ESTUDO EXPERIMENTAL DE MATERIAIS CIMENTÍCIOS DE ALTA RESISTÊNCIA MODIFICADOS COM POLÍMEROS SUPERABSORVENTES (PSAs) COMO AGENTES DE CURA INTERNA

Manuel Alejandro Rojas Manzano

ESTUDO EXPERIMENTAL DE MATERIAIS CIMENTÍCIOS DE ALTA RESISTÊNCIA MODIFICADOS COM POLÍMEROS SUPERABSORVENTES (PSAs) COMO AGENTES DE CURA INTERNA

Translated title of the contribution: EXPERIMENTAL STUDY OF HIGH STRENGTH CEMENTITIOUS MATERIALS MODIFIED WITH SUPERABSORBENT POLYMERS (SAP) AS INTERNAL CURING AGENTS

Manuel Alejandro Rojas Manzano

Universidade de Brasília

Research output: Thesis › Thesis doctorate

Abstract

One strategy that has been studied in recent years to mitigate autogenous shrinkage of high strength concrete (HSC), is the use of superabsorbent polymers (SAP) as entraining agents of internal water curing. However, given the gaps in the scientific community about the effects caused by these polymers on the properties of high strength cementitious materials more research needs to be conducted. This study was conducted in three parts and discusses the experimental investigation of the addition effect of SAP in cement pastes and also in fine-grained concrete. The first part was conducted to characterize the four superabsorbent polymers studied, in the second part cement pastes containing PSAs were evaluated through a rheological study, over time, using rotational rheometry technique of parallel plates, the analysis was complemented by isothermal conduction calorimetry. The influence of the addition of SAP was evaluated by microstructure comparative analysis of cement pastes with sílica fume, using techniques such as X-ray diffraction, thermal analysis, mercury intrusion porosimetry and scanning electron microscopy. In the third part of the experimental program was investigated the behavior of fine-grained concretes modified with PSA, with respect to time zero, the properties in the fresh state, the autogenous shrinkage and mechanical, elastic and durability properties. The slump flow method proved to be efficient and simple to determine the main property of SAP for use in cementitious materials is their water absorption capacity in this environment. The slump flow test proved to be efficient and simple to determine the water absorption capacity, main property of SAP for use in cementitious materials. The results of the rheological study indicate that the internal curing water incorporation with SAP, slightly influences the viscosity of the cement pastes. However, the magnitude of the effect on yield stress depends on the properties of polymers, particularly of retention capacity liquid time. The microstructure analysis revealed that the addition of SAP modifies the porosity of the cement paste with silica fume, by densification of the cementitious matrix, but with the increase in the total pore volume. The ultrasonic pulse methodology proved to be accurate to mark the beginning of the experimental determination of autogenous shrinkage. The isothermal conduction calorimetry in the pastes showed that internal curing water added to the mixture using the polymer, participates of the hydration reactions. Thus, the comparative analysis of the effect of SAP on hardened state properties of fine-grained concretes should be made with respect to the reference mixture containing the same w/ctotal ratio of concrete modified with polymer. With this approach, the SAP is a promising strategy because, depending on the added content, mitigates or even eliminates the autogenous shrinkage on fine-grained concretes, without prejudice to the mechanical and elastic properties.

Translated title of the contribution	EXPERIMENTAL STUDY OF HIGH STRENGTH CEMENTITIOUS MATERIALS MODIFIED WITH SUPERABSORBENT POLYMERS (SAP) AS INTERNAL CURING AGENTS
Original language	Portuguese
Awarding Institution	Universidade de Brasília
Supervisors/Advisors	da Silva, Eugênia Fonseca, Director, External person DE MENDOÇA LOPES, ANNE NEIRY, Director, External person
Date of Award	01 Sep 2016
State	Published - 2016
Externally published	Yes

Keywords

superabsorbent polymers
high strength concrete
autogenous shrinkage
internal curing

