Concreto Autoadensável

CONCRETO AUTOADENSÁVEL

CAROLINE OLIVEIRA GILIELLE SANTANA

SUZANNE VERVLOET

08 junho 2016

CONCRETOS ESPECIAIS - PPGEC

2

SUMÁRIOOrigem e definiçãoVantagens e desvantagensComposição• Dosagem• Reologia• Cura

Utilização do CAA• No mundo• No Brasil

Pesquisas recentesQuantitativo (tabela periódicos, tabela artigos, gráfico)

3

CONCRETO AUTOADENSÁVEL Origem: Inicialmente concebido por Okamura, em 1986. Realizado em 1988, por Ozawa (Universidade de Tóquio).

Definição: O concreto autoadensável (CAA) é como concreto consolidado

pelo seu peso próprio, ou seja, dispensa o uso de métodos de adensamento adicionais (Okamura, 1997)

Propriedades básicas: fluidez; habilidade passante; resistência à segregação.Fonte: Shi et al. (2015); Vacuende et Parra (2009)

4


Fonte: Tutikian e Dal Molin (2008)

CAA com segregação CAA sem segregação

5


CAA

Superplastificantes+

Modificadores de viscosidade

Superplastificantes +

Finos (cimento, adições minerais)OU

Fonte: Pop et al. (2013) / Vacuende et Parra (2009)

Por que não adicionar água para obter fluidez?ÁGUA: aumenta fluidez e diminui viscosidade. (Okamura,

1997)

6

CAA: VantagensAgiliza a

construçãoReduz mão-

de-obraReduz

poluição sonora

Maior liberdade de forma e dimensões

Melhora a zona de transição

pasta/agregado

Melhora zona de transição

pasta/armadura

Reduz permeabilida

de

Fonte: Shi et al. (2015)

7

CAA: Vantagens


Agiliza a construção

Reduz mão-de-obra

Reduz poluição sonora

Maior liberdade de forma e dimensões

Melhora a zona de transição

pasta/agregado


pasta/armadura

Reduz permeabilida

de

DURABILIDADE

CUSTO

8

CAA: Vantagens


Agiliza a construção

Reduz mão-de-obra

Reduz poluição sonora

Maior liberdade de

forma e dimensões

Melhora a zona de

transição pasta/agregad

o


pasta/armadura

Reduz permeabilidad

e

Melhora condições no canteiro

Reduz acidentes

9

CAA: Desvantagens

MÃO-DE-OBRA ESPECIALIZADA

ConfecçãoControle tecnológico

FÔRMAS ADEQUADAS+ Velocidade

+ Pressão na fôrma

MAIOR CUSTO DE PRODUÇÃO QUE O

CVV

10

CAA: Desvantagens

MÃO-DE-OBRA ESPECIALIZADA

ConfecçãoControle tecnológico

FÔRMAS ADEQUADAS+ Velocidade

+ Pressão na fôrma

MAIOR CUSTO DE PRODUÇÃO QUE O

CVVMENOR CUSTO

GLOBAL!

Fonte: Tutikian (2007)

11

COMPOSIÇÃO BÁSICA

Agregado graúdo

Agregado miúdo

Aglomerante

Água

Adições e/ou aditivos

CCV - CONCRETO CONVENCIONALMENTE

VIBRADO

CAA – CONCRETO AUTOADENSÁVEL

Fluidez

Habilidade passante

Resistência à segregação

1

2

3ABNT NBR 15823:1 (2010) / Mehta e Monteiro (2008) / Shi et. Al (2015) / Goodier (2003)

12

PROPRIEDADES BÁSICAS NO ESTADO FRESCO

FluidezHabilidade passante


1

2

3

Baixa taxa de cisalhamento

Moderada viscosidade

ReologiaFluido

Binghamiano

Viscosidade: Medida da taxa de fluxo do material.Taxa de cisalhamento: Medida de força necessária ao movimento do concreto. Tattersall (1991) / Domone et. all

(1999)

Okamura and Ouchi (2003) / Tutikian (2007) / Khayat (1999)

13

PROPRIEDADES NO ESTADO FRESCO

Adição de água

+Diminui retração por secagem;

