles mostrados pela literatura e, a exemplo da resistência mecânica, verifica-se também uma tendência de crescimento dos valores obtidos, à medida que se aumenta os teores de sílica. A melhoria incremental do comportamento mecânioc, tenacidade à fratura e das propriedades físicas do concreto está associados aos efeitos físicos e químicos da sílica ativa, responsável pela redução de poros e pelo aumento da resistência na interface argamassa/aglomerado.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21471
Aparece nas coleções:PPGCEM - Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais

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