RESUMO Fibras de aço são largamente utilizadas para os mais diversos fins na construção civil. A principal utilização é para reforço estrutural. Nessa aplicação as fibras atuam como ponte de transferência de tensão no compósito por meio do atrito entre a fibra e a matriz. Um meio para potencializar a aplicação de fibras em compósitos cimentícios é a alteração da superfície das fibras por meios físico químicos de modo proporcionar maior interação entre a fibra e a matriz. Neste trabalho é proposto um tratamento químico com dois tipos de silano, o Tetraetoxissilano (TEOS) e o Glicidoxipropiltrimetoxissilano (GPTMS). Foram realizados tratamentos de funcionalização por processo úmido e rota ácida com banhos sequenciais e cura após tratamento com silanos em porções de 1 e 10% em volume na solução e posteriormente analisados por MEV/EDS e método gravimétrico. Foram obtidas fibras de aço com silanos depositados em sua superfície. Foi verificado que quanto maior a concentração do banho de silano, maior é a deposição de silano na superfície das fibras. Em paralelo, verificou-se o aumento expressivo da concentração de silício em função do teor de silano nos banhos de funcionalização. Também se verificou que os filmes de silano quando espessos apresentam fragilidade à abrasão, sendo possível remover parte do filme por meio do atrito entre as fibras.

ABSTRACT Steel fibers are widely used for the most diverse purposes in civil construction. The main use is for structural reinforcement. In this application, the fibers act as a stress transfer bridge in the composite through the friction between the fiber and the matrix. One way to enhance the application of fibers in cementitious composites is to change the surface of the fibers by physical chemical means in order to provide greater interaction between the fiber and the matrix. In this work it is proposed a chemical treatment with two types of silane, Tetraethoxysilane (TEO)S and Glicidoxypropiltrimethoxysilane (GPTMS). Functionalization treatments were carried out by wet process and acid route with sequential baths and cured after treatment with silanes in portions of 1 and 10% by volume in the solution and later analyzed by SEM/EDS and gravimetric method. Steel fibers were obtained with silanes deposited on its surface. It was found that the higher the concentration of the silane bath, the greater the deposition of silane on the surface of the fibers. In parallel, there was an expressive increase in the concentration of silicon as a function of the silane content in the functionalization baths. It was also found that silane films when thick show fragility to abrasion, being possible to remove part of the film through friction between the fibers.

ABSTRACT This work evaluated the efficiency and workability manteinance of a polyfunctional (lignosulfonate-based) and a superplasticizer (polycarboxylate-based) admixture in high-performance pastes (water/cement ratios of 0.30, 0.33 and 0.36) produced with two types of Portland cement (one pozzolanic and one high early strength). The workability of the pastes was evaluated by the mini slump test immediately after mixing, and after 20 and 40 minutes. Furthermore, the mechanical strength of pastes with fixed w/c ratio (0.36) and mini slump (130 mm), produced with the different combinations of cements and admixtures, was evaluated. The results showed that the CP IV+lignosulfonate and CP V-ARI+polycarboxylate mixes presented the best workability maintenance over time. The pastes produced with CP V-ARI presented 28-day strengths about 22% higher than those produced with CP IV, for both admixtures. In turn, the lignosulfonate-containing pastes showed strengths about 10% higher than those produced with the polycarboxylate-based admixture. Overall, it was possible to obtain the same workability for high-performance Portland cement pastes produced with both admixtures and cements; however, the workability mantainance and mechanical strength highly depends on the combination of cement and admixture used.

resumo: Para uma granulometria controlada, este estudo avalia o efeito da nanossílica nas propriedades mecânicas e reológicas, bem como na microestrutura de matrizes de cimento Portland contendo uma quantidade fixa de materiais cimentícios suplementares e três diferentes tipos de cimentos. O comportamento reológico das pastas cimentícias foi avaliado por reometria rotacional e o desempenho mecânico foi medido através da resistência à compressão. A microestrutura foi analisada por porosimetria de intrusão de mercúrio e microscopia eletrônica de varredura. Houve um aumento da viscosidade das matrizes cimentícias, como consequência da redução na distância de separação das partículas dessas suspensões. O teor ótimo de nano-sílica variou de acordo com a relação Ca/Si das matrizes de cimento Portland contendo materiais cimentícios suplementares. O uso da nanossílica permitiu modificar a distribuição do tamanho dos poros das matrizes cimentícias. E a estrutura da nanossílica nas matrizes cimentícias ocorreu em camadas ou aglomerados de nanopartículas recobertas por produtos de hidratação.

