This research is part of a project that aimed to evaluate the technical viability of the use of unground (in natura) residual Rice Husk Ash (RHA), without grinding, for structural concrete. The present work investigated the evaluation of the depth and the determination of the carbonation coefficients for concrete with the addition of 15% and 25% residual RHA in replacement of cement CP II F-32 (values in mass) ground in mill of balls and unground, and compared with the reference concrete with three water/cimenticious materials ratios: 0.45, 0.55 and 0.65. This work aimed more specifically to analyze the influence of the type and the level of residual RHA incorporated to the concrete on the carbonation process. Accelerated carbonation, mercury intrusion porosimetry and remaining calcium hydroxide level were investigated. For comparison, axial compression strength tests were carried out. The accelerated carbonation tests were performed after a period of 3, 6, 9 and 12 weeks of exhibition to CO2 in climatic chamber. Porosimetry, remaining calcium hydroxide, and axial compression strength tests were performed on 91 days. The results showed that the carbonation coefficients of the ground residual RHA sample were lower than the values presented by the unground (in natura) residual RHA, in both replacement levels and in all water/cimenticious materials ratios. The lowest carbonation coefficient values were related to the reference concrete. Concerning mercury intrusion porosimetry, the incorporation of RHA caused a refinement of the concrete pores when compared to the reference in the three water/cimenticious materials ratios used. On the other hand, the effect of the lowest alkaline reservation of the concretes containing the incorporation of residual RHA prevailed on the effect of the permeability reduction of the concretes caused by the addition of RHA. Therefore, the use of residual RHA to the structural concrete in levels of 15% of incorporation to ground and in natura samples in the water/cimenticious materials ratios 0.45, 0.55 and 0.65; in levels of 25% of replacement for the in natura sample of water/cimenticious material ratios 0.45, as well as the ground sample with water/materials cimenticious ratios 0.45 and 0.55, is an option when carbonation is the main variable of concrete durability. / A pesquisa realizada faz parte de um projeto que tem por objetivo a avaliação da viabilidade técnica do emprego de CCA residual IN NATURA , sem moagem, em concretos para fins estruturais. A presente investigação trata da avaliação da profundidade e a determinação dos coeficientes de carbonatação para concretos com a adição de CCA residual com teores de 15% e 25% em substituição ao cimento CP II F-32 (valores em massa) moída em moinho de bolas e in natura , sendo esta sem moagem e comparados com o concreto de referência, com três relações a/ag 0,45, 0,55 e 0,65. Objetiva, mais especificamente, analisar a influência do tipo e do teor de CCA residual incorporado ao concreto, sobre o processo de carbonatação. Foram realizados ensaios de carbonatação acelerada, porosimetria por intrusão de mercúrio e teor de hidróxido de cálcio remanescente. Para efeito de comparação, também foram realizados ensaios de resistência à compressão axial. Os ensaios de carbonatação acelerada foram realizados após um período de 3, 6, 9 e 12 semanas de exposição ao CO2 em câmara climática. Os ensaios de porosimetria, hidróxido de cálcio remanescente e resistência à compressão foram realizados aos 91 dias. Os resultados indicam que os coeficientes de carbonatação da amostra com a adição de CCA residual moída foram inferiores aos valores apresentados pela amostra de CCA residual IN NATURA , em ambos os teores de substituição e em todas as relações a/ag. Os menores valores de coeficiente de carbonatação apresentados reportam-se ao concreto de referência. Analisando-se os resultados de porosimetria por intrusão de mercúrio, percebese que a incorporação de CCA acarreta um refinamento dos poros do concreto quando comparado ao referência, nas três relações a/ag empregadas. Por outro lado, nesta pesquisa, prepondera o efeito da menor reserva alcalina dos concretos contendo a incorporação de CCA residual sobre o efeito de redução da permeabilidade dos concretos ocasionada pela adição de CCA. Além disso, vislumbra-se a possibilidade do emprego de CCA residual ao concreto estrutural nos teores de 15% de incorporação de CCA residual tanto a amostra moída quanto in natura nas relações a/ag 0,45, 0,55 e 0,65 e para o teor de 25% de substituição para a amostra in natura de relação a/ag de 0,45 bem como a amostra moída com relação a/ag de 0,45 e 0,55, quando a principal variável de durabilidade do concreto é a carbonatação.