- Diminui resistência;- Diminui durabilidade;



1

2

3Tutikian (2007) / Mehta e Monteiro (2008)

14

PROPRIEDADES NO ESTADO FRESCO Adição de água

Aditivo superplastificante

+Aumenta fluidez para dado fator a/c ou reduz fator a/c em um dado traço;

+Efeito de redução de viscosidade não significativo;



1

2

3ABNT NBR 11768 (2011) / Mehta e Monteiro (2008)

15


Aditivo modificador de viscosidade

+Retenção de água livre;+Aumenta viscosidade

da fase líquida;



1

2

3

Aditivo superplastificante

Tutikian (2007) / Khayat et al. (2004)

16


Filler com ou sem atividade pozolânica

+Melhora no empacotamento e aumento da coesão;

+Diminui porosidade e aumenta resistência da zona de transição;

• Exemplo da sílica ativa;

Aditivo superplastificante Aditivo modificador de viscosidade

Tutikian (2007) / Mehta e Monteiro (2008) / Khayat (1999) / Reis (2008)

Fluidez

Habilidade passante


1

2

3

17

PROPRIEDADES NO ESTADO FRESCO REDUÇÃO de água (altas resistências)

Filler com ou sem atividade pozolânica

Aditivo superplastificante Aditivo modificador de viscosidade

Tutikian (2007) / Mehta e Monteiro (2008) / Khayat (1999) / Reis (2008)

Tutikian (2007)

Fluidez

Habilidade passante


1

2

3

18

PROPRIEDADES DO CAA NO ESTADO ENDURECIDO – FATORES DE INFLUÊNCIA Resistência

Redução de água é mais dominante do que efeito retardante de altas dosagens do superplastificante. Felekoglu et al. 2007.

O aumento da relação entre pasta de cimento e conteúdo de sólidos gera pequeno aumento na resistência e prejudica comportamento de fratura. Alyhya et al. (2016).

Quanto menor a resistência maior a influência negativa da alta temperatura de cura, sendo esta ausente para altas resistências (> 65 MPa). Reinhardt et al. (2006).

Comportamento de ruptura (energia específica de fratura Gs) Alyhya et al. (2016). Aumenta com aumento da fração de volume do agregado

graúdo; Diminui com o aumento da relação entre pasta de cimento e

conteúdo de sólidos; Diminui com o aumento da relação água / material cimentício;

19

PROPRIEDADES DO CAA NO ESTADO ENDURECIDO – FATORES DE INFLUÊNCIA Aderência à armadura

Pop et al. (2013), Domone (2007) concluiram que o comportamento do CAA pode ser equiparado ao do concreto convencional.

Fonte: Adaptado de Pop et al. (2013) Fonte: Pop et al.

(2013)

Concreto Vibrado Concreto Autoandesável

20

PROPRIEDADES DO CAA NO ESTADO ENDURECIDO – FATORES DE INFLUÊNCIA Durabilidade

Alto conteúdo de pasta de cimento prejudica durabilidade. Su and Miao (2003).

Módulo de elasticidade E; Divergências entre autores, possivelmente devido

comportamento reológico diferente do CCV. Felekoglu et al. (2007).

Almeida filho et al. (2010), por exemplo, afirma que maior conteúdo de agregado e menor volume de pasta provocam aumento em E para data resistência.

Domone (2007) concorda com Almeida Filho et al. (2010) e afirma que E é 40% menor em CAA frente ao CCV para baixas resistências.

21

MÉTODOS DE DOSAGEM

Métodos de dosagem de Mehta e Aitcin (1990) não são aplicáveis para SCC de resistência normal. Su and Miao (2003).

Não definidos

Não definidas

22

MÉTODOS DE DOSAGEM – 5 CATEGORIASShi et al. (2015) propuseram 5 categorias para classificar métodos de dosagem de concreto autoadensável:

Método experimental

Método da resistência à compressão

“Close aggregate packing” – empacotamento granular

Modelo da estatística fatorial

Modelo da reologia da pasta de cimento

23

MÉTODOS DE DOSAGEM - EXPERIMENTAL

MétodoExperiment

al

Tentativas e

ajustes

Okamura & Ozawa

e o Método Japonês (limita

conteúdo de

agregados /

maior volume de pasta

de cimento)Okamura and Ouchi (1998) / Brouwers and Radix (2005)

Simpli-cidade

Trabalhoso e requer reajustes

devido à variabilidade da máteria-prima

Shi et al. (2015)

24

MÉTODOS DE DOSAGEM – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Resistência à

compressão

Poucos ajustes, porém

em todos os

componentes.

