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Type: Dissertação
Title: Influence of microstructure and cement formulation on stiffness and fatigue behavior of cementitious materials
Title in English: Influence of microstructure and cement formulation on stiffness and fatigue behavior of cementitious materials
Authors: Targino, Daniel Lira Lopes
Advisor: Babadopulos, Lucas Feitosa de Albuquerque Lima
Co-advisor: El-Mendili, Yassine
Keywords in Brazilian Portuguese : Materiais cimentícios - Fadiga;Caracterização dinâmica;Materiais cimentícios;Microestrutura;Materiais cimentícios suplementares;Dinâmica estrutural
Keywords in English : Fatigue Behavior;Quasi-static Characterization;Cementitious Materials;Microstructure;Supplementary Cementitious Materials
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Issue Date: 2023
Citation: TARGINO, Daniel Lira Lopes. Influence of microstructure and cement formulation on stiffness and fatigue behavior of cementitious materials. 2023. 154 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Estrutura e Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: Esta tese de mestrado investiga a influência de aspectos microestruturais e formulações de cimento, especialmente com a incorporação de materiais cimentícios suplementares (MCSs), na rigidez e no comportamento de fadiga de materiais cimentícios. As contribuições estão formatadas em três artigos científicos. Em primeiro lugar, (i) é apresentada uma investigação da influência do pó de vidro (PV) como MCS no comportamento mecânico, físico e microestrutural das argamassas. Os resultados mostram melhorias em vários aspectos, incluindo parâmetros de calor de hidratação, porosidade e resistência. A sustentabilidade também teve uma melhora significativa, demonstrando que o PV é uma adição viável como MCS para materiais cimentícios. Em segundo lugar, (ii) é proposto um método de caracterização que leva em conta a viscoelasticidade dos materiais cimentícios. Esse método levou a resultados precisos e consistentes ao avaliar o módulo complexo de materiais cimentícios. Por fim, no terceiro artigo, (iii) é abordada a influência da microestrutura e das adições MCS no comportamento mecânico, quase estático e de fadiga. As descobertas demonstram que os resultados microestruturais aprimorados, como baixo calor de hidratação, estruturas de poros mais densas e maior teor de CSH, por exemplo, são alinhados com menores incidência de trincas e vazios microestruturais (até 61,58%), maior valor absoluto do módulo complexo (até 24%), menor ângulo de fase (até 0,56° em média) e limite de resistência aprimorado em 19,80%. É possível abordar a influência desses aspectos no comportamento mecânico e na resistência à fadiga. Além disso, foram propostos métodos para caracterização mecânica e testes de fadiga em compressão e tensão puras, bem como para o processamento de dados dos resultados. Essas validações demonstraram sua consistência, resultando em medidas precisas e em concordância com a literatura de módulo complexo. Esta pesquisa fornece uma perspectiva mais abrangente sobre fadiga, levando em conta os parâmetros de otimização viáveis na microestrutura e na incorporação de MCSs, promovendo o desenvolvimento de materiais cimentícios mais resistentes, duráveis e sustentáveis.
Abstract: This master’s thesis investigates the influence of microstructural aspects and cement formulations, particularly with the incorporation of supplementary cementitious materials (SCMs), on stiffness and fatigue behavior of cementitious materials. The contributions are formatted as three scientific papers. Firstly, (i) an investigation of the glass powder (GP) influence as a SCM on the mechanical, physical and microstructural behavior of mortars is presented. The results show improvements in several aspects, including heat of hydration, porosity, and strength parameters. The sustainability also had significant improvement, demonstrating the GP a feasible SCM addition for cementitious materials. Secondly, (ii) a characterization method that accounts for the viscoelasticity of cementitious materials is proposed. This method led to accurate and consistent findings when assessing the complex modulus of cementitious materials. Finally, in the third paper, (iii) the influence of microstructure and SCM additions on mechanic, quasi-static and fatigue behavior is addressed. The findings demonstrate that the improved microstructural results, such as low heat of hydration, denser pore size structures, and higher CSH content, for example, were aligned with a lower cracks’ incidence and microstructural voids (up to 61.58%), higher absolute value of complex modulus (up to 24%), lower phase angle (up to 0.56° in average), and improved endurance limit by 19.80%. It is possible to address the influence of those aspects on mechanical behavior and fatigue resistance. Additionally, methods were proposed for mechanical characterization and fatigue tests in pure compression and tension, as well as for data processing the results. Those validations demonstrated their consistency, resulting in accurate measures and in agreement with the literature of complex modulus. This research provides a more comprehensive perspective on fatigue, accounting for feasible optimization parameters on the microstructure and SCMs incorporation, promoting the development of more resistant, durable, and sustainable cementitious materials.
Description in Brazilian Portuguese: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75635
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/3037274791697748
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9250-2635
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/4032413277446483
Co-advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7061-855X
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DECC - Dissertações defendidas na UFC

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