The carbonation is a physicochemical phenomenon that occurs naturally in concrete structures. The greater the presence of carbon dioxide (CO₂) in the atmosphere and in contact with moisture and hydration products of cement, the greater the depth of carbonation. Its main effect by reducing the alkalinity (pH) is the armature depassivation, which leaves the steel unprotected and susceptible to corrosion. In view of this, the present study aimed to verify the technical viability of using unground rice husk ash (natural NRHA) in partial replacement of cement for concrete for structural purposes against accelerated carbonation, as well as to collaborate with sustainable development in construction, since NRHA are residues from industrial processes of grain processing, which often are discarded directly into the environment without any environmental concern. Based on these principles, the mixtures were investigated CPII-Z and CP-IV with contents of 15% of cement mass replacement by NRHA and GRHA for w/b ratios of 0.45, 0.55 and 0.65 and compared with the REF mixtures. The depths were verified, the carbonation coefficients and the calcium hydroxide contents remaining after 91 days. Accelerated carbonation tests were performed at 4, 8, 12 and 16 weeks of exposure to CO₂ in an environmental chamber as the recommendation of RILEM TC 116-PCD (1999). The results showed that the carbonation depths were increased over time and the w/b ratios stipulated in this study for all mixtures, yielding the lowest depths to the lowest w/b of REF and CPII-Z mixtures. For NRHA mixtures, predominated shallower depths for both cements (CPII-Z and CP-IV) when compared with GRHA, yielding lower depths for CPII-Z than for CP-IV. When compared on an equal w/b ratio and resistance, was observed that carbonation coefficients depended on the type of cement and on the RHA of each mixture. The lowest coefficients were obtained for REF and CPII-Z mixtures, as well the highest contents of calcium hydroxide (CH) when compared to the contents of CP-IV. For mixtures containing RHA additions, predominated better results for NRHA mixtures compared with GRHA, verifying for mixtures of NRHA of CPII-Z and CP-IV for resistance C30 it is possible to use in concrete for structural purposes when the variable to be considered is the carbonation. / A carbonatação é um fenômeno físico-químico que ocorre naturalmente nas estruturas de concreto. Quanto maior a presença de dióxido de carbono (CO₂) na atmosfera e, em contato com a umidade e os produtos de hidratação do cimento, maior será a profundidade de carbonatação. Seu principal efeito pela redução da alcalinidade (pH) é a despassivação da armadura, que deixa o aço desprotegido e susceptível a corrosão. Em vista disso, a presente pesquisa teve por objetivo verificar a viabilidade técnica do emprego da cinza de casca de arroz sem moagem (natural - CCAN), em substituição parcial de cimento, para concretos com fins estruturais frente a carbonatação acelerada, assim como, colaborar com o desenvolvimento sustentável na construção civil, já que as CCAN são resíduos de processos industriais do beneficiamento do grão onde, muitas vezes, são descartadas diretamente no meio ambiente sem nenhuma preocupação ambiental. Baseados nestes preceitos, foram investigadas misturas de CPII-Z e CP-IV com teores de 15% de substituição de cimento em massa por CCAN e CCAM para as relações a/ag de 0,45; 0,55 e 0,65 e comparadas com as misturas de REF. Foram verificadas as profundidades, os coeficientes de carbonatação e os teores de hidróxido de cálcio remanescentes aos 91 dias. Os ensaios de carbonatação acelerada foram realizados em 4, 8, 12 e 16 semanas de exposição ao CO₂ em câmara climática e conforme determina a RILEM TC 116-PCD (1999). Os resultados mostraram que as profundidades de carbonatação foram crescentes ao longo do tempo e das relações a/ag estipulados nesta pesquisa para todas as misturas, obtendo-se as menores profundidades para menores a/ag das misturas de REF de CPII-Z. Para as misturas de CCAN, predominaram profundidades menores para os dois cimentos utilizados (CPII-Z e CP-IV) quando comparadas com as CCAM, obtendo-se para as de CPII-Z profundidades inferiores as de CP-IV. Quando comparados em igualdade de relação a/ag e de resistência, observou-se que os coeficientes de carbonatação dependeram do tipo de cimento e de CCA de cada mistura, sendo os menores obtidos para as misturas de REF de CPII-Z, assim como os maiores teores de hidróxido de cálcio (CH), quando comparados aos de CP-IV. Para as misturas contendo adições de CCA, predominou melhores resultados para as misturas de CCAN quando comparadas com as CCAM, verificando-se para as misturas de CCAN de CPII-Z e CP-IV para a resistência C30 que existe a possibilidade de utilização em concretos para fins estruturais quando a variável a ser considerada é a carbonatação.