The optimization of the production of fired clay brick is essential in order to maintain a sustainable industry in Ontario. While there exists areas for improvement of the properties of bricks used in severe climates, concerns including non-renewable resource depletion, increasing energy costs, and waste management have become increasingly important in Canadian and global industries. One method to address these concerns is the use of waste additives as fluxing agents in bricks. While a fluxing agent reduces the firing temperature required for sintering of the brick and improves properties, the use of a waste additive can decrease the dependency of the industry or non-renewable resources such as mined clay or crushed shale. Waste additives can improve strength durability, and absorptive properties, while decreasing firing temperature, and diverting waste from landfills. A testing program was developed to determine the effects of several variables in brick production, including extrusion and firing, and to investigate the effect of the addition of non-recycled waste glass in the properties of fired clay brick. The addition was varied in the particle size of the waste glass and the percentage by mass of additive. The effects of waste glass addition were determined in terms of absorption, strength, and freeze-thaw durability of the individual specimens. Microstructure was also investigated using SEM images and mercury intrusion porosimetry to determine the effect on pore structure and vitrified matrix of the bricks. The results of the testing program determined an optimal addition of waste glass, and the expected effects of the implementation of this addition to the production of fired clay brick in an industrial setting. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

The concrete is not one hundred percent impermeable since the water that remains inside it causes its corrosion, in the case of reinforced concrete, exposed in an area of marine atmosphere, the sea salt mostly present in large particles of the marine spray, produce the reduction of the alkalinity of the concrete causing a rapid corrosion of the steel. There are buildings built in this marine area that have been designed without durability criteria, in which the use of pozzolanic materials is considered, for example, to fill the pores of the cement matrix and thus guarantee its impermeability. In the present study, the effect of clay brick powder (PLA) as a replacement for cement in concrete manufacturing is addressed, evaluating different characteristics of its components. The results indicate that pozzolanic activity and compressive strength increase, slump, voids content and the coefficient of permeability to water decreases.

In most design codes, infill walls are considered as non-structural elements and thus are typically neglected in the design process. The observations made after major earthquakes (Duzce 1999, L’Aquila 2009, Christchurch 2011) have shown that even though infill walls are considered to be non-structural elements, they interact with the structural system during seismic actions. In the case of heavy infill walls (i.e. clay brick infill walls), the whole behaviour of the structure may be affected by this interaction (i.e. local or global structural failures such as soft storey mechanism). In the case of light infill walls (i.e. non-structural drywalls), this may cause significant economical losses. To consider the interaction of the structural system with the ‘non-structural ’infill walls at design stage may not be a practical approach due to the complexity of the infill wall behaviour. Therefore, the purpose of the reported research is to develop innovative technological solutions and design recommendations for low damage non-structural wall systems for seismic actions by making use of alternative approaches. Light (steel/timber framed drywalls) and heavy (unreinforced clay brick) non-structural infill wall systems were studied by following an experimental/numerical research programme. Quasi-static reverse cyclic tests were carried out by utilizing a specially designed full scale reinforced concrete frame, which can be used as a re-usable bare frame. In this frame, two RC beams and two RC columns were connected by two un-bonded post tensioning bars, emulating a jointed ductile frame system (PRESSS technology). Due to the rocking behaviour at the beam-column joint interfaces, this frame was typically a low damage structural solution, with the post-tensioning guaranteeing a linear elastic behaviour. Therefore, this frame could be repeatedly used in all of the tests carried out by changing only the infill walls within this frame. Due to the linear elastic behaviour of this structural bare frame, it was possible to extract the exact behaviour of the infill walls from the global results. In other words, the only parameter that affected the global results was given by the infill walls. For the test specimens, the existing practice of construction (as built) for both light and heavy non-structural walls was implemented. In the light of the observations taken during these tests, modified low damage construction practices were proposed and tested. In total, seven tests were carried out: 1) Bare frame , in order to confirm its linear elastic behaviour. 2) As built steel framed drywall specimen FIF1-STFD (Light) 3) As built timber framed drywall specimen FIF2-TBFD (Light) 4) As built unreinforced clay brick infill wall specimen FIF3-UCBI (Heavy) 5) Low damage steel framed drywall specimen MIF1-STFD (Light) 6) Low damage timber framed drywall specimen MIF2-TBFD (Light) 7) Low damage unreinforced clay brick infill wall specimen MIF5-UCBI (Heavy) The tests of the as built practices showed that both drywalls and unreinforced clay brick infill walls have a low serviceability inter-storey drift limit (0.2-0.3%). Based on the observations, simple modifications and details were proposed for the low damage specimens. The details proved to be working effectively in lowering the damage and increasing the serviceability drift limits. For drywalls, the proposed low damage solutions do not introduce additional cost, material or labour and they are easily applicable in real buildings. For unreinforced clay brick infill walls, a light steel sub-frame system was suggested that divides the infill panel zone into smaller individual panels, which requires additional labour and some cost. However, both systems can be engineered for seismic actions and their behaviour can be controlled by implementing the proposed details. The performance of the developed details were also confirmed by the numerical case study analyses carried out using Ruaumoko 2D on a reinforced concrete building model designed according to the NZ codes/standards. The results have confirmed that the implementation of the proposed low damage solutions is expected to significantly reduce the non-structural infill wall damage throughout a building.