abstract: For a controlled granulometry, this study evaluates the effect of nano-silica on mechanical and rheological properties, as well in the microstructure of Portland cement matrices containing a fixed amount of supplementary cementitious materials and three different types of cements. The rheological behavior of cement pastes was evaluated by rotational rheometry and mechanical performance was measured througth the compressive strength. The microstructure was analyzed by intrusion mercury porosimetry and scanning electron microscopy. There was an increasing on the viscosity of the cementitious matrices, as a consequence of the reduction in the inter particle separation of these suspensions. The optimum content of nano-silica varied according to Ca/Si ratio of Portland cement matrices containing supplementary cementitious materials. The use of nano-silica allowed to modify the pore size distribution of cementitious matrices. And the structure of nano-silica in cementitious matrices has occurred in layers or agglomerates of nano-particles covered by hydration products.

ABSTRACT The study of silanes and polymers with special functions is increasing and the development of materials from silane-based polymers follows this trend. In this way, the hydrolysis of 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) was studied as a function of the hydrolysis time in solutions with 50% of alcoholic solvents by infrared spectroscopy. It was verified that it was possible to analyze qualitatively and quantitatively the chemical reactions involving the hydrolysis / condensation of GPTMS and the main kinetics variations during the process. The results suggest that up to 30 minutes of hydrolysis, the predominant reactions are hydrolysis of the alkoxy groups, with the generation of the Si-OH groups and alcohol, in this case methanol. From 30 minutes, there is a large amount of silanols in the solution that tend to condense and form siloxane groups, which has this reaction accelerated from 60 minutes. Already, from 70-80 minutes, the reactions tend to decrease the kinetics, due to the absence of silanols and the hydrolysis / condensation process.

ABSTRACT This work deals with the effect in fresh and hardened properties of nano-TiO2 as addition in cement-based mortars. Three commercial nano-TiO2 powders were characterized by laser granulometry, XRD, FRX, zeta potential, BET and SEM. Two cementitious mortars were produced with nano-TiO2, an industrialized and a non-industrialized type; then, these mortars were characterized by flowability, surface roughness, flexural strength and surface fracture. The results showed that the nano-TiO2 addition reduced the flowability in terms of spread on table of the mortars. For surface roughness, in the industrialized mortars, the nanoparticles resulted in a smoother surface, while in the non-industrialized mortars, the nanoparticles formed a rougher surface. For flexural strength, in the non-industrialized mortars, the higher the nanoparticles amount, the higher the strength, while in the industrialized mortars no tendency was verified. In addition, from SEM analysis, it was noted that the fracture of the samples presented a tortuous aspect and growth through the region between cement paste and aggregates.

RESUMO O desempenho de aditivos plastificantes está diretamente relacionado com as características da molécula empregada na sua fabricação e, nesse caso, varia de acordo com a sua procedência. Neste contexto, o objetivo deste estudo é avaliar o desempenho de quatro aditivos comerciais à base de policarboxilato em pastas de cimento Portland com baixas relações água/cimento. Os aditivos foram caracterizados por meio de ensaios de teor de sólidos e Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier. Já o desempenho dos aditivos nas pastas foi avaliado pelos ensaios de mini-abatimento, teor de ar incorporado, resistência à compressão aos 28 dias e termogravimetria. Para ambas as relações a/c avaliadas, os quatro aditivos apresentaram espalhamentos diferentes para um mesmo teor de sólidos utilizado. Também se constatou que diferentes tipos de aditivos ocasionaram alterações distintas nos períodos de indução, bem como, diferentes incorporações de ar, que acarretaram diferentes resistências à compressão das pastas, de maneira que a maior resistência à compressão pode ser atribuída ao menor teor de ar incorporado. Estes resultados podem ser explicados porque o desempenho do aditivo está associado ao tamanho da sua molécula, cadeias laterais, peso molecular e a adsorção da molécula nos compostos químicos do cimento. Verificando que mesmas bases químicas de aditivos (policarboxilatos) resultam em diferentes comportamentos de misturas cimentícias, ressalta-se que é de suma importância o teste prévio de compatibilidade entre o cimento Portland e o aditivo químico que será utilizado na produção da matriz cimentícia.