Ghazi et al.

(2010):Método

ACI 211.1 (CCV)

+ Método EFNARC (CAA)ACI 211.1 (1991) /

Efnarc (2002)

Minimiza quantida

de de tentativa

s

Considera

granulometria

dos agregados e

atividade

pozolânica.

Shi et al. (2015)

25

MÉTODOS DE DOSAGEM – EMPACOTAMENTO GRANULAR

Empacotamento

Granular

Economia de

cimento e filler

1º) Obter o mínimo

de vazios

entre os agregad

os;2°)

Preencher os

vazios com

pasta de cimento;

Produz concreto

s de resistência normal.

Su et al. (2001) and Su

and Miao (2003)

Chinese Method

Sedran and De Larrard (1999)

simularam

virtualmente a

densidade do

empacotamento

Shi et al. (2015) / Browers and Radix (2005)

26

MÉTODOS DE DOSAGEM – ESTATÍSTICA FATORIAL

Shi et al. (2015)

Estatística Fatorial

Reduz o esforço

de adaptação do traço

Efeito de

parâmetros-

chave na

trabalhabilidade

e resistên

cia à compressão;

5 fatores envolven

do agregado graúdo, material cimentício, água, aditivo redutor de água

e modificador de

viscosidade.

Khayat et al. (1999) e

Khayat et al. (2000)

Numerosos

ensaios para

determinar as

correlações

estatísticas

27

MÉTODOS DE DOSAGEM - REOLOGIA

Okamura and Ouchi (2003) / Shi et al. (2015) / Saak et al. (2001)

Reologia da pasta

Tensão de

Cisalha-mento

Reologia da pasta

de cimento determin

a propriedades do concreto

no estado fresco dadas

determinadas

características dos

agregados.

Saak et al. (2001)

Viscosidade

Procedimento: ensaios

no estado fresco

28

PARTICULARIDADES TÉCNICAS Parâmetros de entrada de dosagem não padronizados;

Urban (2015). Métodos de dosagem trabalhosos com grande

quantidade de ensaios; Urban (2015).

Baixa estabilidade nas propriedades dos constituintes; Urban (2015) e Efnarc (2002).

Baixa precisão de ensaios de campo (Wallevik (2006)) e falta de determinados equipamentos em laboratórios industriais; Urban (2015).

Ajustes no projeto das formas devido carga hidrostática; Efnarc (2002).

Juntas de concretagem não previstas não podem ser mitigadas com vibração; Efnarc (2002).

Cura imediatamente após lançamento; Efnarc (2002).

29


Fonte: Okamura e Ouchi (2003)

1988 1990 1991 1994

ProtótipoUniversidade do Tóquio

Primeira edificaçã

o

Ponte Shin-Kiba Ohashi

Uso crescente

Produção recomendaçõ

es Europa

RILEM Congresso Suécia

30


Vantagens téc-nicas

Motivos econômicos

Inovação0

20

40

60

80Uso no Japão de 1993 a 2003

Fonte: Domone (2006, apud Tutikian, 2007)

Apenas 3 casos foram relatados do uso do CAA na América Latina

31

CONCRETO AUTOADENSÁVEL: Aplicação Indústria de pré-fabricados

In situ

Fonte: Waraven (2005 , apud Tutikian, 2007)

Elemento arquitetônico em CAA branco Pilares de fundação

32

CONCRETO AUTOADENSÁVEL: Aplicação Indústria de pré-fabricados

In situ

Fonte: Waraven (2005 , apud Tutikian, 2007)

Elemento arquitetônico em CAA branco Pilares de fundação

Mais sensível a variações que o CCV

33

CAA: pré-fabricado Comparativo de custo globais: CCV x CAA


34

CAA: pré-fabricado Comparativo de custo globais: CCV x CAA

-3% Menos poluição sonora Maior vida útil das fôrmas


35

CAA: in situ Usado para solucionar limitações impostas.