Despite their poor performance, non-standard clay bricks are commonly used in construction of low-rise buildings and rural houses in Indonesia. These clay bricks are produced traditionally in home industries. Indonesia is located in an active seismic region and many masonry buildings were badly damaged or collapsed during recent earthquakes. Such buildings are classified as non-engineered structures as they are built without using any proper design standard. Lateral load response of un-reinforced masonry walls is investigated in this research project, with the aim of better understanding the behaviour of these masonry walls using low quality local bricks. A comprehensive experimental program was undertaken with masonry wall elements of 600 mm x 600 mm x 110 mm constructed from local bricks from Cikarang in West Java - Indonesia. Wall specimens were constructed and tested under a combination of constant vertical compression load and increasing horizontal or lateral in-plane loads, of monotonic, repeated and cyclical nature. The vertical compressive loading was limited to 4% of maximum brick compressive strength. Masonry mortar mix used to construct the specimens was prepared according to Indonesian National Standard. Three different types of masonry wall panels were considered, (i) (normal) brick masonry walls, (ii) surface mortared brick masonry walls and (iii) comforted surface mortared brick masonry walls. The results indicated that the lateral load bearing capacity of masonry wall is usually lower than that of mortared and comforted walls. Despite this, the lateral load capacity under cyclic loads decreased 50 % of the average capacity of the walls under monotonic and repeated lateral loads. Using the results from the experimental program, a simplified model for the equivalent diagonal spring stiffness of local clay brick walls was developed. This stiffness model derived from experimental results in then used to simplify the structural analysis of clay brick wall panels in Indonesia. The design guideline for brick masonry houses and low-rise buildings in six Indonesian seismic zones was developed, as a contribution towards the development of design guidance for constructing brick masonry houses in Indonesia.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:09:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1759327 bytes, checksum: de63593ff15f9bde73f6cecea1342ba9 (MD5) Previous issue date: 2005-08-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Portland cement based materials have great potential for providing good waste immobilization solutions, which are both cost effective and also promotes the sustainable development of modern industrial activities. Indeed, several industrial wastes have successfully been used in constructions worldwide, most of them from steel and energy manufacturing processes. Nevertheless, transportation, when needed in places where industrial activities are still incipient can affect the cost effectiveness of its use. In such places, such as in the Northeast of Brazil, red clay bricks industry is chiefly predominant, and little is done for its sustainable development. Even though, some researches have been suggesting that their waste, when ground, can improve some properties of cement based materials. However, in order to implement an effective strategy for its use, more research needs to be done, evaluating the potential immobilization of such waste in systems containing Portland cement. Therefore, the current research: investigated the effect of the finesse on the pozzolanic activity of ground red clay bricks (RC), comparing with a conventional cement industry pozzolan (FC); evaluated the effect of the replacement of cement by RC on the fresh and hardened mechanical properties and permeability in mortar and concrete and on the corrosion of steel reinforcement in concretes. Mortar and concrete samples were cast with different levels of RC replacing cement (0%, 20% and 40%) by mass. The water to binder ratio was kept constant (0.50) in both mix proportions of mortar (1:1,55) and concrete (1:1,55:2,19). The samples were initially cured in water at two different temperatures (room around 23ºC - and 55o C) for 7 days, in air for 21 days, and lately immersed in test solutions (water and 3.5% NaCl solution). The mineralogical compositions of RC and the pozzolan FC were obtained by X-Ray diffraction analysis. The cement used was a CPII-F 32 (Portland Limestone Cement with c.a. 10% of CaCO3). When the parameters related to the porous structure of mortars and concretes containing RC were considered, it can be observed that only mortars presented satisfactory results. With respect to the investigated concretes mechanical performance, it was concluded that, although the use of RC in replacement levels of 20% and 40% had reduced the compressive strength of these concretes, this reduction