Access to Document

https://www.pecc.unb.br/wp-content/uploads/teses/D16-5A-Manuel-Manzano.pdf

Cite this

@phdthesis{ce03f7e2fa3043cab77d89a089b25082,

title = "ESTUDO EXPERIMENTAL DE MATERIAIS CIMENT{\'I}CIOS DE ALTA RESIST{\^E}NCIA MODIFICADOS COM POL{\'I}MEROS SUPERABSORVENTES (PSAs) COMO AGENTES DE CURA INTERNA",

abstract = "Una de las estrategias que viene siendo estudiada en los {\'u}ltimos a{\~n}os, para mitigar la retracci{\'o}n aut{\'o}gena de concretos de alta resistencia (CARs), es la utilizaci{\'o}n de Pol{\'i}meros Superabsorbentes (PSAs), como agentes incorporadores de agua de curado interno. Sin embargo, frente a las lagunas existentes en el medio cient{\'i}fico sobre los efectos causados por esos pol{\'i}meros en las propiedades de los materiales cementicios de alta resistencia, m{\'a}s investigaciones deben ser realizadas. De esta manera, este trabajo, desarrollado en tres partes, trata de la investigaci{\'o}n experimental del efecto de la adici{\'o}n de PSAs en pastas de cemento y tambi{\'e}n en microconcretos. En la primera parte, fue realizada la caracterizaci{\'o}n de los cuatro pol{\'i}meros superabsorbentes estudiados, que dio soporte para que, en la segunda parte, fueran evaluadas las pastas de cemento con PSAs, por medio de un estudio reol{\'o}gico, a lo largo del tempo, utilizando la t{\'e}cnica de reometr{\'i}a rotacional de placas paralelas, an{\'a}lisis que fue complementado con la calorimetr{\'i}a de conducci{\'o}n isot{\'e}rmica. La influencia de la adici{\'o}n de PSA fue evaluada por el an{\'a}lisis comparativo de la microestructura de pastas de cemento y micro-s{\'i}lice, utilizando t{\'e}cnicas como: difracci{\'o}n de rayos-X, an{\'a}lisis t{\'e}rmica, porosimetr{\'i}a por inyecci{\'o}n de mercurio y microscopia electr{\'o}nica de barrido. En la tercera y {\'u}ltima parte del programa experimental fue investigado el comportamiento de microconcretos modificados con PSA, en lo que respecta a tiempo cero, a propiedades en estado fresco, a retracci{\'o}n aut{\'o}gena y a propiedades mec{\'a}nicas, el{\'a}sticas y relacionadas a durabilidad. El m{\'e}todo de asentamiento de morteros se mostr{\'o} eficiente y simple para determinar la principal propiedad del PSA para uso en materiales cementicios que es la capacidad de absorci{\'o}n de agua en ese medio. Los resultados del estudio reol{\'o}gico indican que la incorporaci{\'o}n de agua de curado interno, usando PSA, influencia levemente la viscosidad de las pastas de cemento, sin embargo, la magnitud del efecto en el esfuerzo de fluencia depende de las propiedades de los pol{\'i}meros, sobretodo, de la capacidad de retenci{\'o}n de l{\'i}quido en el tiempo. El an{\'a}lisis de la microestructura revel{\'o} que la adici{\'o}n de PSA modifica la porosidad de la pasta de cemento e micro-s{\'i}lice, debido a la densificaci{\'o}n de la matriz cementicia, no obstante, con el aumento del volumen total de poros. La metodolog{\'i}a del pulso ultras{\'o}nico se mostr{\'o} precisa para el inicio de la determinaci{\'o}n experimental de la retracci{\'o}n aut{\'o}gena. La calorimetr{\'i}a de conducci{\'o}n isot{\'e}rmica en las pastas mostr{\'o} que el agua de curado interno, adicionada a la mezcla usando el pol{\'i}mero, participa de las reacciones de hidrataci{\'o}n. De esta forma, el an{\'a}lisis comparativo del efecto del PSA en las diversas propiedades en el estado endurecido de los microconcretos debe ser realizada en relaci{\'o}n a la mezcla de referencia que contiene la misma relaci{\'o}n a/ctotal del concreto modificado con el pol{\'i}mero. Con el enfoque sugerido en esta investigaci{\'o}n el PSA es una estrategia promisoria pues, dependiendo de la cantidad adicionada, mitiga, o hasta elimina, la retracci{\'o}n aut{\'o}gena en los microconcretos, sin perjuicio en las propiedades mec{\'a}nicas y el{\'a}sticas.",

