Abstract The objective of this work was to develop a chemical admixture to make concrete capable to heal its fissures autonomously and, consequently, mitigate the concrete’s reinforcement corrosion due to the ingress of aggressive agents. For that, polymeric microcapsules built by a shell of urea-formaldehyde-melamine (UFM) and a core of methylmethacrylate were developed and added to the concrete to further evaluation. The concrete specimens containing 0%, 3% and 6% of the proposed microcapsules (mass of microcapsules / mass of cement) were subjected to destructive and non-destructive tests. The water absorption and the mechanical tests i.e., compressive strength and indirect tensile strength (Brazilian test) were carried out to characterize concrete, while the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and the non-destructive ultrasonic pulse velocity (UPV) tests were conducted to evaluate the concrete self-healing ability. These tests showed that the proposed admixture was able to heal the concrete’s fissures partially. In addition, it was concluded that the samples with 3% of microcapsules presented higher self-repairing rates. Despite the microcapsules developed in this work have presented a satisfactory self-healing efficiency, their effectiveness looks to be affected by the mixing procedure once part of them is broken during the process.

Resumo O objetivo deste trabalho foi desenvolver um aditivo químico capaz de tornar o concreto auto reparável e, consequentemente, mitigar a corrosão da armadura em seu interior devido à entrada de agentes agressivos. Para isso, microcápsulas poliméricas compostas por uma casca de uréia-formaldeído-melamina (UFM) e um núcleo de metilmetacrilato foram desenvolvidas e adicionadas ao concreto para posterior avaliação. Os corpos de prova de concreto contendo 0%, 3% e 6% das microcápsulas propostas (massa de microcápsulas / massa de cimento) foram submetidos a ensaios destrutivos e não destrutivos. O ensaio de absorção de água e os mecânicos, ou seja, resistência à compressão e resistência à tração indireta (teste brasileiro) foram realizados para caracterizar o concreto, enquanto a espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e os ensaios não destrutivos de velocidade de pulso ultrassônico (UPV) foram conduzidos para investigar a ocorrência de autorreparação. Esses testes mostraram que o aditivo proposto foi capaz de cicatrizar as fissuras do concreto parcialmente. Além disso, analisando os dados coletados com o programa de testes, concluiu-se que as amostras com 3% de microcápsulas apresentaram maiores taxas de autorreparação. Apesar das microcápsulas desenvolvidas neste trabalho terem apresentado uma eficiência de autorreparação satisfatória, sua eficácia parece ser afetada pelo procedimento de mistura, uma vez que parte delas é quebrada durante o processo.

Abstract Fibre Reinforced Concrete (FRC) is internationally recognised as a structural material in the fib Model Code 2010 and at a national level in the recently published ABNT standard NBR 16935, which establishes the structural design procedure based on post-cracking parameters. This publication should foster an increase in the number of applications of FRC in Brazil in the next years. In this context, many researchers have investigated the use of the DEWS test for the FRC characterisation as an alternative to the three-point bending test (3PBT) usually recommended by standards. The DEWS test is conducted by applying a compressive load on specimens with triangular grooves that induce a pure mode‑I tensile fracture. Despite the advantages of the test, such as a smaller specimen and simpler testing procedure to obtain the anisotropic/orthotropic material properties, it still requires transducers to measure crack opening and generate the triangular grooves in the specimen, which is more complex, and labour demanding. This study addresses these issues by proposing a simplified test method and preparation consisting of removing the transducers (correlating the machine stroke and the crack opening) and generating the triangular groves during the casting instead of sawing afterwards. These modifications made the testing procedure much easier to perform. The experimental program assesses the modifications in the DEWS test setup and their influence on the post-cracking characterisation of FRC. Additionally, the effective fibre content and orientation were assessed by performing the inductive test. The results show that FRC characterisation can be successfully conducted using a simpler configuration of the DEWS test. This alternative test presents some advantages in comparison with the 3PBT test for FRC quality control, especially the lower volume of material and the test control by machine displacement.

