Sustainable strain-hardening cementitious composites using wastes and alternative additives

Abstract

Compósitos cimentícios projetados (ECC) foram submetidos a testes de estado fresco e endurecido para avaliar seu comportamento mecânico em diferentes idades e ambientes de cura. Uma mistura de referência ECC foi produzida após melhorias em sua composição, a fim de encontrar uma mistura que apresentasse desempenho adequado sob cargas de compressão e tração e endurecimento em tração quando submetida a ensaios de tração. Os resultados dos testes confirmaram a capacidade do ECC de deformar consideravelmente mais do que o concreto convencional sob cargas de tração, atingindo deslocamentos de 4,7% e resistência à tração de 4,2 MPa quando curado em uma câmara climática de 20º C e 55% de umidade. Quando curado em câmara úmida, com 20º C e 90% de umidade, foram avaliados deslocamentos de 3,5% e resistência à tração de 5,5 MPa. As resistências à compressão e à tração aumentaram com o tempo, enquanto a deformação reduziu. Escórias de forno elétrico a arco (EAFS) foram incorporadas como resíduos em misturas de ECC para estudar sua probabilidade de substituir as cinzas volantes e serem sustentáveis e resistentes. Os resultados mostraram que sua resistência à compressão e tração foi menor do que a mistura de referência, mas ainda era capaz de ser usada em CEC. Uma mistura cristalina (Penetron Admix ®) foi incorporada na mistura de referência para estudar seu efeito nas propriedades frescas e endurecidas do material. A mistura melhorou as propriedades de estado fresco e endurecido da mistura de referência.

Engineered cementitious composites (ECC) undertook fresh and hardened state tests to assess their mechanical behavior in different curing ages and curing environments. An ECC reference mixture was produced after improvements were made in its composition in order to find a mixture that presented appropriate performance under compression and tensile loads and strain-hardening behavior when subjected to tensile tests. Test results confirmed ECC’s ability to deform considerably more than conventional concrete under tensile loads, reaching straining displacements of 4,7% and tensile strength of 4,2 MPa when cured in a climatic chamber of 20º C and 55% humidity. When cured in a humid chamber, with 20º C and 90% humidity, displacements of 3,5% and tensile strength of 5,5 MPa were assessed. The compressive and tensile strengths increased over time, while the straining reduced. Electric arc furnace slags (EAFS) were incorporated as residues in ECC mixes to study their likeliness to replace fly ash and be both sustainable and resistant. Results showed that their compressive and tensile strength was lower than the reference mix but was still capable of being used in ECC. A crystalline admixture (Penetron Admix ®) was incorporated in the reference mixture to study its effect on the fresh and hard properties of the material. The admixture improved fresh and hardened state properties of the reference mix.