ABSTRACT The performance of dispersing admixtures is directly related to the characteristics of the utilized molecule and it can vary according from the original. In this context, the objective of this study is to evaluate the performance of four commercial polycarboxylate-based in Portland cement pastes with low w/c ratio. The admixtures were characterized through tests of solids content and Fourier Transform Infrared Spectroscopy. The performance of the admixtures in the pastes was evaluated by the mini-slump test, as well as by the air void content, compressive strength at 28 days and thermogravimetry. For both a / c ratios evaluated, the four additives showed different spreadings for the same solids content used. It was also found that different types of additives caused different changes in the induction periods, as well as different air incorporations, which resulted in different compressive strengths of the pastes, so that the greatest compressive strength can be attributed to the lowest content of incorporated air. These results can be explained because the performance of the additive is associated with the size of its molecule, side chains, molecular weight and the adsorption of the molecule in the chemical compounds of cement. Noting that the same chemical bases of additives (polycarboxylates) result in different behaviors of cement mixtures, it is emphasized that the prior compatibility test between Portland cement and the chemical additive that will be used in the production of the cement matrix is of paramount importance.

Resumo Nas últimas décadas, a impressão 3D emergiu como um novo e promissor paradigma de fabricação. Mesmo na indústria da construção civil, ela tem ganhado atenção de empresas e pesquisadores de todo o mundo. Apesar disso, as propriedades dos materiais aplicados no processo de manufatura aditiva ainda são pouco estudadas. Um dos desafios está na necessidade de conciliar alta capacidade portante, poupando a necessidade de quaisquer medidas restritivas, com a capacidade de manter a fluidez por tempo suficiente, a fim de evitar juntas frias entre as camadas. Nesse sentido, os aditivos Modificadores de viscosidade (VMAs) podem ser uma solução, pois são capazes de promover floculação, ganho de viscosidade e aumento da tensão de escoamento, reduzindo o tempo de deposição entre as camadas, o que pode diminuir a formação de juntas frias. Esta pesquisa avaliou parâmetros reológicos de quatro VMAs diferentes e descobriu que eles apresentam potencial para aumentar a coesão e a construtibilidade de concretos para impressão 3D. Os resultados mostraram que esse efeito varia com o tipo e a quantidade de aditivo adotado. Particularmente, a argila bentonita, como aditivo mineral em pó, apresentou melhor desempenho em comparação com os VMAs poliméricos, produzindo taxas de estruturação até 62% superiores à mistura de referência.

Abstract In the last decades, 3D printing has emerged as a promising new paradigm for manufacturing. Even in the civil construction industry, it has gained attention from companies and researchers around the world. Despite of that, the properties of materials applied in the additive manufacturing process are still understudied. One of the challenges is the need to conciliate both high bearing capacity, sparing the need of any confining measures, and the ability of keeping fluidity for enough time, in order to avoid cold joints between the layers. In that scenario, viscosity enhancing admixtures (VEAs) can be a solution, because they are able of promoting flocculation, viscosity gain and yield strength increase, reducing the deposition time in between the layers, which may decrease the formation of cold joints. This research evaluated rheological parameters of four different VEAs and found out that they show potential for increasing the cohesion and buildability of concretes for 3D-printing. The results showed that this effect varies with the type and amount of the admixture adopted and bentonite clay, as a mineral powder material, performed best in comparison to other polymeric VEAs, presenting structuration rates of up to 62% higher than the reference mixture.

Resumo A aplicação de pressão em misturas cimentícias tem efeitos positivos no desenvolvimento da microestrutura e nas propriedades mecânicas da matriz endurecida. Contudo, os benefícios têm sido estudados em níveis altos de pressão ou combinados com cura térmica. Este artigo está inserido em uma pesquisa em que foi proposto um equipamento alternativo para propiciar tanto a cura sob pressão quanto térmica em condições de fácil reprodução. Foram reportados os resultados obtidos considerando o efeito da pressão aplicada nas primeiras horas de hidratação, com cargas de 0,1 MPa, 5 MPa e 10 MPa. Através dos ensaios de massa específica, módulo de elasticidade dinâmico e resistência à compressão, verificou-se a relação positiva entre aumento de pressão e desempenho mecânico. Foram conduzidos ensaios de microscopia eletrônica de varredura, porosimetria e termogravimetria, nos quais se verificou a influência da pressurização no desenvolvimento de uma matriz compacta e homogênea, porém com aumento da microporosidade e diminuição da quantidade de produtos de hidratação formados. Os resultados indicam que um desempenho mecânico satisfatório não depende exclusivamente do grau de hidratação do cimento, mas da sinergia entre produtos formados e alterações na estrutura de poros.

