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Apresentação em power point com um apanhado geral sobre composição, métodos de dosagem, dificuldades de aplicação, propriedades no estado fresco e endurecido. Inclui quantificação de pesquisas com adições.
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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
CONCRETO AUTOADENSÁVEL
Fonte: Tutikian e Dal Molin (2008)
CAA com segregação CAA sem segregação
5
CONCRETO AUTOADENSÁVEL
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
Fonte: Shi et al. (2015)
Agiliza a construção
Reduz mão-de-obra
Reduz poluição sonora
Maior liberdade de forma e dimensões
Melhora a zona de transição
pasta/agregado
Melhora zona de transição
pasta/armadura
Reduz permeabilida
de
DURABILIDADE
CUSTO
8
CAA: Vantagens
Fonte: Shi et al. (2015)
Agiliza a construção
Reduz mão-de-obra
Reduz poluição sonora
Maior liberdade de
forma e dimensões
Melhora a zona de
transição pasta/agregad
o
Melhora zona de transição
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
Resistência à segregação
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;
FluidezHabilidade passante
Resistência à segregação
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;
FluidezHabilidade passante
Resistência à segregação
1
2
3ABNT NBR 11768 (2011) / Mehta e Monteiro (2008)
15
PROPRIEDADES NO ESTADO FRESCO Adição de água
Aditivo modificador de viscosidade
+Retenção de água livre;+Aumenta viscosidade
da fase líquida;
FluidezHabilidade passante
Resistência à segregação
1
2
3
Aditivo superplastificante
Tutikian (2007) / Khayat et al. (2004)
16
PROPRIEDADES NO ESTADO FRESCO Adição de água
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
Resistência à segregação
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
Resistência à segregação
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
CONCRETO AUTOADENSÁVEL
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
CONCRETO AUTOADENSÁVEL
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
Fonte: Tutikian (2007)
34
CAA: pré-fabricado Comparativo de custo globais: CCV x CAA
-3% Menos poluição sonora Maior vida útil das fôrmas
Fonte: Tutikian (2007)
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
Fonte: Tutikian (2007)
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
49
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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izado
Fibr
a de
aço
Met
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ultr
afino
Cinz
a de
olé
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pal
ma
Partí
cula
s de
PET
Pneu
s de
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da
Fibr
a de
po
lipro
pile
no
Plás
tico
reci
clad
o po
lipro
pile
no
mod
ifica
do
Pó d
e ba
salto
Lam
a ve
rmel
ha d
e ba
uxita
Pó d
e m
árm
ore
Gra
nito
em
pó
Pó d
e gr
anito
e
már
mor
e
Fibr
a de
vid
ro
reci
clad
o
refo
rçad
o co
m
Polím
eros
Agre
gado
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cicl
ado
Pedr
a po
me
Fibr
a de
PVA
Fibr
as d
e po
liole
finas
Fibr
a de
Po
lifen
ileno
Fibr
a de
ca
rbon
o
Fibr
a de
ba
salto
re
forç
ado
com
ep
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
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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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