wasn t proportional to the used replacement level. Indeed samples containing 40% retained 89% of the of the concrete control mix, without replacement, due to its satisfactory pozzolanic activity and filler effect. The dilution of cementitious material by its replacement for RC appears to affect the alkalinity of the studied matrices, reducing its pH´s, which can be an indicative of a major predisposition of these matrices to durability problems due the corrosion of its steel reinforcing / Os produtos à base de cimento Portland possuem um grande potencial de promover soluções para a imobilização de resíduos industriais, as quais, além de serem ecomicamente viáveis, contribuem para o desenvolvimento sustentável das atividades industriais modernas. De fato, vários destes resíduos têm sido utilizados com sucesso em construções no mundo inteiro, sendo a sua grande maioria proveniente da produção de aço e energia. Todavia, a utilização deste tipo de resíduos em regiões de baixa atividade industrial, como o Nordeste do Brasil, pode se tornar economicamente inviável em razão dos custos relativos ao seu transporte. Nesta região em especial, a indústria de cerâmica vermelha é uma das principais atividades industriais e poucas foram a contribuições para o seu crescimento sustentável, embora alguns pesquisadores venham sugerindo que seus resíduos, quando moídos, podem promover melhorias em algumas propriedades de misturas de cimento contendo esta adição. Entretanto, de modo a implementar uma efetiva estratégia para a utilização destes resíduos, um maior número de pesquisas precisa ser efetuado, avaliando o potencial de imobilização destes resíduos em sistemas contendo cimento Portland. Deste modo, a presente pesquisa: investigou o efeito da finura na atividade pozolânica de resíduos de cerâmica vermelha moídos (RC), comparando-os com uma pozolana convencional utilizada pela indústria de cimento (FC); avaliou o efeito da substituição do cimento por RC na reologia, propriedades mecânicas e permeabilidade de argamassas e concretos e na corrosão de armaduras de concretos. Foram moldadas amostras de argamassas e concretos contendo diferentes teores de substituição do cimento por RC (0%, 20% e 40%) em peso. O fator água/aglomerante foi mantido constante (0,5) tanto nas misturas relativas as argamassas (1:1,55), quanto aos concretos (1:1,55:2,19). As amostras foram inicialmente curadas em água em duas temperaturas distintas (ambiente cerca de 23ºC e 55ºC) por 7 dias, em ambiente de laboratório até os 21 dias, e posteriormente imersas nas soluções de teste (água pura e solução salina de NaCl a 3,5%). As composições mineralógicas do RC e da pozolana FC foram obtidas por análise de difração de Raios-X. O cimento utilizado foi o CPII-F 32 (Cimento Portland com Filler com 10% de CaCO3). No tocante aos parâmetros relacionados à estrutura porosa de argamassas e concretos contendo RC, apenas as primeiras apresentaram resultados satisfatórios. Com relação à performance mecânica dos concretos avaliados, embora a substituição parcial do cimento por RC na confecção dos mesmos em teores de 20% e 40% tenha provocado uma redução de sua resistência à compressão simples, esta redução não foi proporcional ao teor de substituição utilizado, haja vista que, amostras contendo 40% de substituição ainda retiveram 89% da resistência das amostras de controle, em razão da satisfatória atividade pozolânica do resíduo além de seu efeito filler. A diluição do cimento em decorrência de sua substituição por RC pareceu afetar a alcalinidade das matrizes estudadas, reduzindo seus pH´s, principalmente em ambientes salinos, o que pode ser um indicativo de uma maior predisposição destas matrizes a problemas de durabilidade em decorrência da corrosão das armaduras envoltas pelas mesmas

A alvenaria estrutural é um dos mais antigos sistemas construtivos existentes. Atualmente estruturas em alvenaria encontram uma vasta aplicação em construções residenciais, sobretudo em obras de interesse social. No entanto, ao contrário das estruturas de concreto, cujo comportamento durante exposição ao fogo e sua resistência residual tem estudos e resultados amplamente disseminados, pouco se sabe a respeito do comportamento de estruturas de alvenaria submetidas à ocorrência de sinistros dessa natureza. Com a intensificação das preocupações acerca da segurança das edificações e de seus usuários em situações de incêndio, faz-se cada vez mais imprescindível o conhecimento do comportamento dos sistemas empregados atualmente na construção civil perante a ação de altas temperaturas. Tendo isso em vista, o presente trabalho teve por objetivo a realização de uma análise dos danos e do comportamento apresentados por amostras de alvenaria com função estrutural ao serem expostas ao aquecimento excessivo. Foram avaliadas nesse estudo paredes de pequenas dimensões executadas com blocos estruturais