Influence of thermal curing in the physical and mechanical properties of ultra-high-performance concrete with glass powder

  • Fernanda Giannotti da Silva Ferreira Universidade Federal de São Carlos http://orcid.org/0000-0003-3222-1388
  • Lucas Vitoretti Dias
  • Silvete Mari Soares
  • Alessandra Lorenzetti de Castro
DOI: https://doi.org/10.21041/ra.v12i2.546
Keywords: cementitious composite, thermal cruing, particle packing, glass powder

Abstract

This paper aims to evaluate the impact of thermal curing and the use of particle packing in ultra-high-performance concrete (UHPC) using glass powder as a partial substitution of Portland cement. For this, specimens with 0% and 50% of glass powder (volumetric substitution to cement) were produced, as well as two mixes obtained by particle packing. The samples were submitted to thermal and standard curing to compare the effects. The samples were tested for compression resistance and capillary water absorption. The results indicate that thermal curing provides a high gain of resistance in early ages, the application of particle packing in the mix design resulted in a significant improvement in the concrete properties and the glass powder presented as a viable substitute for cement.

Downloads

Download data is not yet available.

References

Abbas, S., Soliman, A. M., Nehdi, M. L. (2015), Exploring mechanical and durability properties of ultra-high-performance concrete incorporating various steel fiber lengths and dosages. Construction and Building Materials. 75: 429–441.

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.11.017 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.11.017

Abdollahnejad, Z., Kheradmand, M., Pacheco-Torgal, F. (2017), Short-Term Compressive Strength of Fly Ash and Waste Glass Alkali-Activated Cement-Based Binder Mortars with Two Biopolymers. Journal of Materials in Civil Engineering. 29(7). https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001920 DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001920

Alkaysi, M., El-Tawil, S., Liu, Z., Hansen, W. (2016), Effects of silica powder and cement type on durability of ultra-high-performance concrete (UHPC). Cement and Concrete Composites. 66: 47- 56. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2015.11.005 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2015.11.005

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2018). NBR 5739: Concreto – Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2015). NBR 5751 Materiais pozolânicos – Determinação da atividade pozolânica com cal aos sete dias. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2019). NBR 7215: Cimento Portland - Determinação da resistência à compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2012). NBR 9779: Argamassa e concretos endurecidos - Determinação da absorção de água por capilaridade. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2013). NBR 11579: Cimento Portland - Determinação do índice de finura por meio da peneira 75 μm (nº200). Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2016). NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação do índice de consistência. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2012). NBR 13956-1: Sílica ativa para uso com cimento Portland em concreto, argamassa e pasta. Parte 1: Requisitos. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2010). NBR 15895: Materiais pozolânicos – Determinação do teor de hidróxido de cálcio fixado – Método Chapelle modificado . Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2015). NBR 16372: Cimento Portland e outros materiais em pó - Determinação da finura pelo método de permeabilidade ao ar (método de Blaine). Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2017). NBR 16605: Cimento Portland e outros materiais em pó - Determinação da massa específica. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2018). NBR 16606: Cimento Portland - Determinação da pasta de consistência normal. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2018). NBR 16607: Cimento Portland - Determinação dos tempos de pega. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2018). NBR 16697: Cimento Portland - Requisitos. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2021). NBR 16916: Agregado miúdo - Determinação da densidade e da absorção de água. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2021). NBR 16972: Agregados - Determinação da massa unitária e do índice de vazios. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2021). NBR 16973: Agregados - Determinação do material fino que passa pela peneira de 75 μm por lavagem. Rio de Janeiro.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2001). NBR NM 49: Agregado miúdo - Determinação de impurezas orgânicas. Rio de Janeiro.

Bahedh, M. A., Jaafar, M. S. (2018), Ultra High-Performance Concrete Utilizing Fly Ash as Cement Replacement under Autoclaving Technique. Case Studies in Construction Materials. 9. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2018.e00202 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2018.e00202

Castro, A., Ferreira, F. (2016), Effect of particle packing in the durability of high performance concretes. RevistaIngeniería de Construcción. 31(2):91 – 104. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-50732016000200003 DOI: https://doi.org/10.4067/S0718-50732016000200003

Castro, A. L., Pandolfelli, V. C. (2009), Revisão: Conceitos de dispersão e empacotamento de partículas para a produção de concretos especiais aplicados na construção civil. Cerâmica. 55:18-32. https://doi.org/10.1590/S0366-69132009000100003 DOI: https://doi.org/10.1590/S0366-69132009000100003

De Larrard, F., Sedran, T. (1994), Optimization of ultra-high perfomance concrete by the use of a packing model. Cement and Concrete Research. 24(6):997-1009. https://doi.org/10.1016/0008-8846(94)90022-1 DOI: https://doi.org/10.1016/0008-8846(94)90022-1

Melo, A. B. (2020), “Influência da cura térmica (vapor) sob pressão atmosférica no desenvolvimento da microestrutura dos concretos de cimento Portlandâ€, Tese (Doutorado), Universidade de São Paulo, p. 296.

