Innovative high-performance cement treated crushed stones as rolled concrete Translated title: Inovadora brita graduada tratada com cimento de alto desempenho como concreto compactado com rolo

Abstract

Abstract The main causes of poor performance of cement-treated crushed stones (CTCS) pavement layers are material-related heterogeneity, porosity, and brittle cementitious matrix, leading to fast fatigue degradation. Seeking to improve CTCS mechanical properties and structural response it was studied different grading curves such as DER-SP, EN 14227-1 CBGM 2 and RCC-ACI were studied. The aim of the laboratory study was to rank and select among the classical particle size distribution models like Talbot & Richart, and analytical models as compressible packing model – CPM, the best grading curve which was capable of producing mixtures with the best aggregate interlocking and improved mechanical resistances. The effect of cement content (4% and 5%) as well as the potential of using silica fume in suspension (percentages of 5, 7 and 10% of cement mass) to improve the interfacial transition zone were evaluated. It was found that CPM is a powerful tool for aggregates ranking aggregates and designing well-graded mixtures like CTCS; the CBGM 2 EN 14227-1 mean curve achieved the best packing density. The effect of increasing the cement content from 4 to 5% in terms of mechanical strength has the same result as the addition of 7% of silica fume in mixtures with 4% cement. Eventually, mixtures with 5% cement and 10% silica fume showed modulus of elasticity similar to traditional CTCS; nonetheless, the HP-CTCS (high performance CTCS) split tensile strength was significantly higher (about 28%), leading to a lower Et,sp/fct,sp relationship, which is a highly positive outcome to improve mechanical durability of this innovative dry compacted concrete.

Translated abstract

Resumo As principais causas do desempenho insatisfatório de bases de brita graduada tratada com cimento (BGTC) está relacionada à sua matriz cimentícia heterogênea, porosa e frágil que favorece o processo de degradação por fadiga. Assim, buscando melhorar as propriedades mecânicas e resposta estrutural da BGTC, o presente estudo avaliou diferentes faixas granulométricas (DER-SP, CBGM 2 EN 14227-1 e CCR-ACI) através de modelos clássicos de distribuição de partículas como Talbot & Richart e modelo analítico do empacotamento compressível (compressible packing model – CPM) para classificar e selecionar curvas granulométricas capazes de potencializar o empacotamento das partículas e melhorar a resistência mecânica da mistura. O efeito do teor de cimento (4 e 5%) foi avaliado, bem como o potencial de se utilizar sílica ativa em suspensão (em porcentagens de 5, 7 e 10% da massa de cimento) para modificar a zona de transição interfacial. Verificou-se que o CPM é uma poderosa ferramenta para a seleção e projeto de misturas bem graduadas; a curva média para a faixa CBGM 2 da norma Europeia EN 14227-1 apresentou a maior densidade de empacotamento. O efeito do aumento do teor de cimento de 4% para 5%, em termos de resistência mecânica, poderia ser compensado pela adição de 7% de sílica ativa à mistura com 4% de cimento. Por fim, misturas com 5% de cimento e 10% de sílica ativa apresentaram valores de módulo de elasticidade muito similares àqueles tradicionalmente obtidos para BGTC; contudo, a resistência à tração indireta da BGTCAD foi significativamente maior (em torno de 28%), levando à uma relação modular (Et,sp/fct,sp) menor, o que é promissor em termos durabilidade mecânica para esse tipo de concreto seco.