cerâmicos. Visando simular condições mais próximas da realidade, foram restringidas, com o auxílio de macacos hidráulicos, as laterais das amostras, para que houvesse contenção da dilatação das mesmas. Com o intuito de verificar diferentes tipologias de alvenarias, foram utilizados três blocos distintos: de 14 cm de largura, com resistências de 7 e 10 MPa, e de 19 cm de largura, com 7 MPa de resistência à compressão. Também foram variadas as espessuras das juntas entre as unidades e a argamassa de assentamento das mesmas, a fim de compreender a importância desses fatores para o comportamento das amostras, e, por fim, foram ensaiadas amostras com revestimento na face exposta As miniparedes foram acopladas a um forno de resistências elétricas e submetidas a um aquecimento próximo à curva padrão determinada por norma, até a temperatura máxima de 950ºC, a qual foi mantida pelo período de 4 horas. Foram mensurados, além da temperatura dentro do forno, no interior da parede e na superfície das amostras, os deslocamentos transversais ocorridos durante o ensaio. Também se utilizaram transdutores de deslocamento para verificar a dilatação dos blocos e o esmagamento ou abertura das juntas. Imagens termográficas da face oposta ao aquecimento foram capturadas no decorrer da exposição. Ao final das análises, pôde-se inferir que as miniparedes ensaiadas apresentaram bom desempenho frente à ação das altas temperaturas, mantendo sua estanqueidade, isolamento térmico e resistência mecânica. A restrição lateral não ocasionou desplacamentos dos blocos, no entanto, pôde-se observar transferência de tensão para os mesmos quando utilizadas nas juntas argamassas pouco flexíveis. O deslocamento transversal apresentado pelas amostras indicou deflexão em direção ao forno durante o aquecimento, com posterior reversão do sentido. Tal deflexão foi atenuada pela redução da espessura das juntas, pelo uso de argamassas menos flexíveis e pelo aumento da resistência e largura dos blocos. As alvenarias de 19 cm de largura e, especialmente, as dotadas de revestimento apresentaram melhor desempenho térmico que as demais. / Structural masonry is one of the oldest existing building systems. Nowadays, masonry structures find a wide application in residential constructions, mainly in those with social interest. However, unlike concrete structures, whose behavior during fire exposure and its residual resistance have widely disseminated studies and results, there is a lack of knowledge about the behavior of masonry structures submitted to fire. Because of the spread of concerns about the safety of buildings and their users in fire situations, it becomes essential to know the behavior of the systems currently used in civil construction when exposed to high temperatures. With this in view, the present study intended to analyze the damage and the behavior of structural masonry samples exposed to heating. This study evaluated clay hollow-bricks small walls, and, in order to simulate real conditions, the boundaries of the samples were restrained, with the aid of hydraulic jacks, aiming to restrain the deformation. In order to verify different types of masonry, three different blocks were used: 14 cm wide, with nominal strength of 7 and 10 MPa, and 19 cm wide, with 7 MPa of compressive strength. The thicknesses of the joints and the mortar were also varied, in order to understand the importance of these factors in the behavior of the samples, and, finally, samples were tested with a mono-layer coating at the exposed face. The small walls were coupled to an electrical furnace and subjected to a heating approximately equal to the standard curve, up to the maximum temperature of 950ºC, which was maintained for 4 hours The deflections of the samples during the test were measured, beyond the temperature inside the furnace, in the center of wall and at the non-exposed surface. Clip gages were also used to verify the expansion of the blocks and the crushing or opening of the mortar joints. Thermographic images of the opposite face were captured during the testing. At the end of this research, it was possible to affirm that the walls had good behavior against the high temperatures, maintaining their integrity, thermal insulation and load-bearing capacity. The restriction of the boundaries did not cause the spalling of the blocks, however, it was possible to observe the stress transfer to them in samples with rigid joint mortar. The deflection of the samples increases towards the furnace during the heating, and, then, they show the phenomenon of “reverse bowing”, changing the direction of the displacements. Reducing the thickness and increasing the stiffness of the joint mortars, as well as the increase in block strength and width attenuated such deflection. The masonry 19 cm width and, specially, the ones with coating shows better thermal performance, comparing to the others.