Resumo O Concreto Reforçado com Fibras (CRF) é reconhecido internacionalmente como material estrutural pelo fib Model Code 2010 e em nível nacional, na recém publicada norma ABNT NBR 16935, que estabelece o procedimento de projeto estrutural baseado nos parâmetros pós-fissuração do compósito. Esta publicação deve propiciar um aumento do número de aplicações de CRF no Brasil nos próximos anos. Nesse contexto, muitos pesquisadores têm investigado o uso do teste DEWS para a caracterização de CRF como alternativa ao ensaio de flexão em três pontos (3PBT) usualmente recomendado pelas normas. O ensaio DEWS é realizado aplicando-se uma carga compressiva em corpos de prova com duplo corte à 450 que induzem uma falha em modo-I de fratura. Apesar das vantagens, como uso de corpo de prova menor e procedimento de ensaio mais simples para obter as propriedades anisotrópicas/ortotrópicas do material, ele ainda requer transdutores para medir a abertura da fissura e gerar os cortes triangulares no corpo de prova, o que é mais complexo e trabalhoso. Este estudo aborda essas questões propondo um método de ensaio e preparação simplificado que consiste em remover os transdutores (correlacionando o deslocamento da máquina e a abertura da fissura) e gerar os cortes triangulares à 450 durante a moldagem em vez de cortar posteriormente. Essas modificações tornaram o procedimento de ensaio muito mais fácil de ser realizado. O programa experimental avalia as modificações na configuração do ensaio DEWS e sua influência na caracterização pós-fissuração do CRF. Além disso, o conteúdo efetivo de fibra e a orientação foram avaliados através da realização do ensaio indutivo. Os resultados mostram que a caracterização do FRC pode ser realizada com sucesso usando uma configuração mais simples. Esse ensaio alternativo apresenta vantagens em comparação ao ensaio 3PBT para o controle tecnológico do CRF, principalmente em relação as dimensões do corpo de prova e controle do ensaio pelo deslocamento do equipamento.

ABSTRACT The use of construction and demolition (C&D) waste as aggregate in concrete results in a reduction in strength due to its porosity. To compensate, mix designs often require higher cement contents, which increase the material’s environmental impact. This study presents an experimental and numerical analysis of the effect of steel fibres on the mechanical properties of the concrete produced with recycled C&D aggregates with varying densities. The variation in fibre content did not present any influence on the compressive strength of concrete, which is significantly affected by the lower density of the recycled C&D aggregate. The fibres collaborate to mitigate the loss of flexural strength of the steel fibre reinforcement in recycled coarse aggregate concrete (SFRRCAC) provoked by lower density of recycled aggregates when the water-to-cement ratio is lower. When the water-to-cement ratio is above 0.65, there is a great reduction of the matrix strengths due to the paste porosity and the influence of aggregate density and fibre content was insignificant.

ABSTRACT The double punch test (DPT) is increasingly used internationally for quality control of steel fiber reinforced shotcrete (SFRS). This study intends to verify the influence of the DPT specimens’ diameter on the residual strength behavior of the SFRS. The experimental program aims to evaluate the dynamics of the test in terms of the results obtained from the analytical conversion of the axial displacement into total circumferential opening displacement (TCOD). The results are compared to those obtained through the 3D digital image correlation (DIC3D) to evaluate its applicability as a quality control method of the SFRS. The results demonstrated that the TCOD could be easily obtained by analytical conversion with reliable accuracy. The analysis of the DPT results could consider the crack opening level to obtain constitutive equations. The diameter of the DPT specimens directly influences the structural parameters of the SFRS. Smaller specimens may show a 35% reduction in residual strength associated with the service limit state. As the coefficient of variation of the residual strength associated with the ultimate limit state practically doubles when smaller specimens are used, for the same reliability, the sample sizing of the specimens of 10 cm is twice the quantity of the 15 cm.

RESUMO O uso de concreto autoadensável (CAA) aliado ao concreto reforçado com fibras (CRF) tem sido objeto de várias pesquisas recentes. A combinação da fluidez do CAA com o uso de fibras aumenta a probabilidade de que, no processo de lançamento, seja possível causar orientação preferencial nas fibras, inclusive em elementos planos. Isto pode ser benéfico ou prejudicial ao desempenho estrutural, uma vez que a capacidade resistente pós-fissuração do CRF depende fortemente da disposição e orientação das fibras. Devido a isso, é necessário o desenvolvimento de metodologia que possibilite avaliar esta condição. O uso de ensaios especiais, como o indutivo, pode ser uma ferramenta de controle que auxilie na compreensão da influência das condições de moldagem na orientação das fibras. No entanto, não há muitas pesquisas voltadas à parametrização desta condição em elementos planos. Este estudo traz como objetivo a demonstração da efetividade de utilização do ensaio indutivo em testemunhos cúbicos extraídos de uma placa moldada com concreto autoadensável reforçado com fibras de aço. Como resultado, o ensaio indutivo permitiu medir a variação na concentração de fibras em cada testemunho e, através da orientação de fibras medida em cada cubo, traçar linhas de fluxo que apontem a influência da moldagem na orientação preferencial das fibras.

