Nanotechnology and construction: use of nanoindentation measurements to predict macroscale elastic properties of high strength cementitious composites

Abstract

This paper aims to present the experimental results involving the use of nanoindentation measurements and prediction of macroscale elastic properties of high performance cementitious composites (HPCC). The elastic properties of HPCC mixture were evaluated at different length scales by nanoindentation (microscale), and elastic moduli and compressive strength tests (macroscale). The nanoindentation results, obtained by grid indentation with subsequent phase deconvolution, were complemented by an independent porosimetry test and inserted into a two-step analytical homogenization scheme to predict the overall macroscale properties. The final results show that the presented method allows a reliable advanced prediction of HPCC elastic properties indicating, thus, that inserting nanotechnology in the concrete industry can be promising, since it would allow the production of a more predictable composite in an easier and less expensive way.Keywords: nanoindentation, multiscale analysis, high performance cementitious composite.O presente trabalho visa apresentar os resultados experimentais envolvendo o uso de ensaios de nanoindetação na predição das propriedades elásticas de compósitos cimentícios de alta resistência (CCAR). As propriedades elásticas do CCAR foram avaliadas em diferentes escalas através de ensaios de nanoindetação (microescala), módulo de elasticidade e resistência à compressão (macroescala). Os resultados do ensaio de nanoindetação, obtidos mediante grelha de indentação seguido de decovolução de fase, foram complemetados com os resultados de ensaios independentes de porosimetria e inseridos em um método de homogenização de modo a predizer as propriedades elásticas do compósito avaliado. Os resultados obtidos permitem afirmar que o método utilizado permite uma predição realística das propriedades elásticas dos CCAR. Dessa forma, pode-se afirmar que a inserção da nanotecnologia no setor da construção civil é promissora, uma vez que esta possibilitaria a produção de um produto final mais previsível de um modo mais prático e econômico.Palavras-chave: nanoindentação, análise multiescalar, compósitos cimentícios de elevada resistência. abstract Resumo

Hardness correlation length in a self-compacting concrete

“…Multiscale materials can be considered homogeneous or heterogeneous depending on the level of observation. According to Silva et al [1], cementitious composites are considered as typical representatives of multiscale materials since they can be treated as homogeneous at the macroscopic level (length scale cm ~ m) and as heterogeneous materials at a more precise level of observation (scale in length nm ~ cm).…”