Alfredo Quiroga Flores
Título
Physical and Mechanical Behavior of a Two Component Cement-Based Grout for Mechanized Tunneling Application
Resumo
O presente trabalho reporta os resultados de uma pesquisa experimental feita em um graute bicomponente para uso em tunelamento mecanizado. No processo de tunelamento, um espaço anular é formado entre o solo e a estrutura principal do túnel. Para que as tensões sejam transmitidas entre o solo e a estrutura um graute cimentício é utilizado. No presente trabalho foi desenvolvido um graute cimentício composto por bentonita, cimento, cinza volante e um acelerador de silicato de sódio. Foram investigados os procedimentos de mistura, a reologia, a cinética de hidratação, a retração e o comportamento mecânico dos grautes cimentícios. A bentonita sódio-ativada controlou a segregação da água, a distribuiu uniformemente para hidratar o cimento e manteve as partículas cimentícias em suspensão. O patamar de percolação não teve mudanças significativas com diferentes teores de bentonita mas foi retrasado pela cinza volante. Na etapa fluida, viscosidades aparentes altas corresponderam a taxas cisalhantes menores. A tixotropia das suspensões bentoníticas prevaleceram depois de misturadas com materiais cimentícios e dependem do conteúdo de bentonita, características da mistura e tempo de hidratação. As altas relações água/cimento resultaram em uma retração autógena baixa e fissuração na retração por secagem. A cinza volante contribuiu com propriedades pozolânicas e melhoras na reologia. O acelerador não só causou um imediato enrijecimento do graute, porém, redução dos produtos de hidratação e, consequentemente, a resistência à compressão a idades posteriores foi afetada.
Abstract
The present work reports the results of an experimental research on a two component cement-based grout for mechanized tunneling application. During a Tunnel-Boring-Machine-based excavation an annulus gap is formed between the surrounding ground and the tunnel main structure. The gap is filled with cementitious grout in order to distribute the stresses to the tunnel structure. In the present research a grout formed by Portland cement, bentonite, fly ash and a sodium-silicate-based accelerator was developed. The mixing protocols, hydration kinetics, shrinkage and mechanical behavior were studied. It was observed that sodium-activated bentonite controls bleeding, providing sufficient water for cement hydration maintaining the cement particles in suspension. The percolation threshold did not change among the bentonite content variants and was delayed because of fly ash additions. At the fluid stage, high apparent viscosities were obtained at low shear rates and much less apparent viscosities at higher shear rates. Thyxotropy of bentonite suspensions prevailed after mixing with binders and depended on the bentonite content, mixing protocols and hydration time. High water/cement ratios resulted in low autogenous shrinkage and cracking in drying shrinkage. In addition fly ash resulted in pozzolanic reactions and improved rheology as well. The accelerator admixture not only caused an immediate stiffening but reduction in hydration products, consequently, may affect the compressive strengths at later ages.