Fonte: Waraven (2005 ,apud Tutikian, 2007)

Teatro Nacional no Hague (Holanda):

Fachada com janelas estreitas

Uso do CAA para melhor preenchimento

36

CAA: in situ


Universidade de IlinoisParede “indestrutível” para simulação de terremotos

Limitação: dificuldade vibração

Edifício residencial em Madri

220 apartamentosUm apartamento de 80m2 por dia

Limitação: prazo

37

CAA: BrasilCAA pouco usado!

Edifício em Goiânia (inteiramente em CAA)

-70%•Mão-de-obra

+300%•Velocidade de execução

VIDAÚTIL

•Eliminação de ninhos e falhas•Redução da porosidade

BENEFÍCIOS

Fonte: Tutikian e Dal Molin (2008)

38

CAA: Controle tecnológicoNBR 15823 - 2010

Parte 1 – Classificação, controle e aceitação no concreto fresco

Determinação do espalhamento e do

tempo de escoamento Método do Cone de

Abrams(NBR 15823–2)

Determinação da habilidade

passanteMétodo do anel J (NBR 15823–

3)

Determinação da habilidade passante

Método da caixa L

(NBR 15823–4)Fonte: Tutikian e Dal Molin (2008)

39

CAA: Controle Tecnológico

Determinação da viscosidade

– Método do funil V (NBR

15823–5)

Determinação da resistência à segregação

Método do funil V (NBR

15823–6)Fonte: Tutikian e Dal Molin (2008)

NBR 15823 - 2010 Parte 1 – Classificação, controle e aceitação no

concreto fresco

40

CAA: Quadro atualBrasil:

Interesse crescente des pesquisadores e empresas

Pouca atenção a dosagem!

Técnicas de dosagem obsoletas

41

O CAA e a sustentabilidadeO CAA é mais ecológico?Reduz consumo de energia Melhora condições canteiro

Consome mais cimento

Fonte: Mehta (1999);

Conservaçãomatéria-

prima

Planejamento holístico

do processoMaior

durabilidade

Alternativa: Uso de resíduos

industriais

42

ADIÇÕES MINERAIS Para aumentar a coesão da mistura e

evitar a segregação do agregado graúdo;

Podem desempenhar um papel importante para a resistência e durabilidade do concreto, tanto física quanto quimicamente; (Tutikian e Dal Molin, 2008).

A substituição parcial por MA pode diminuir o teor de cimento, e ajudar a reduzir os custos da SCC (Lea E Ludwig, 2016);

Por outro lado, cerca de 7% do total de CO² são produzidos pela indústria de cimento. (Zerbino, Giaccio e Isaia, 2011)

43

Três ações principais: o efeito fíler; o refinamento da estrutura de poros e dos produtos de hidratação do cimento

Efeitos quimicos

Que ocorre a partir da capacidade de reação com o hidróxido de cálcio

Efeitos Físico

Adições minerais quimicamente ativas e adições minerais sem atividade química.

44

Quimicamente ativas

As adições minerais quimicamente ativas podem ser tanto material pozolânico como material cimentante

NBR 12653 (2014) -Materiais pozolânicos — Requisitos, define um material que reage quimicamente com o Ca(OH)2 (hidróxico de cálcio);

EX.: cinza volante, sílica ativa, cinza de casca de arroz e o matacaulim.

(Tutikian e Dal Molin, 2008).

Sem atividade Química

O fíler é uma adição mineral finamente dividida sem atividade química

A incorporação dos fílers nos CAA deve ser feita pela substituição do agregado miúdo

Os fílers podem ser materiais naturais ou materiais inorgânicos processados. O essencial é que possuam uniformidade e, principalmente, sejam finos.

EX.: Calcário(Tutikian e Dal Molin, 2008).

45

Calcinação de carvão pulverizado em usinas termoelétricas (com o objetivo de gerar energia)

Aparência: Esférica e lisa

(Dinakar et al., 2013; Tutikian e Dal Molin,2008).