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Natural rice husk ash (RHA) used in concrete contributes to civil construction sustainability. In fact, RHA is considered a residual pollutant and then it is necessary to destine this material correctly. However, it is necessary to investigate the consequences of replacing part of cement by natural RHA to produce concrete for structural purposes. In this context, the aim of this study was to evaluate the concrete durability produced with 15 % of blinder partial replacement by natural RHA in the expansion due to alkali-silica reaction (ASR) and penetration of chloride ion, as well as to suggest preventive measures with the use of mineral additions. In the present study, natural RHA was used as partially replacement of Portland cement. This natural RHA has been obtained without temperature control burning and placed directly into the mixer to suffer self-grinding with aggregates. We investigated the RAS neutralization of natural RHA by the use of cement with mineral additions (CPIIZ, CPIII e CPIV), as well as, we performed additional replacements of part from CPIIZ cement by fly ash (10, 15, 20, 30 and 40 %). We employed accelerated expansion method at 80°C in mortar bars followed by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD), and long term at 38 °C and accelerated at 60 °C methods in concrete prisms. To investigate concrete resistance in the chloride ion penetration, we used chloride ions penetration method by immersion in saline solution (CPT) of concrete produced with natural RHA and CPIIZ cement added of fly ash (0, 12.75 or 17 %) and water-binder ratios of 0.45, 0.55 and 0.65 were adopted. Analyses of results were based in slope (K ) obtained from the average depths of penetration. In this study, we verified that in mortar bars assay the natural RHA generated expansion above of results allowed by norm in mixtures with standard cement, while CPIIZ cement with addition from 20 % of fly ash showed to mitigate the ASR. These results demonstrated that effect of mitigation of RAS proportionally increased with fly ash addition. Moreover, CPIV cement demonstrated excellence in mitigate the expansive reaction. The SEM analysis identified the characteristic products of ASR in the samples containing natural RHA. XRD analysis showed that the samples of mixtures with higher content of mineral addition showed peaks of calcium hydroxide (CH) with less intensity and mixtures with natural RHA presented greater calcium carbonate content. In relation to concrete prisms molded at 60°C, results showed an increase in expansion for mixture of CPIIZ with natural RHA, but these results remained below of maximum expansion predicted by test. Mixtures of CPII-Z with natural RHA added of 10 and 15% fly ash demonstrated better efficiency in expansion mitigation. In relation to concrete prisms molded at 38°C, the results are not conclusive to 12 months, but mixtures that presented a great expansion were of CPII-Z with natural RHA and 15% fly ash, the CPII-Z with RHA natural and CPII-Z with natural RHA and 10% fly ash, respectively. However, all mixtures had expansion below the maximum limit suggested by the Brazilian standard at 24 months. Through of results CPT, we can conclude that mineral additions provided improvements to the concrete with higher ages due to pozzolanic effect. Moreover, the best results obtained were in trace with lowest water-binder ratios, probably due to increased consumption of cement, which increases the CH amount to interact with the RHA and the fly ash. Therefore, mixtures of Portland cement with fly ash and natural RHA meet the durability of concrete, and also the use of natural RHA would be an important contribution to sustainability and preservation of environment by civil construction. / O emprego de cinza de casca de arroz (CCA) natural no concreto visa contribuir para a sustentabilidade da construção civil, destinando de maneira adequada, esse material que antes seria considerado um resíduo poluente. Porém, é necessária a investigação das consequências em substituir parte do cimento por CCA natural para produzir concreto com finalidade estrutural. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar a durabilidade de concretos produzidos com teor de 15 % de substituição parcial do aglomerante por CCA natural, frente à expansão devido à reação álcali-sílica (RAS) e à penetração de íons cloretos, assim como, sugerir medidas preventivas através do uso de adições minerais. No presente estudo, a CCA natural foi utilizada em substituição parcial ao cimento Portland no estado em que se encontra ao sair dos fornos de queima (sem controle de temperatura), diretamente na betoneira para sofrer auto-moagem com os agregados. Foi investigada a neutralização das RAS da CCA natural pelo emprego de cimentos com adições minerais (CPIIZ, CPIII e CPIV), assim como foram realizadas as substituições adicionais de parte do cimento CPIIZ por cinza volante (10, 15, 20, 30 e 40 %). Na investigação da RAS foram empregados os métodos de expansão acelerado a 80 °C em barras de argamassa acompanhado pela microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios-X (DRX), e os métodos de longa duração a 38 °C e acelerado a 60 °C em prismas de concreto. Na investigação da resistência a penetração de íons cloretos foi empregado o método de penetração de íons cloretos por imersão em solução salina (EPCI) dos concretos produzidos com CCA natural e cimento CPIIZ adicionados de cinza volante (0; 12,75 ou 17 %) e nas relações água/aglomerante(a/ag) de 0,45; 0,55 e 0,65. A análise dos resultados do EPCI foi realizada com base no coeficiente angular da equação da reta (K ) obtido a partir das profundidades médias de penetração dos períodos investigados. Neste trabalho verificou-se que, no ensaio em barras de argamassa a CCA natural gerou expansão acima do permitido por norma nas misturas com cimento padrão, enquanto o cimento CPIIZ com adição a partir de 20 % de cinza volante se mostrou mitigador da RAS. Através desses resultados pode-se verificar que o efeito mitigador da RAS aumentou proporcionalmente com a adição de cinza volante. Além disso, o cimento CPIV mostrou excelência em mitigar a reação expansiva. A análise de MEV identificou os produtos característicos da RAS nas amostras contendo CCA natural e a DRX verificou que as amostras retiradas das misturas com maior teor de adição mineral apresentaram picos de hidróxido de cálcio (CH) com menor intensidade e ainda, que as misturas com CCA natural apresentaram maior quantidade de carbonato de cálcio. Em relação aos prismas de concreto moldados a 60 °C, os resultados mostraram maior expansão na mistura de CPIIZ com CCA natural, mas ela se manteve abaixo do limite máximo de expansão preconizado pelo ensaio. As misturas de CPII-Z com CCA natural adicionadas de 10 e 15 % de cinza volante mostraram melhor eficiência em mitigar a expansão. Em relação aos prismas de concreto moldados a 38 °C os resultados ainda não são conclusivos aos 12 meses, porém as misturas que apresentaram maior expansão em 12 meses foram as de CPII-Z com CCA natural e 15 % de cinza volante, de CPII-Z com CCA natural e CPII-Z com CCA natural e 10 % de cinza volante, respectivamente, entretanto, todas abaixo do limite máximo de expansão aos 24 meses, preconizado pela norma brasileira. Através das análises dos resultados do EPCI concluiu-se que as adições minerais proporcionaram melhorias ao concreto com maiores idades devido ao efeito pozolânico. Além disso, os melhores resultados obtidos foram nos traços com menor relação a/ag, provavelmente devido ao maior consumo de cimento que aumenta a quantidade de CH para interagir com a CCA e a cinza volante. Portanto, as misturas de cimento Portland com CCA natural e cinza volante atendem aos parâmetros de durabilidade do concreto, e com isso o uso da CCA natural seria um importante contribuinte na sustentabilidade e preservação do meio ambiente pela construção civil.