Abstract The use of self-compacting concrete (SCC) combined with fiber reinforced concrete (FRC) has been the subject of several recent studies. The combination of the fluidity of the SCC with the use of fiber increases the possibility that, during the casting process, there is preferred orientation of the fibers, even in the case of slab elements. This could provoke an enhancement or a loss in structural performance, once the post cracking strength of FRC relies on the positioning and orientation of the fibers. Because of this, the development of a methodology is needed in order to allow the assessment of this condition. The use of special test methods, as the inductive test, may be a useful tool to help to understand the influence of the casting conditions in fiber orientation. However, there are not many studies focused on the parameterization of this condition in slab elements. The present study aims to use the inductive test method in cubic cores sawn from a slab made of steel fiber reinforced self-compacting concrete. As result, the inductive method was able to assess the variation in the fiber concentration and the fiber orientation in each core. The use of the individual cubes measured results turn possible to draw flow lines that point to the influence of the casting in the preferred fiber orientation and concentration.

Resumo A utilização de fibras no concreto resulta na melhora de algumas características como já foi confirmado por muitos estudos. Buscando obter os mesmos bons resultados, as fibras vêm sendo utilizadas em argamassas para revestimentos, reduzindo algumas desvantagens deste material.Porém, essas argamassas têm características específicas como a utilização de cal hidratada ou maiores teores de ar, que não são usuais no concreto. Portanto, esse trabalho tem como objetivo avaliar o potencial das fibras de polipropileno para reduzir a fissuração a curtas idades causadas pela retração restringida em argamassas de revestimento. O programa experimental foi conduzido com dois tipos de argamassas para revestimento e três teores de fibras. Com essas variáveis se pretende verificar se a introdução das fibras resulta comportamento distinto em função da diferença nas matrizes. As argamassas foram avaliadas no estado fresco e o comportamento mecânico foi medido em várias idades. A fissuração por retração restringida foi acompanhada até os 21 dias utilizando o ensaio do anel. Os resultados mostraram que o uso de fibras de polipropileno resultou em menores aberturas e atrasaram a ocorrência da primeira fissura. Além disso, o módulo de elasticidade mostrou elevada correlação com a abertura de fissura. Esses parâmetros foram utilizados para a predição da abertura de fissura das argamassas. O ensaio do anel pode ser um método de ensaio adequado para avaliar fibras para o controle da fissuração em argamassas para revestimento.

Abstract The incorporation of fibers in concrete produces an improvement in the characteristics of the material as observed in different studies. In order to obtain the same good results, fibers are added to rendering mortars to reduce some of their drawbacks. However, this type of mortar has some specific characteristics, such as hydrated-lime utilization or higher air, which is not usual in concrete. Thus, this study aims to evaluate the potential of polypropylene fibers to reduce early age cracking caused by restrained shrinkage in rendering mortars. Two types of mortars were used to verify possible differences in the way they responded to the introduction of fiber. The influence of the fiber content was also investigated. Mortars were evaluated in fresh state, and mechanical behaviors were measured at several ages. The restrained shrinkage cracking was followed for 21 days using the ring test method. The use of polypropylene fibers leads a smaller value of total crack width and a delay of the first crack. Also, the elastic modulus shows a higher correlation with the mortars crack width. Both parameters were successfully used to predict the mortars crack width. The ring test method may be a suitable test method to evaluate the capacity of fibers to control the crack formation in rendering mortars.

The present study proposes a methodology to characterize the mechanical properties of synthetic macrofibres, which are used as a reinforcement of new composites applied in civil construction industry. Some standards suggest that this characterization should be performed on original filaments and others propose using the current methodology used to characterise metallic fibres. These recommendations turn difficult the quality control procedure, so it was developed a methodology to characterize the mechanical properties of the macrofibres as they are supplied in the construction site, using the tensile test. In that sense, two types of macrofibres were evaluated obtaining their tensile strength and elastic modulus. Additionally, the macrofibres were mixed with aggregates in order to study how the abrasion affects their mechanical properties. Summing up, the proposed methodology is feasible, especially to estimate the tensile strength allowing its application in ordinary laboratories. Regarding the elastic modulus results, they may be underestimated using this method. Finally, it was observed that the abrasion between the macrofibre and the aggregates during the mixing process compromises the mechanical properties decreasing both the tensile strength and the elastic modulus.