Du, H., Tan, K. H. (2014). Effect of particle size on alkali-silica reaction in recycled glass mortars. Construction and Building Materials. 66: 275-285. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.05.092 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.05.092

Funk, J. E.; Dinger, D. R. (1994), Predictive process control of crowded particulate suspensions: applied to ceramic manufacturing. New York: Springer Science Business Media. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4615-3118-0

Ganesh, P., Murthy, A. R. (2019), Tensile behaviour and durability aspects of sustainable ultra-high performance concrete incorporated with GGBS as cementitious material. Construction and Building Materials. 197:667-680. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.240 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.240

Heinz, D., Urbonas, L., Gerlicher, T. (2012), “Effect of Heat Treatment Method on the Properties of UHPC†in: M. Schimdt, E. Fehling, C. Glotzbach, S. Fröhlich, S. Piotrowski (Eds.), Ultra-High Perfomance Concrete and Nanotechnology in Construction, HiperMat, Kassel, HE, (Germany), pp. 283-290.

Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada (IPEA). (2012), “Diagnóstico dos Resíduos Sólidos Urbanosâ€. Disponível em: <https://www.ipea.gov.br/portal/images/stories/PDFs/relatoriopesquisa/121009_relatorio_residuos_solidos_urbanos.pdf>. Acesso em: 27 de março de 2020.

Kantro, D. (1980), Influence of Water-Reducing Admixtures on Properties of Cement Paste—A Miniature Slump Test. Cement, Concrete and Aggregates. 2(0):95-102. https://doi.org/10.1520/CCA10190J. DOI: https://doi.org/10.1520/CCA10190J

Lopes, H. M. T. (2019), “Aplicação do conceito de empacotamento de partículas na otimização de dosagem de concretos de cimento Portlandâ€, Dissertação (Mestrado), Universidade de São Paulo, p. 172.

Mehta, A., Ashish, D. K. (2020), Silica fume and waste glass in cement concrete production: A review. Journal of Building Engineering. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.100888 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.100888

Schwarz, N., Cam, H., Neithalath, N. (2008), Influence of a fine glass powder on the durability characteristics of concrete and its comparison to fly ash. Cement & Concrete Composites. 30: 486–496. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2008.02.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2008.02.001

Shi, C., Wu, Z., Xiao, J., Wang, D., Huang, Z., Fang. Z. (2015), A review on ultra-high-performance concrete: Part I. Raw materials and mixture design. Construction and Building Materials.101:741-751. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.10.088 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.10.088

Sokolovicz, B. C. (2020), “Avaliação das propriedades mecânicas e microestrutura de concreto de ultra alto desempenho com adições minerais e resíduos industriaisâ€, Tese (Doutorado), Universidade Federal de Santa Maria, p. 358.

Tam, C. M., Tam, V. W. Y., Ng, K. M. (2012). Assessing drying shrinkage and water permeability of reactive powder concrete produced in Hong Kong. Construction and Building Materials. 26:79-89. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.05.006 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.05.006

Terzian, P. (2005), Concreto pré-fabricado. In: Isaia G. C. “Concreto Ensino Pesquisas e Realizaçõesâ€, São Paulo, IBRACON, v.2.

Tutikian B., F., Isaia, G. C., Helene, P. (2011), Concreto de Alto e Ultra-Alto Desempenho. In: Isaia, G. C. “Concreto: Ciência e Tecnologiaâ€, São Paulo, IBRACON.

Wang, X., Yu, R., Song, Q., Shui, Z., Liu, Z., Wu, S., Hou, D. (2019), Optimized design of ultra-high-performance concrete (UHPC) with a high wet packing density. Cement and Concrete Research . 126. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105921 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105921

Zhang, H., Ji, T., Lin, X. (2019), Pullout behavior of steel fibers with different shapes from ultra-high performance concrete (UHPC) prepared with granite powder under different curing conditions. Construction and Building Materials. 211: 688-702. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.274 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.274

Published
2022-05-01
How to Cite
Ferreira, F. G. da S., Vitoretti Dias, L., Mari Soares, S., & Lorenzetti de Castro, A. (2022). Influence of thermal curing in the physical and mechanical properties of ultra-high-performance concrete with glass powder. Revista ALCONPAT, 12(2), 184 - 199. https://doi.org/10.21041/ra.v12i2.546
Issue
Vol. 12 No. 2 (2022): Volume 12, Issue 2 (2022)
Section
Basic Research

_______________________________

License in effect from September 2020

You are free to:

  1. Share — copy and redistribute the material in any medium or format for any purpose, even commercially.
  2. Adapt — remix, transform, and build upon the material for any purpose, even commercially.
  3. The licensor cannot revoke these freedoms as long as you follow the license terms.

Under the following terms:

  1. Attribution — You must give appropriate credit , provide a link to the license, and indicate if changes were made . You may do so in any reasonable manner, but not in any way that suggests the licensor endorses you or your use.
  2. No additional restrictions — You may not apply legal terms or technological measures that legally restrict others from doing anything the license permits.

Notices:

You do not have to comply with the license for elements of the material in the public domain or where your use is permitted by an applicable exception or limitation .

No warranties are given. The license may not give you all of the permissions necessary for your intended use. For example, other rights such as publicity, privacy, or moral rights may limit how you use the material.