keywords = "pol{\'i}mero superabsorbente, concreto de alta resistencia, retracci{\'o}n aut{\'o}gena, curado interno, superabsorbent polymers, high strength concrete, autogenous shrinkage, internal curing",

author = "\{Rojas Manzano\}, \{Manuel Alejandro\}",

year = "2016",

language = "Portugu{\'e}s",

school = "Universidade de Bras{\'i}lia",

}

TY - BOOK

T1 - ESTUDO EXPERIMENTAL DE MATERIAIS CIMENTÍCIOS DE ALTA RESISTÊNCIA MODIFICADOS COM POLÍMEROS SUPERABSORVENTES (PSAs) COMO AGENTES DE CURA INTERNA

AU - Rojas Manzano, Manuel Alejandro

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Una de las estrategias que viene siendo estudiada en los últimos años, para mitigar la retracción autógena de concretos de alta resistencia (CARs), es la utilización de Polímeros Superabsorbentes (PSAs), como agentes incorporadores de agua de curado interno. Sin embargo, frente a las lagunas existentes en el medio científico sobre los efectos causados por esos polímeros en las propiedades de los materiales cementicios de alta resistencia, más investigaciones deben ser realizadas. De esta manera, este trabajo, desarrollado en tres partes, trata de la investigación experimental del efecto de la adición de PSAs en pastas de cemento y también en microconcretos. En la primera parte, fue realizada la caracterización de los cuatro polímeros superabsorbentes estudiados, que dio soporte para que, en la segunda parte, fueran evaluadas las pastas de cemento con PSAs, por medio de un estudio reológico, a lo largo del tempo, utilizando la técnica de reometría rotacional de placas paralelas, análisis que fue complementado con la calorimetría de conducción isotérmica. La influencia de la adición de PSA fue evaluada por el análisis comparativo de la microestructura de pastas de cemento y micro-sílice, utilizando técnicas como: difracción de rayos-X, análisis térmica, porosimetría por inyección de mercurio y microscopia electrónica de barrido. En la tercera y última parte del programa experimental fue investigado el comportamiento de microconcretos modificados con PSA, en lo que respecta a tiempo cero, a propiedades en estado fresco, a retracción autógena y a propiedades mecánicas, elásticas y relacionadas a durabilidad. El método de asentamiento de morteros se mostró eficiente y simple para determinar la principal propiedad del PSA para uso en materiales cementicios que es la capacidad de absorción de agua en ese medio. Los resultados del estudio reológico indican que la incorporación de agua de curado interno, usando PSA, influencia levemente la viscosidad de las pastas de cemento, sin embargo, la magnitud del efecto en el esfuerzo de fluencia depende de las propiedades de los polímeros, sobretodo, de la capacidad de retención de líquido en el tiempo. El análisis de la microestructura reveló que la adición de PSA modifica la porosidad de la pasta de cemento e micro-sílice, debido a la densificación de la matriz cementicia, no obstante, con el aumento del volumen total de poros. La metodología del pulso ultrasónico se mostró precisa para el inicio de la determinación experimental de la retracción autógena. La calorimetría de conducción isotérmica en las pastas mostró que el agua de curado interno, adicionada a la mezcla usando el polímero, participa de las reacciones de hidratación. De esta forma, el análisis comparativo del efecto del PSA en las diversas propiedades en el estado endurecido de los microconcretos debe ser realizada en relación a la mezcla de referencia que contiene la misma relación a/ctotal del concreto modificado con el polímero. Con el enfoque sugerido en esta investigación el PSA es una estrategia promisoria pues, dependiendo de la cantidad adicionada, mitiga, o hasta elimina, la retracción autógena en los microconcretos, sin perjuicio en las propiedades mecánicas y elásticas.