RESUMO Dentre os diversos métodos de avaliação do comportamento mecânico de concreto reforçado com fibras (CRF), o ensaio proposto pela norma EN 14651-2007 é um dos mais promissores. Isto ocorre porque o mesmo é base da nova proposta dofib Model Code para o dimensionamento de estruturas utilizando o CRF. Dado que não há normas técnicas brasileiras abordando esse tipo de ensaio, é necessário empregar este método de ensaio na avaliação do CRF. Para tal, um estudo experimental foi desenvolvido focando o uso deste método de ensaio para a qualificação e dosagem de concretos reforçados com baixos teores de fibras de aço e de macrofibras poliméricas. Foram realizados ensaios de flexão de corpos-de-prova prismáticos com entalhe na face inferior, cuja função é induzir o posicionamento da fissura. Foram estudados três tipos de fibra, duas compostas de polipropileno (nas dosagens de 3,0, 4,5 e 6,0kg/m3 - correspondentes a 0,33, 0,50 e 0,66% em volume, respectivamente) e uma de aço (nas dosagens de 15, 25 e 35 kg/m3 - correspondentes a 0,19, 0,32 e 0,45% em volume, respectivamente) em uma matriz de concreto de resistência à compressão média de 35MPa. Verificou-se grande estabilidade nos resultados dos ensaios, com baixa dispersão nos resultados. Foi comprovado que é possível dosar as fibras de modo a atender diferentes níveis de requisitos estabelecidos nofib Model Code para o CRF destinado a aplicações estruturais quando são considerados os valores médios dos resultados de ensaio. Esta situação pode não se repetir quando os resultados característicos são considerados.

ABSTRACT There is a broad range of tests available for evaluating the mechanical behavior of fiber-reinforced concrete (FRC). The one proposed by the standard EN 14651-2007 is one of the most promising. This is due to the fact that this test method was chosen as reference in the new fib Model Code for structural design using the FRC. Since there is no standard published in Brazil regarding that kind of test, there is a need of use this test method in the evaluation of CRF. In that sense, an experimental program was carried out aiming to proceed a mix-design analysis of FRC and verify if concretes reinforced with low content of synthetic macrofibers and steel fibers could be in conformity to requirements for structural application according to the fib Model Code. Tests were performed using notched prismatic specimens, in which the formation of the crack is more stable. Three types of fiber have been evaluated, two of them were composed of polypropylene, used in the dosages of 3.0, 4.5 and 6.0kg/m3 (0.33, 0.50 and 0.66 in volume percentage) and the third one was composed of steel, used in the dosages of 15, 25 and 35kg/m3(0.19, 0.32 and 0.45 in volume percentage) in one concrete matrix of 35MPa of compressive strength. Great stability and reproducible results were achieved. It has been proven that it is possible to dose the fibers in order to meet different levels of requirements established in thefib. Model Code for FRC designated to structural purposes when considering mean values of test results. This situation can not be repeated when the characteristic results are considered in the analysis.

This works present an experimental study addressing the workability of fiber reinforced concrete (FRC). Only conventional measurements, such as slump and Ve-Be test, were used to evaluate the effect of the fiber content in the mixture. The fiber content shows to be of great influence in the concrete mobility reducing the slump and increasing exponentially the Ve-Be time. The fibers act as a barrier to coarse aggregates movement reducing the materials mobility. So, increasing the aggregate size or the fiber aspect ratio the flowability of the material will be reduced. In order to reduce that effect, an increase in the mortar content and/or in the initial slump could provide better workability conditions. The results showed that the Ve-Be test is not applicable to concrete with plastic consistency. On the other hand, slump test could not be adequate for stiff concretes that will be consolidated by intense vibration.

A qualidade das estruturas produzidas com o Concreto Reforçado com Fibras (CRF) depende fundamentalmente da existência de um método de controle de tenacidade confiável, econômico e compatível com modelos de dimensionamento existentes. O controle usual se dá através de ensaios de tração na flexão de vigas, necessitando de equipamento específico raramente encontrado em laboratórios de controle tecnológico do concreto. O Ensaio Barcelona Simplificado (EBS) surge como uma promissora alternativa de ensaio para o CRF, pois permite a extração de testemunhos e utiliza recursos disponíveis na maioria dos laboratórios. Este trabalho tem por objetivo comparar resultados obtidos através do EBS com o método de ensaio de prismas através da JSCE-SF4, que é o mais utilizado no Brasil, buscando estabelecer correlações entre as diferentes respostas destes ensaios. Foram utilizadas uma fibra de aço e uma de polipropileno, dosadas em três teores cada. Foram moldadas cinco vigas para o ensaio JSCE-SF4 e extraídos oito cilindros para o EBS. Desses ensaios obteve-se curvas carga versus deslocamento. A correlação de resultados foi obtida através da comparação da energia necessária para provocar uma abertura de fissura equivalente nos dois métodos. Os resultados mostraram que o sistema aberto para controle de velocidade compromete ambos os ensaios, principalmente para baixos teores de fibras e no estado limite de serviço (ELS). Os ensaios EBS e JSCE-SF4 são correlacionáveis quanto à tenacidade e a resistência residual (pós-fissuração), possibilitando a utilização de um ou outro sem comprometimento da avaliação destas características. O EBS é de mais fácil execução e possi-bilita a avaliação da tenacidade em testemunhos de estruturas executadas.