Cinza Volante Escória de alto forno

Figura: cinza volante com MEV 5.000 XFonte: Tutikian e Dal Molin,2008

Figura: Escória de alto forno com MEV 1.000 XFonte: Tutikian e Dal Molin,2008

Subproduto náo- metálico resultante do processo de obtenção do ferro gusa;

Aparência: Prismática e áspera;

Sílica Ativa

Figura: Escória de alto forno com MEV 20,.000 XFonte: Tutikian e Dal Molin,2008

Subproduto resultante do processo de obtenção do ferro-silício e do silício metálico;

Aparência: Esférica e lisa

46

Metacaulim

Calcinação de alguns tipos especiais de argila ou obtido através do tratamento do resíduo da indústria de papel;

Aparência: Prismática e áspera

Elevada reatividade pozolânica (Ismail e Hassan, 2016; Tutikian e Dal Molin, 2008).

Cinza de casca de arroz

Calcinação da casca de arroz;

É usado como combustível em caldeiras em moinhos de arroz e usinas de energia elétrica;

Aparência: Alveolar e áspera (Sua-iam e Makul, 2015; Tutikian e Dal Molin, 2008)

Figura: Metacaulim com MEV 7.500 XFonte: Tutikian e Dal Molin,2008

Figura: Cinza de casca de arroz com MEV 800 XFonte: Tutikian e Dal Molin,2008

47

Cinza de oléo de palma em pedaços e em póFonte: Kanadasan e Razak, 2015

Cinza de óleo de palma

É obtido como um subproduto final do processo de incineração do óleo de palma e fibra de mesocarpo.

Pode ser utilizado em pedaços, como alternativa de agregado, ou em pó como material aglutinante. (Kanadasan e Razak, 2015)

Partículas de PET

Partículas de PETFonte: Sadrmomtazi et al., 2016

Obtido atráves da trituração de garrafas PET;

Visto como opção devido a disponibilidade.

Sadrmomtazi et al.(2016) Utilizou partículas de PET com substituição de até 15% de agregados finos e 30% de cimento.

48

State-of-the-art

As útimas pesquisas que envolvem CAA?

Foi utilizado duas palavras-chaves : self-compacting concrete e self-consolidating concrete.

Foram analisados 50 artigos dos anos de 2016 e 2015

50

Cinz

as

vola

ntes

Sílic

a ati

va

Escó

ria d

e al

to

forn

o gr

anul

ada

Calc

ário

pu

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Fibr

a de

aço

Met

acau

lino

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afino

Cinz

a de

olé

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pal

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Partí

cula

s de

PET

Pneu

s de

borr

acha

fr

agm

enta

da

Fibr

a de

po

lipro

pile

no

Plás

tico

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clad

o po

lipro

pile

no

mod

ifica

do

Pó d

e ba

salto

Lam

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Pó d

e m

árm

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Gra

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Pó d

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már

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e

Fibr

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vid

ro

reci

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o

refo

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o co

m

Polím

eros

Agre

gado

re

cicl

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Pedr

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me

Fibr

a de

PVA

Fibr

as d

e po

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finas

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Po

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Fibr

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ca

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o

Fibr

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ba

salto

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ado

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oxi

Cinz

a de

cas

ca

de a

rroz

Polím

ero

refo

rçad

o co

m

fibra

de

vidr

o

AutoresAbrishambaf et al. (2016) xAhari et al. (2015) x x x xAhari et al. (2015) x x x xAïssoun et al. (2016) x xAlberti et al. (2015) xAlberti et al. (2016) xAlhussainy et al. (2016) x xAnand et al. (2016) x xBadogiannis et al. (2015) x xBucher et al. (2015) xCelik et al. (2015) x xDing et al. (2016) x xEsen e Orhan (2016) xFrazão et al. (2015) xFrazão et al. (2016) xGandage et al. (2015) xGhezal, A. e Assaf, G. (2015) x x xGrabois et al. (2016) xHesami et al. (2016) x xIsmail e Hassan (2016) x x xJen et al. (2016) x xKaffetzakis e Papanicolaou(2016) x x x xKanadasan e Razak (2015) xKannan e Ganesan (2016) x xKhalid et al. (2016) x x xKristiawan et al. (2016) xLeung et al. (2016) x xLiua e Poon (2016) xLong et al. (2015) x x x xMashhadba et al. (2016) x x xMastali e Dalvand (2016) xMastali et al. (2016) xNagaratnama et al. (2016) x xNguyen et al. (2016) x xNikbin et al. (2016) xNing et al. (2015) xRanjbar et al. (2016) xSadeka et al.(2016) x x xSadrmomtazia et al. (2016) x x xSethy et al. (2016) xSiddique et al. (2016) x xSilva e Brito (2015) x xSilva e Brito (2016) x xSua-Iam e Makul (2015) x xTang et al. (2016) x x xTian et al. (2016) x x xXia et al. (2016) xYang et al. (2015) xYu¨ksel et al. (2016) x x xZhao et al. (2015) x x