AB - Una de las estrategias que viene siendo estudiada en los últimos años, para mitigar la retracción autógena de concretos de alta resistencia (CARs), es la utilización de Polímeros Superabsorbentes (PSAs), como agentes incorporadores de agua de curado interno. Sin embargo, frente a las lagunas existentes en el medio científico sobre los efectos causados por esos polímeros en las propiedades de los materiales cementicios de alta resistencia, más investigaciones deben ser realizadas. De esta manera, este trabajo, desarrollado en tres partes, trata de la investigación experimental del efecto de la adición de PSAs en pastas de cemento y también en microconcretos. En la primera parte, fue realizada la caracterización de los cuatro polímeros superabsorbentes estudiados, que dio soporte para que, en la segunda parte, fueran evaluadas las pastas de cemento con PSAs, por medio de un estudio reológico, a lo largo del tempo, utilizando la técnica de reometría rotacional de placas paralelas, análisis que fue complementado con la calorimetría de conducción isotérmica. La influencia de la adición de PSA fue evaluada por el análisis comparativo de la microestructura de pastas de cemento y micro-sílice, utilizando técnicas como: difracción de rayos-X, análisis térmica, porosimetría por inyección de mercurio y microscopia electrónica de barrido. En la tercera y última parte del programa experimental fue investigado el comportamiento de microconcretos modificados con PSA, en lo que respecta a tiempo cero, a propiedades en estado fresco, a retracción autógena y a propiedades mecánicas, elásticas y relacionadas a durabilidad. El método de asentamiento de morteros se mostró eficiente y simple para determinar la principal propiedad del PSA para uso en materiales cementicios que es la capacidad de absorción de agua en ese medio. Los resultados del estudio reológico indican que la incorporación de agua de curado interno, usando PSA, influencia levemente la viscosidad de las pastas de cemento, sin embargo, la magnitud del efecto en el esfuerzo de fluencia depende de las propiedades de los polímeros, sobretodo, de la capacidad de retención de líquido en el tiempo. El análisis de la microestructura reveló que la adición de PSA modifica la porosidad de la pasta de cemento e micro-sílice, debido a la densificación de la matriz cementicia, no obstante, con el aumento del volumen total de poros. La metodología del pulso ultrasónico se mostró precisa para el inicio de la determinación experimental de la retracción autógena. La calorimetría de conducción isotérmica en las pastas mostró que el agua de curado interno, adicionada a la mezcla usando el polímero, participa de las reacciones de hidratación. De esta forma, el análisis comparativo del efecto del PSA en las diversas propiedades en el estado endurecido de los microconcretos debe ser realizada en relación a la mezcla de referencia que contiene la misma relación a/ctotal del concreto modificado con el polímero. Con el enfoque sugerido en esta investigación el PSA es una estrategia promisoria pues, dependiendo de la cantidad adicionada, mitiga, o hasta elimina, la retracción autógena en los microconcretos, sin perjuicio en las propiedades mecánicas y elásticas.

KW - polímero superabsorbente

KW - concreto de alta resistencia

KW - retracción autógena

KW - curado interno

KW - superabsorbent polymers

KW - high strength concrete

KW - autogenous shrinkage

KW - internal curing

M3 - Tesis doctoral

ER -

ESTUDO EXPERIMENTAL DE MATERIAIS CIMENTÍCIOS DE ALTA RESISTÊNCIA MODIFICADOS COM POLÍMEROS SUPERABSORVENTES (PSAs) COMO AGENTES DE CURA INTERNA

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