The quality control of the structures elements produced with Fiber Reinforced Concrete (FRC) depends critically of a test method to control toughness that could be considered reliable, economical and compatible with existing design models. The usual control is mainly based on bending tests of beam specimens, requiring specific equipment rarely found in Brazilian concrete control laboratories. The simplified Barcelona test (EBS) appears as a promising alternative test for FRC, as it allows the extraction of sample and uses resources available in most laboratories. This study aims to compare results obtained with the EBS method and the bending of beams through JSCE-SF4, which is the most used in Brazil, seeking to establish correlations between the different responses of these test method. One type of steel fiber and another polypropylene fiber were used with three levels of consumptions. Five beams were molded for test JSCE-SF4 and eight cylinders were extracted from the prisms edges for the EBS. These methods resulted load versus displacement curves. The correlations were obtained by comparing the energy required to cause a crack width equivalent for both methods. The results showed that the open-loop system turns difficult to measure the residual strength (poscracking) at Serviceability Limit States (SLS). The EBS and JSCE-SF4 test methods are correlated in terms of residual strength and toughness. These correlations allow the use of either method without compromising the evaluation of these characteristics. EBS is an easier test method to perform and allows the evaluation of toughness in cores extracted in real structural elements.

A utilização de macrofibras poliméricas está amplamente difundida no mercado brasileiro. Entretanto, a caracterização do comportamento mecânico de concretos reforçados com essas macrofibras ainda deve ser mais bem avaliada. Dentre os diversos métodos utilizados para essa finalidade, os ensaios realizados com sistema fechado de controle de velocidade de deslocamento fornecem resultados mais confiáveis. A principal vantagem conferida por esse sistema está na avaliação desses compósitos em baixo nível de fissuração, com maior nível de acurácia. O desempenho desses compósitos foi estudado segundo uma norma recente (ASTM C1609 - 2010) e outra que é uma referência tradicional no Brasil (JSCE-SF4 - 1984). Ambos os procedimentos prescrevem ensaios de flexão de corpos-de-prova prismáticos para determinação da resistência residual pós-fissuração e da tenacidade. Foram estudadas duas fibras: uma macrofibra de polipropileno, nas dosagens de 0,22, 0,33, 0,50, 0,66, 0,82 e 1,0% em volume, e outra de aço, nas dosagens de 0,19, 0,32 e 0,45% em volume. Foi utilizada uma matriz de concreto com resistência média à compressão de 35MPa. Foi verificado que a macrofibra polimérica pode proporcionar o mesmo nível de resistência residual que a fibra de aço, desde que sejam determinados teores com equivalência de desempenho em estudo de dosagem. Além disso, foi comprovada a maior precisão do ensaio utilizando-se a velocidade de deslocamento do corpo-de-prova como parâmetro de controle do ensaio, devido à redução da instabilidade pós-pico, que propiciou melhor avaliação da resistência residual do compósito nos níveis iniciais de deslocamento e fissuração da matriz.

Synthetic macrofibers are commonly used in Brazilian market. However, the characterization of the mechanical behavior of reinforced concretes with these macrofibers still hast to be better evaluated. Among the many methods used to this purpose the tests performed under closed-loop displacement control provide more reliable results. The main advantage of that system is in a more accurate evaluation of these composites at low levels of crack opening. In this study, the performance of these composites was examined according to a recent standard (ASTM C1609 - 2010) and a more traditional one, which is reference in Brazil (JSCE-SF4 - 1984). Both procedures prescribe flexural tests in prismatic specimens for the determination of post-crack residual strength and toughness. Two fibers were analyzed: a polypropylene macrofiber, used in the dosages of 0.22, 0.33, 0.50, 0.66, 0.82 and 1.0 in volume percentage, and a steel fiber, in the dosages of 0.19, 0.32 and 0.45 in volume percentage. A matrix of average compressive strength of 35MPa was used. It was observed that the synthetic macrofiber can provide the same level of residual strength as the steel fiber, as long as the equivalence of the dosages of each fiber is taken into account. Besides that, great efficiency and accuracy were obtained using the net displacement of the specimen as the controlled variable, due to the reduction of post-peak instability. Therefore, the determination of the residual strength of the composite in the initial levels of displacement and cracking of the matrix was better achieved.