No contexto do crescimento do processo construtivo em alvenaria estrutural, destaca-se o uso do bloco cerâmico consolidado com a criação de sua norma específica de projeto, execução e controle de obras, a NBR 15812, partes 1 e 2 (ABNT, 2010). Desde a difusão da alvenaria estrutural, mudanças nas técnicas construtivas vêm ocorrendo, como por exemplo, o não preenchimento das juntas verticais de assentamento dos blocos. Outra prática que tem sido utilizada é o grauteamento da alvenaria. No entanto, ainda não está estabelecido se o não preenchimento da junta vertical compromete o desempenho da alvenaria ou qual a resistência necessária ao graute para aumentar a resistência da alvenaria. Diante disto, o trabalho objetiva contribuir com o estudo do não preenchimento das juntas verticais avaliando o seu efeito na resistência à compressão e ao cisalhamento de pequenas paredes e também pesquisar a influência do graute em prismas e pequenas paredes submetidos à compressão. Com as análises dos resultados pode-se concluir que o não preenchimento das juntas verticais não exerceu influência nos valores de resistência à compressão e também nos módulos de elasticidade longitudinal das pequenas paredes ensaiadas. No entanto, influenciou significativamente os resultados do ensaio de compressão diagonal para avaliar a resistência ao cisalhamento, apesar do módulo de deformação transversal ter sido considerado equivalente. Os resultados do estudo preliminar em prismas mostraram que a média da resistência à compressão em relação à área bruta do prisma grauteado, utilizando o Graute A e o Graute C, foi equivalente à média do prisma oco. Assim, foi escolhido o Graute A para a confecção de pequenas paredes e prismas. Pode-se concluir com os resultados das pequenas paredes grauteadas que houve um aumento significativo da resistência à compressão em relação à área bruta, mas em relação à área líquida, os valores encontrados foram equivalentes às pequenas paredes ocas. Portanto o aumento na resistência à compressão na pequena parede foi proporcional ao ganho de área dado pelo grauteamento de seus vazios, diferentemente do comportamento observado nos prismas. / In the context of growth of structural masonry construction process, it highlight the use of the ceramic block consolidated with the creation of its specific standard of design, execution and control, the NBR 15812, Parts 1 and 2 (ABNT, 2010). Since the propagation of structural masonry, changes have occurred in the construction techniques, such as don\'t fill the vertical joints of the masonry wall. Another technique that has been used is the grouted masonry. However, it is not yet established if the unfilled vertical joints compromise the performance of masonry or which strength is necessary to the grout to increase the strength of the masonry. Therewith, the paper aims to contribute to the study of unfilled vertical joints by analyzing its effect on compressive strength and shear strength of small walls and also investigate the influence of grout in prisms and small walls under compression. With the analysis of the results we can conclude that do not fill the vertical joints had no influence on the values of compressive strength and elastic modulus of the small walls tested. However, it significantly affects the results of the diagonal compression test to evaluate shear strength, despite the shear elastic modulus being considered equivalent. The results of the preliminary study in prisms showed that the average of the compressive strength in relation to the gross area of the grouted prism using the Grout A and the Grout C were equivalent to the average of hollow prism. Thus, small walls and prisms with the Grout A were made. It can be concluded with the results of grouted small walls that there was a significant increase in compressive strength with respect to the gross area, but in relation to the net area, were similar to the hollow small wall. Therefore the increase in the compressive strength in a small wall is proportional to the gain of the area given by the grout, unlike the behavior observed in the prisms.

A alvenaria estrutural é um dos mais antigos sistemas construtivos existentes. Atualmente estruturas em alvenaria encontram uma vasta aplicação em construções residenciais, sobretudo em obras de interesse social. No entanto, ao contrário das estruturas de concreto, cujo comportamento durante exposição ao fogo e sua resistência residual tem estudos e resultados amplamente disseminados, pouco se sabe a respeito do comportamento de estruturas de alvenaria submetidas à ocorrência de sinistros dessa natureza. Com a intensificação das preocupações acerca da segurança das edificações e de seus usuários em situações de incêndio, faz-se cada vez mais imprescindível o conhecimento do comportamento dos sistemas empregados atualmente na construção civil perante a ação de altas temperaturas. Tendo isso em vista, o presente trabalho teve por objetivo a realização de uma análise dos danos e do comportamento apresentados por amostras de alvenaria