Due to high rates of emissions of carbon dioxide released in cement production, an alternative to minimize this pollution is the use of rice husk ash in concrete as partial cement replacement. This research aims to investigate the technical feasibility, and the mechanical properties of the use of rice husk ash in concrete for structural purposes. Rice husk ash content to 15% by mass replacement of cement CPII-Z and CPIV were used in natural state and ground in a ball mill and compared with the reference concrete, with three water/binder relationships: 0.45; 0.55 and 0.65. Mechanical strength tests by axial compression and diametral compression at ages 28 and 91 days and elasticity modulus at 28 days were performed. The 28 days results indicated axial compression strength, modulus of elasticity and diametrical compression strength below the reference at 91 days and the concrete results with mineral admixtures were similar to the reference concrete. The mixtures containing CPII-Z, presented higher axial compressive strength than CPIV, because the higher cement consumption compared with the CPII-Z with the same w/b relationship. This fact coupled with the presence of high levels of fly ash, classifies cement CPIV with resistance to higher environmental aggressiveness, which represents more durability and useful life. It was found that mixtures containing CCAN reduced axial compressive and diametral strength compared with CCAM, because of the smaller chemical reactivity and bigger particles of CCAN compared with ground rice husk ash. These differences between the mixtures were not relevant, being about 10% and consumption of about 20 kg/m³ in relation to the same w/b compared with mixtures of CCAM for the two cement types. In conclusion, the results of the tests show that there is technical feasibility for the use of natural rice husk ash in structural concrete due to the differences observed with the ground mixtures were negligible. The values obtained in the tests were satisfactory for natural rice husk ash and ground rice husk ash with sligth advantage for the latter compared to first one, because both developed axial compressive and diametral strength and elasticity modulus similar to the reference concretes. These results reveal the greater sustainability to the concrete utilizing agriculture by-products, contributing to reducing the pollutants emissions and the global warming, due to decreased use of clinker in the mixtures. / Devido às altas taxas de emissão de dióxido de carbono liberado na produção do cimento, uma alternativa para minimizar esta poluição é o uso parcial de cinza de casca de arroz no concreto em substituição ao cimento. Esta pesquisa teve o objetivo de investigar a viabilidade técnica, quanto às propriedades mecânicas do emprego de cinza de casca de arroz natural (sem moagem) e moída, em concretos para fins estruturais. Foram utilizadas cinza de casca de arroz com teor de 15% em substituição em massa de cimento CPII-Z e CPIV, nas formas moída em moinho de bolas e natural (sem beneficiamento), e comparadas com o concreto de referência, com três relações água/aglomerante: 0,45; 0,55; e 0,65. Foram executados os ensaios de resistência por compressão axial e compressão diametral nas idades de 28 e 91 dias e módulo de elasticidade aos 28 dias. Os resultados aos 28 dias indicaram resistências axiais, módulo de elasticidade e resistência por compressão diametral inferiores ao de referência; aos 91 dias, os resultados dos concretos com adições minerais foram semelhantes ao concreto de referência. As misturas com cimento CPII-Z apresentaram resistências à compressão axial superiores com CPIV, este com consumo de cimento maior nas relações a/ag do que o anterior. Tal fato, aliado com a presença de altos teores de cinza volante, classifica o cimento CPIV com maior resistência à agressividade ambiental de agentes deletérios como cloretos e carbonatação, o que representa maior durabilidade frente aos agentes agressivos. Também foi constatado que as misturas com CCAN tiveram menores resistências mecânicas comparadas com CCAM, em razão de a CCAN possuir partículas maiores e reatividade química menor do que a cinza moída. Estas diferenças entre os dois tipos de misturas não se revelaram significativas, ficando em aproximadamente 10%, e consumo, em torno de 20 kg/m³ em igualdade de relação a/ag se comparadas com as misturas de CCAM para os dois tipos de cimentos. Como conclusão, os resultados obtidos nos ensaios revelam que existe viabilidade técnica para o emprego de cinza de casca de arroz natural no emprego em concreto estrutural, em razão de as diferenças constatadas com as misturas com CCA moída terem sido pouco significativas. Os valores obtidos nos ensaios foram bastante próximos, tanto para cinza de casca de arroz natural como moída, com vantagem para esta última, pois ambas desenvolveram resistências à compressão axial, módulos de elasticidade e resistências por compressão diametral similares ao concreto de referência. Estes resultados contribuem para conferir maior sustentabilidade ao concreto pelo aproveitamento de subprodutos da agricultura, contribuindo para diminuir a emissão de poluentes na atmosfera e o efeito estufa, devido à diminuição do uso de clínquer nas misturas.