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Veronez, Marcelo. Estudo da influência do tipo de aditivo superplastificante e de adição mineral no comportamento termo-mecânico dos concretos de alto desempenho. Orientação de João Luiz Calmon Nogueira da Gama.214 f., ilDissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Centro Tecnológico, Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, 2006.
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Resumo
A fissuração das estruturas de concreto nas primeiras idades pode ocorrer devido às movimentações induzidas pelas variações de temperatura decorrentes do efeito combinado da hidratação do material cimentício, da temperatura ambiental, da radiação solar e da existência de cargas térmicas excepcionais atuantes durante o estágio de endurecimento. Estas fissuras não têm caráter decisivo para determinação da capacidade de carga admitida no processo de projeto estrutural das estruturas correntes, mas podem causar altos custos de reparo e reduzir sensivelmente a vida útil das mesmas. O risco de fissuração associado a uma estrutura de concreto é avaliado por valores de coeficientes de segurança que podem ou não ser parte de códigos de obra ou de procedimentos de execução. Estes coeficientes são determinados a partir de simulações que buscam reproduzir as situações reais de uso, utilizando-se da caracterização do material, da geometria da estrutura, dos procedimentos de execução e da exposição ambiental. Nesta dissertação são apresentados (1) estudos experimentais com o material concreto de alto desempenho e (2) estudos computacionais de simulação de estruturas típicas utilizando concreto de alto desempenho. Estes estudos visam contribuir ao conhecimento da influência dos tipos de aditivos superplastificantes e de adições minerais no comportamento termo-mecânico de estruturas típicas em concreto de alto desempenho,uma vez que estas duas questões podem ser consideradas comochave na produção destes tipos de concreto e, em grande parte, dos concretos produzidos na atualidade. Experimentos laboratoriais foram realizados utilizando aditivos do tipo lignossulfonato, naftaleno e policarboxilato, e com misturas de dois tipos de aditivos (base naftaleno e policarboxilato). Metacaulim e sílica ativa foram utilizados como materiais cimentícios suplementares. Foram analisadas diversas propriedades que influenciam no estudo termomecânico: resistência à compressão e tração na flexão, módulo de elasticidade, fluência, coeficiente de dilatação térmica, calor específico, condutividade/difusividade térmica, elevação adiabática de temperatura e calor de hidratação. Simulações de pilares utilizando alguns dos concretos de 80 MPa estudados foram realizadas utilizando-se programas computacionais de análise termo-mecânica de estruturas de concreto. Em vários cenários de análise, a sensibilidade do modelo computacional de análise adotado foi investigada ao se utilizar concreto de alto desempenho, e comparadas as efetivas influências destes fatores chave de produção no comportamento termo-mecânico. Ao final, concluiu-se que as estruturas em CAD foram sensíveis tanto às variações dos tipos quanto aos lotes de aditivo superplastificante, do ponto de vista termo-mecânico, podendo-se encontrar uma estrutura em fase de construção dentro e outra fora de um quadro de provável fissuração. Concluiu-se, ainda, que houve um comportamento termomecânico mais favorável de estruturas utilizando sílica ativa que metacaulim como adição mineral. Este comportamento, no entanto se deveu ao desenvolvimento retardado das propriedades mecânicas dos concretos com metacaulim, e não ao desenvolvimento de tensões térmicas deletérias
Abstract
Cracking in concrete structures at the first ages of hardening can occur with its movements induced by the variations of temperature into the concrete mass due to the effect of the cement hydration, of the ambient temperature, the solar radiation and thermal loads during the period of hardening. These kinds of cracking are not decisive for the process of structural design of the current structures but they cause high costs of repair and they can significantly reduce the useful life of the same ones. The cracking risk related with a concrete structure is evaluated by values of safety factors that can be (or not) part of building codes. These coefficients are determined from simulations that aim to reproduce the real situations of use, the geometry of the structure, the procedures of build and the ambient. In this work, (1) experimental studies with high-performance concrete and (2) computational studies of simulation of typical structures using HPC are presented. These studies aim to contribute with the knowledge of the influence of the types of chemical admixtures (superplasticizers) and mineral admixtures on the thermal-mechanical behavior of typical HPC structures, as these two parts are considered as key parameters in the production of this type of concrete and, to a large amount of the concrete ones produced at the present time. Laboratorial experiments had been carried through with HPC using lignossulfonate, naphthalene and polycarboxylate based admixtures, beyond mixture of two types of chemical admixtures (naphthalene and polycarboxylate based). Metakaolin and silica fume had been used as supplementary cementitious material. The HPC properties that influences on the thermal-mechanical problem were analyzed according to the technical procedures: strength resistance and modulus of rupture, modulus of elasticity, creep, coefficient of thermal expansion, specific heat, thermal conductivity/diffusivity, temperature of adiabatic rise, heat of hydration.Simulations of columns using some of the studied 80MPa-HPC had been carried through using computational programs of thermal-mechanical analysis of concrete structures. In these occasions, under some scenes of analysis, the sensitivity of the computational model of analysis adopted in these programs was investigated to use HPC, comparing the effective influences of these key parameters of HPC production on the thermalmechanical behavior of the columns analyzed. Finally, it can be concluded that the HPC structures had been sensible to the variations of the types and of the batches of superplasticizer admixtures, from the thermal-mechanical viewpoint, and it was possible to find the same structure under the construction stage exposed or not to a probable risk of cracking. It can be concluded, also, that silica fume had a more favorable thermal-mechanical behavior to the structures, when comparing with the use of metakaolin as mineral admixture. This better behavior, however, had been by the delayed developments of the mechanical properties of the HPC with metakaolin, and not by the developments of thermal stresses