com função estrutural ao serem expostas ao aquecimento excessivo. Foram avaliadas nesse estudo paredes de pequenas dimensões executadas com blocos estruturais cerâmicos. Visando simular condições mais próximas da realidade, foram restringidas, com o auxílio de macacos hidráulicos, as laterais das amostras, para que houvesse contenção da dilatação das mesmas. Com o intuito de verificar diferentes tipologias de alvenarias, foram utilizados três blocos distintos: de 14 cm de largura, com resistências de 7 e 10 MPa, e de 19 cm de largura, com 7 MPa de resistência à compressão. Também foram variadas as espessuras das juntas entre as unidades e a argamassa de assentamento das mesmas, a fim de compreender a importância desses fatores para o comportamento das amostras, e, por fim, foram ensaiadas amostras com revestimento na face exposta As miniparedes foram acopladas a um forno de resistências elétricas e submetidas a um aquecimento próximo à curva padrão determinada por norma, até a temperatura máxima de 950ºC, a qual foi mantida pelo período de 4 horas. Foram mensurados, além da temperatura dentro do forno, no interior da parede e na superfície das amostras, os deslocamentos transversais ocorridos durante o ensaio. Também se utilizaram transdutores de deslocamento para verificar a dilatação dos blocos e o esmagamento ou abertura das juntas. Imagens termográficas da face oposta ao aquecimento foram capturadas no decorrer da exposição. Ao final das análises, pôde-se inferir que as miniparedes ensaiadas apresentaram bom desempenho frente à ação das altas temperaturas, mantendo sua estanqueidade, isolamento térmico e resistência mecânica. A restrição lateral não ocasionou desplacamentos dos blocos, no entanto, pôde-se observar transferência de tensão para os mesmos quando utilizadas nas juntas argamassas pouco flexíveis. O deslocamento transversal apresentado pelas amostras indicou deflexão em direção ao forno durante o aquecimento, com posterior reversão do sentido. Tal deflexão foi atenuada pela redução da espessura das juntas, pelo uso de argamassas menos flexíveis e pelo aumento da resistência e largura dos blocos. As alvenarias de 19 cm de largura e, especialmente, as dotadas de revestimento apresentaram melhor desempenho térmico que as demais. / Structural masonry is one of the oldest existing building systems. Nowadays, masonry structures find a wide application in residential constructions, mainly in those with social interest. However, unlike concrete structures, whose behavior during fire exposure and its residual resistance have widely disseminated studies and results, there is a lack of knowledge about the behavior of masonry structures submitted to fire. Because of the spread of concerns about the safety of buildings and their users in fire situations, it becomes essential to know the behavior of the systems currently used in civil construction when exposed to high temperatures. With this in view, the present study intended to analyze the damage and the behavior of structural masonry samples exposed to heating. This study evaluated clay hollow-bricks small walls, and, in order to simulate real conditions, the boundaries of the samples were restrained, with the aid of hydraulic jacks, aiming to restrain the deformation. In order to verify different types of masonry, three different blocks were used: 14 cm wide, with nominal strength of 7 and 10 MPa, and 19 cm wide, with 7 MPa of compressive strength. The thicknesses of the joints and the mortar were also varied, in order to understand the importance of these factors in the behavior of the samples, and, finally, samples were tested with a mono-layer coating at the exposed face. The small walls were coupled to an electrical furnace and subjected to a heating approximately equal to the standard curve, up to the maximum temperature of 950ºC, which was maintained for 4 hours The deflections of the samples during the test were measured, beyond the temperature inside the furnace, in the center of wall and at the non-exposed surface. Clip gages were also used to verify the expansion of the blocks and the crushing or opening of the mortar joints. Thermographic images of the opposite face were captured during the testing. At the end of this research, it was possible to affirm that the walls had good behavior against the high temperatures, maintaining their integrity, thermal insulation and load-bearing capacity. The restriction of the boundaries did not cause the spalling of the blocks, however, it was possible to observe the stress transfer to them in samples with rigid joint mortar. The deflection of the samples increases towards the furnace during the heating, and, then, they show the phenomenon of “reverse bowing”, changing the direction of the displacements. Reducing the thickness and increasing the stiffness of the joint mortars, as well as the increase in block strength and width attenuated such deflection. The masonry 19 cm width and, specially, the ones with coating shows better thermal performance, comparing to the others.