Abstract Compaction pressure has positive effects on the development of the microstructure and mechanical properties of hardened cementitious mixtures. However, the benefits have been studied at high-pressure levels or combined with thermal curing. This article is part of a research project that proposed an alternative equipment to promote both pressure and thermal curing, in conditions that are easy to reproduce. The paper reports the results obtained from the study of the isolated effect of the pressure applied in the first hours of hydration, with loads of 0,1 MPa, 5 MPa and 10 MPa. The relationship between pressure increments and mechanical performance was checked by means of density, modulus of dynamic elasticity and compressive strength tests. Scanning electron microscopy, porosimetry and thermogravimetry analyses were carried out. They showed the influence of pressurizing on the development of a compact and homogeneous matrix, but with an increase in microporosity and a decrease in the amount of hydration products formed. The results indicate that a satisfactory mechanical performance does not depend exclusively on the degree of hydration of the cement, but on the synergy between hydration products and changes in the pore structure.

RESUMO O objetivo desse trabalho foi monitorar a hidrólise/condensação do tetraetoxissilano (TEOS) em função do tempo de diluição do silano, por meio da análise de espectroscopia de infravermelho (IR). Inicialmente foram avaliadas duas concentrações de silano (1 e 10% em volume). No entanto, verificou-se que em concentrações de 1% de TEOS não foi possível identificar as ligações químicas de interesse ao monitoramento da hidrólise de maneira adequada em regiões características do espectro de infravermelho. Definida a concentração adequada, o monitoramento da hidrólise/condensação foi realizado por meio dos espectros de infravermelho obtidos em soluções hidrolisadas à temperatura ambiente e extraídas a cada 10 minutos. Verificou-se que as reações de hidrólise dos grupos alcóxi aceleraram em 40 minutos a partir da diluição do TEOS. Em paralelo, a condensação dos silanóis também acelerou, devido ao aumento na sua concentração na solução. Após 70 minutos, a hidrólise/condensação apresentou uma desaceleração por meio da formação de siloxano e devido à hidrólise completa dos grupos alcóxi do TEOS. A hidrólise do TEOS em soluções com baixo teor alcoólico (em torno de 50% em volume) não mostrou prejuízos para o monitoramento das reações de interesse do sistema, apresentando cinética de reação similar ao reportado na bibliografia, mostrando-se como alternativa aos sistemas com consumo excessivo de solventes orgânicos.

ABSTRACT The objective of this work was to monitor the hydrolysis/condensation of tetraethoxysilane (TEOS) as a function of the silane dilution time, through infrared (IR) spectroscopy. Initially two concentrations of silane (1 and 10% by volume) were evaluated. However, it was found that at 1% of TEOS concentrations it was not possible to identify the chemical bonds of interest for the hydrolysis monitoring adequately in regions characteristic of the infrared spectrum. Once the appropriate concentration was defined, the hydrolysis/condensation monitoring was carried out using the infrared spectra obtained in solutions hydrolyzed at room temperature and extracted every 10 minutes. It was found that the hydrolysis reactions of the alkoxy groups accelerated in 40 minutes from the TEOS dilution. In parallel, the condensation of the silanols also accelerated, due to the increase in their concentration in the solution. After 70 minutes, the hydrolysis/condensation showed a deceleration through siloxane formation and due to the complete hydrolysis of the TEOS alkoxy groups. The hydrolysis of TEOS in solutions with low alcohol content (around 50% by volume) did not show any damage to the monitoring of the reactions of interest of the system, presenting reaction kinetics similar to those reported in the literature, showing up as an alternative to systems with excessive consumption of organic solvents.

ABSTRACT Shrinkage-reducing admixture (SRA) and expansive admixture (EXA) were used in high performance self-compacting concrete (HPSCC) to mitigate autogenous shrinkage. In order to evaluate the fresh properties of concretes, the rheological parameters were determined in a ICAR rheometer at 10, 25, 40, 60 and 90 min. The flow behavior of the mixtures was described by Bingham, Herschel-Bulkley, and modified Bingham models. Slump flow test, V-funnel test and J-Ring test were also carried out at 10 min. Slump flow test was performed also after 90 min of mixing. The test results showed that, at 10 minutes, all mixtures had similar performances, independently of the SRA and EXA contents. However, the slump flow test shows a reduction of up to 24% of its diameter at 90 min for mixtures with EXA. Mixtures with EXA revealed a gradual increase in dynamic yield stress with elapsed time. In contrast, concretes with SRA exhibited less variation in its rheological properties. Statistical analysis (ANOVA) showed that, regardless of the rheological model adopted, the admixture content was not a significant factor for the yield stress, while the type of admixture and the time of testing greatly influenced the concretes rheological response.

