Método inovador para a monitorização in-situ do endurecimento de materiais cimentícios com base na caraterização do comportamento dinâmico

Abstract

O conhecimento das propriedades reológicas do betão é de extrema importância no contexto da execução de estruturas de betão, em particular nas fases de betonagem. A trabalhabilidade do betão é fortemente influenciada pelo comportamento reológico da pasta de cimento que o constitui e influencia decisivamente parâmetros como a facilidade de colocação em obra, bem como a própria qualidade do betão produzido. Em face da importância da temática e duma solicitação no âmbito de um trabalho de consultoria, a equipa de investigação da Universidade do Minho criou recentemente um novo método para estudo do betão no estado fresco. O método baseia-se na monitorização contínua da frequência de ressonância de uma barra parcialmente embebida no betão. A evolução dessa frequência é significativa ao longo das primeiras horas de cura e permite, portanto, avaliar a evolução da rigidez do material no estado fresco. Apesar dos resultados promissores apresentados pelo primeiro protótipo foram identificados vários aspetos relevantes a melhorar. Nesta dissertação pretendeu-se melhorar os aspetos menos positivos identificados no protótipo inicial e enquadrar os resultados obtidos recorrendo a técnicas experimentais já estabelecidas. Para facilitar os processos de ensaio e para que o número de experiências fosse maximizado os vários ensaios foram realizados em pastas de cimento. Com o intuito de cumprir os objetivos acima descritos foi desenvolvido um novo molde de ensaio e realizado um programa experimental que permitiu avaliar a evolução das caraterísticas mecânicas de uma pasta de cimento com uma razão água ligante de 0.45 em peso desde o estado fresco. A campanha experimental compreendeu a realização de ensaios de Vicat, ensaios reométricos e o método EMM-ARM. Os ensaios realizados permitiram concluir que a nova metodologia é sensível a evoluções da rigidez da pasta de cimento em instantes anteriores aos tempos de presa definidos com a agulha de Vicat. Com os ensaios reométricos foi possível confirmar que a evolução da rigidez da pasta ocorre desde o fim da mistura com cinética semelhante à observada com o método proposto. O novo método revelou-se mais apto do que o EMM-ARM para detetar evoluções da rigidez para períodos anteriores ao tempo de presa final e pouco apto para períodos em que a pasta apresenta uma rigidez elevada.

Knowledge about the rheological properties of concrete is of utmost importance in regard to the execution of concrete structures, particularly during casting stages. The workability of concrete is strongly influenced by the rheological behaviour of the cement paste that it contains, and it is a fundamentally important aspect for the ease of concrete placement, as well as the quality of concrete itself. In view of such acknowledged importance, and taking into account a challenge posed by a consultancy work, the team at the University of Minho has recently developed a new method for the study of concrete at its fresh state. The method is based on the continuous monitoring of the resonant frequency of a bar that is partially embedded into concrete. The evolution of such frequency is significant during the first hours, and it allows inferring quantitative information related to the stiffness of concrete before setting. In spite of the promising results obtained with the first prototype of this method, several necessities of improvement have been identified. This dissertation intended to improve the less positive aspects that have been identified in the initial prototype and compare the results that can be obtained with those that arise from wellestablished experimental techniques. In order to facilitate experimental aspects, the experiments of this dissertation have been applied to cement pastes, rather than concrete. In order to attain the above mentioned objectives, a new testing mould has been devised and applied in experiments with a cement paste with w/c=0.45. Parallel tests have been conducted with the Vicat needle, a rheometer and the EMM-ARM. The conducted tests allowed concluding that the new methodology is quite sensitive to the evolution of stiffness of cement paste at instants before the setting time (Vicat needle). The rheometer tests allowed confirming that the stiffness evolution is actually occurring continuously since the instant of placement with a similar kinetics to the one observed in the proposed method. Furthermore, the new method has shown better performance than EMM-ARM in quantitative identification of stiffness evolution before setting.