Made available in DSpace on 2016-12-08T15:56:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adilson Schackow.pdf: 13593160 bytes, checksum: 9e12d90fa2d30a305f04c4ad7adb4a6a (MD5) Previous issue date: 2015-07-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The search for sustainable, economic, social and technological development has intensified the study of the use of recycled materials or wastes in order to minimize environmental impacts and also to reduce production costs. In this sense this work aims to develop a methodology for the production of mortars optimized from the point of view of properties and cost, from particulate clay bricks waste (CBW) of red ceramic, as partial replacement of Portland cement. The first part of the study deals with the characterization of the as-prepared ceramic clay masses (CCM) and CBWs from four industries of the northern region of Santa Catarina: Ceramic A and B (Joinville/SC), Ceramic C (Garuva/SC) and Ceramic D (São Bento do Sul/SC). The characterization of ceramic clay masses included XRD, XRF, FTIR, DSC and SEM analyses. The characterization of CBW also included techniques to determine the pozzolanic activity, particle size, surface area (B.E.T.) and density. The consumption of calcium hydroxide (CH) of the cement paste formed with CBW was also measured. After analyzing the characteristics of the CCMs and CBWs it was possible to determine which of the researched sources has the greatest potential for use as a substitute for Portland cement. The results indicated that the CBW from industry B (CBW-B) has greater potential to react with CH, followed by CBWs from industries A, C, and D. Fractional factorial design techniques for the design and analysis of experiments were used to evaluate the performance of each CBW in properties such as consistency and compressive strength (CS) of mortars and determine the influence of these three factors on properties: CBW content in replacement of cement (10, 25 and 40% by weight), water-cement ratios (W/C of 2.50, 2.85 and 3.2) and fineness of the CBW (125, 75 and 45 μm). It could be concluded that the CBW-B had the best performance to compressive strength (4.28 MPa) starting from a consistency index of about 260 mm. This result was obtained for a 14 replacement of 15% of cement by CBW-B, and a W/C of 2.5 (75 μm fineness). It was also possible to identify mixtures with minimized financial costs through numerical optimization. To give sequence to work, the CBW-A was chosen (since it presents results comparable to those of the CBW-B, because the industry A generates the largest amount of waste, and because it leads to a larger usage of waste, which is also interesting from the environmental point of view) to a series of other tests, to evaluate the effect of CBW-A on properties such as: consistency; setting time; water retention; porosity and water absorption; water absorption by capillarity; compressive strength at 28 and 90 days (CS28 and CS90); resistance to sodium chloride and sulfate; natural carbonation and tensile bonding strength. Unlike the factorial design, in the mixtures in this next research stage only the CBW-A content was varied (0, 10, 25 and 40% by weight).The W/C and CBW fineness factors were kept constant. The use of the CBW-A revealed positive effects on several physical properties such as increased water retention, increased CS28 and CS90, and decreased porosity and water absorption. However, it had a negative effect on the durability of the mortars (attack by sulfates), tensile bonding strength and setting time, but not so far as to make it impossible to use. The microstructures of mortars and pastes were also analyzed by SEM images and EDX. The mortars containing CBW-A showed a denser cement matrix due to CH consumption and additional formation of calcium silicate hydrate (C-S-H), evidencing the pozzolanic effect of the waste. Thus, the methodology followed in this work, aimed at identifying optimized mortars containing brick waste, in terms of cost and properties, provided the criteria for the selection of waste and its effects on the properties studied, from the origin to the final product. / A busca pelo desenvolvimento sustentável, econômico, social e tecnológico tem intensificado o estudo da utilização de materiais reciclados ou rejeitos na tentativa de minimizar impactos ambientais e também de reduzir custos de produção. Neste sentido este trabalho tem o objetivo de desenvolver uma metodologia para a produção de argamassas otimizadas, do ponto de vista das propriedades e custo, a partir de rejeitos particulados de tijolos (RPT) de cerâmica vermelha, em substituição parcial ao cimento Portland. A primeira parte do estudo trata da caracterização das massas cerâmicas argilosas in natura (MCA) e dos RPTs de quatro empresas da região norte de Santa Catarina: Cerâmica A e B (Joinville/SC), Cerâmica C (Garuva/SC) e Cerâmica D (São Bento do Sul/SC). A caracterização das massas cerâmicas argilosas in natura foi realizada através das técnicas de DRX, FRX, FTIR, DSC e MEV. Na caracterização dos RPTs utilizaram-se ainda técnicas para determinação da atividade pozolânica, granulometria, área superficial (B.E.T.) e massa específica. O consumo de hidróxido de cálcio (CH) da pasta cimentícia formada com RPTs também foi medido. Após a análise das características das massas cerâmicas argilosas in natura e dos RPTs foi possível determinar qual das fontes pesquisadas de