Aditivos

51

Cinzas volantes Sílica ativa

Escória de alto forno granuladaCalcário pulverizado

Fibra de açoMetacaulino ultrafino

Cinza de oléo de palmaFibra de polipropileno

Pó de mármoreFibras de poliolefinas

Cinza de casca de arrozPlástico reciclado polipropileno modificado

Pó de basaltoLama vermelha de bauxita

Granito em pó Pó de granito e mármore

Fibra de vidro reciclado reforçado com Polímeros Agregado reciclado

Pedra pomeFibra de PVA

Fibra de PolifenilenoFibra de carbono

Fibra de basalto reforçado com epoxiPolímero reforçado com fibra de vidro

Partículas de PETPneus de borracha fragmentada

0 5 10 15 20 25 30

Qtd x Adições

52

Construction & building materials Journal of cleaner production

Journal of materials in civil engineering

Materials and Structures ACI materials journal

KSCE Journal of Civil Engineering Advances in Materials Science and Engineering

Arabian Journal for Science and Engineering

Cement & concrete composites Cement and concrete research

Composites. Part B, Engineering

Engineering fracture mechanics Fire and materials

Journal of composites for construction

Materials Science and Engineering

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Qtd. por Periodico

Qtd. Qualis Capes

53

Conclusão

54

REFERÊNCIAS ABRISHAMBAF, A., CUNHA. V. M.C.F., BARROS, J. A.O. A two-phase material approach tomodelsteelfibrereinforced self-compacting concrete in

panels, In: Engineeringfracturemechanics, 2016. AHARI, R. S.; ERDEM,T. K.; RAMYAR, K. Permeabilitypropertiesof self-consolidating concrete

containingvarioussupplementarycementitiousmaterials, In: Construction&buildingmaterials, n:79, pg:326 -336, 2015. AÏSSOUN, B.; KHAYATA, K.; GALLIAS, J.-L. Variationsofsorptivitywithrheologicalpropertiesof concrete cover in self-consolidating

concrete. In: Construction&buildingmaterials, n:113, pg:113 -120, 2016. ALBERTI, M.G., ENFEDAQUE, A.; GÁLVEZ, J.C.; FERRERAS, A. Pull-out behaviourand interface criticalparametersofpolyolefinfibresembedded in

mortarand self-compacting concrete matrixes, In: Construction&buildingmaterials, n:112, pg:607 -622, 2016. ALBERTI, M.G.; ENFEDAQUE, A.; GÁLVEZ, J.C. Comparisonbetweenpolyolefinfibrereinforcedvibratedconventional concrete and self-compacting

concrete, In: Construction&buildingmaterials, n:85, pg:182 -194, 2015. ALHUSSAINY, F.; HASAN, H. A.; ROGIC, S.; SHEIKH, M. NEAZ; HADI, M. N.S. Directtensiletestingof Self-Compacting

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properties of self-compacting concrete. In: Construction and Building Materials 110 (2016) 312–322. ANAND, N.; ANTONY, Godwin I.; PRINCE; Arulraj G. Influenceof mineral admixturesonmechanicalpropertiesof self-compacting concrete

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2010. BADOGIANNIS, E. G.; SFIKAS, I. P.; VOUKIA, D. V.; TREZOS, K. G.; TSIVILIS, S. G. Durabilityofmetakaolin Self-Compacting Concrete,

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