Neste trabalho avalia-se a influência da incorporação de cinza pesada moída, obtida da combustão de carvão mineral, em pastas de cimento Portland. A cinza pesada foi incorporada as pastas de cimento em três distribuições granulométricas distintas e dosadas para teores de substituição ao cimento, em volume, de 10%, 30% e 50%. As pastas foram dosadas com duas relações água/aglomerante, em massa, de 0,35 e 0,40. As primeiras idades foram investigadas por calorimetria isotérmica. Após passarem por cura úmida, as pastas foram testadas por termogravimetria, resíduo insolúvel e resistência mecânica à compressão para as idades de 7, 28 e 91 dias de hidratação. Foi observado um aumento do grau de hidratação para as pastas produzidas com cinza pesada moída, independentemente da finura e do teor incorporado. O aumento de calor liberado e resistência à compressão, juntos com a redução do percentual de resíduo insolúvel, levaram a conclusão que cinza pesada moída apresentou, simultaneamente, atividade química e física junto a hidratação do cimento. Os resultados sugerem que a cinza pesada moída pode substituir em até 50% o volume do cimento Portland sem redução da resistência mecânica aos 91 dias de hidratação.

In this study, the influence of adding ground coal bottom ash in Portland cement pastes was evaluated. Blended cements were prepared with ground bottom ash of three distinct particle size distributions and substitutions, by volume, of 10%, 30%, and 50%. For each blended cements, pastes were prepared with water to binder ratios of 0.35 and 0.40, by mass. Early age hydration was investigated by isothermal calorimetry. After being subject to wet curing, the pastes were tested for thermogravimetric analysis, insoluble residue content and compressive strength tests at 7, 28, and 91 days. Degree of hydration increased with the addition of ground bottom ash for all fineness and replacement contents. Increase in heat evolution and compressive strength, along with the decrease in the insoluble residue content, lead to the conclusion that the added ground bottom ash acted both chemically and physically in the hydration of the blended cements. The findings suggest that the ground bottom ash could replace up to 50% of the ordinary Portland cement without compromising compressive strength at 91 days of hydration

Oligante geopolimérico é um material alternativo ao cimento Portland, obtido pela policondensação em meio alcalino da cinza volante, desde que observados critérios de escolha dos materiais precursores, parâmetros de dosagem e condições de cura. Empregando-se cinza volante em sua forma moída e solução de hidróxido de sódio, avaliou-se o efeito de diferentes concentrações de solução (8 M, 12 M e 16 M), relações mássicas entre os materiais precursores (0,50, 0,55, 0,60, 0,65 e 0,70) e cura térmica na resistência à flexão e compressão de prismas em idades que variaram entre 1, 3 e 7 dias, conforme o interesse da investigação. As conclusões deste trabalho foram que é possível dispensar a segunda cura térmica e que os valores de resistência permanecem estáveis ao longo do tempo. Constatou-se ainda forte efeito dos parâmetros de dosagem no desempenho final, uma vez que foram obtidos resultados potenciais de resistência, aumentando a concentração molar da solução e reduzindo a relação entre solução ativadora e cinza volante.

Geopolymeric binders are an alternative material to Portland cement that it are obtained by fly ash polycondensation in an alkaline medium, as long as criteria for selection of precursor materials, mixing parameters and curing regime are observed. By employing ground fly ash and a sodium hydroxide solution, the effect on flexural and compressive strength of prismatic specimens was evaluated through changing solution concentration (8 M, 12 M and 16 M), fly ash - alkaline solution ratio by mass (0.50, 0.55, 0.60, 0.65, 0.70), curing regime (in oven or moist chamber) and age (1, 3 or 7 days) according to the aim of each evaluation. The findings of this study were that a second thermal curing may be dismissed and strength values remained stable over time. In addition, the investigation showed a strong effect between mixing parameters, since strength was improved by increasing the molar concentration and reducing the materials mass ratio.