rejeito possui o maior potencial para uso como substituto ao cimento Portland. Os resultados indicaram que o RPT da empresa B (RPT-B) possui maior potencial para reatividade com o CH, seguido pelos RPTs das empresas A, C, e D. Foram utilizadas técnicas de planejamento fatorial fracionado para o projeto e análise dos experimentos para medir o desempenho de cada RPT em propriedades como resistência à compressão (RC) e consistência de argamassas, visando avaliar a influência de três fatores nessas propriedades: teor de RPT em substituição ao cimento (10, 25 e 40 %, em massa), relações água-cimento (W/C, de 2,50, 2,85 e 3,2), e finura do RPT (125, 75 e 45 μm). Pôde-se concluir que o RPT-B obteve o melhor desempenho para resistência à compressão (4,28 MPa) considerando um índice de consistência de cerca de 260 mm. Esse resultado foi encontrado para uma substituição de 15% de 12 cimento por RPT-B, e para um fator W/C de 2,5 (finura de 75 μm). Foi possível também identificar misturas com custo financeiro minimizado a partir de otimização numérica. Para dar sequência ao trabalho, foi escolhido o RPT-A (por apresentar resultados comparáveis com os do RPT-B, porque a empresa A gera a maior quantidade de rejeitos, e porque a sua utilização requer um maior consumo de rejeito, o que também é interessante do ponto de vista ambiental) para uma série de outros ensaios, visando avaliar o efeito do RPT-A em várias propriedades, tais como: consistência; tempo de pega; retenção de água; porosidade aparente e absorção de água; absorção de água por capilaridade; resistência à compressão aos 28 e 90 dias (RC28 e RC90); resistência ao cloreto e ao sulfato de sódio; carbonatação natural e resistência de aderência à tração. Diferentemente das misturas do projeto fatorial, as misturas desta outra fase da pesquisa tiveram apenas o teor de RPT-A variado (0, 10, 25 e 40 %, em massa). Os fatores W/C e finura do RPT permaneceram fixos. O uso do RPT-A revelou efeitos positivos sobre várias propriedades físicas como o aumento da retenção de água, aumento da RC28 e RC90, diminuição da porosidade e da absorção de água. Entretanto, causou um efeito negativo na durabilidade das argamassas (ataque por sulfatos), na aderência e no tempo de pega, mas não ao ponto de inviabilizar o seu uso. As microestruturas das argamassas e pastas também foram analisadas através de imagens MEV e EDS. As argamassas contendo RPT-A apresentaram uma matriz cimentícia mais densa devido ao consumo de CH e a evidenciando o efeito pozolânico do rejeito. Assim, a metodologia desenvolvida neste trabalho, visando a obtenção de argamassas contento rejeitos de tijolos, otimizadas em termos de propriedades e custo, forneceu os critérios para a seleção dos rejeitos e seus efeitos nas propriedades estudadas, desde a origem até o produto final.

A alvenaria estrutural é um dos mais antigos sistemas construtivos existentes. Atualmente estruturas em alvenaria encontram uma vasta aplicação em construções residenciais, sobretudo em obras de interesse social. No entanto, ao contrário das estruturas de concreto, cujo comportamento durante exposição ao fogo e sua resistência residual tem estudos e resultados amplamente disseminados, pouco se sabe a respeito do comportamento de estruturas de alvenaria submetidas à ocorrência de sinistros dessa natureza. Com a intensificação das preocupações acerca da segurança das edificações e de seus usuários em situações de incêndio, faz-se cada vez mais imprescindível o conhecimento do comportamento dos sistemas empregados atualmente na construção civil perante a ação de altas temperaturas. Tendo isso em vista, o presente trabalho teve por objetivo a realização de uma análise dos danos e do comportamento apresentados por amostras de alvenaria com função estrutural ao serem expostas ao aquecimento excessivo. Foram avaliadas nesse estudo paredes de pequenas dimensões executadas com blocos estruturais cerâmicos. Visando simular condições mais próximas da realidade, foram restringidas, com o auxílio de macacos hidráulicos, as laterais das amostras, para que houvesse contenção da dilatação das mesmas. Com o intuito de verificar diferentes tipologias de alvenarias, foram utilizados três blocos distintos: de 14 cm de largura, com resistências de 7 e 10 MPa, e de 19 cm de largura, com 7 MPa de resistência à compressão. Também foram variadas as espessuras das juntas entre as unidades e a argamassa de assentamento das mesmas, a fim de compreender a importância desses fatores para o comportamento das amostras, e, por fim, foram ensaiadas amostras com revestimento na face exposta As miniparedes foram acopladas a um forno de resistências elétricas e submetidas a um aquecimento próximo à curva padrão determinada por norma, até a temperatura máxima de 950ºC, a qual foi mantida pelo período de 4 horas. Foram mensurados, além da temperatura dentro do forno, no interior da parede e na superfície das amostras, os deslocamentos transversais ocorridos durante o ensaio. Também se utilizaram transdutores de deslocamento para verificar a dilatação dos blocos e o esmagamento ou abertura das juntas. Imagens termográficas da face oposta ao aquecimento foram capturadas no decorrer da exposição. Ao final das análises, pôde-se inferir que as miniparedes ensaiadas apresentaram bom desempenho frente à ação das altas temperaturas, mantendo sua estanqueidade, isolamento térmico e resistência mecânica. A restrição lateral não ocasionou desplacamentos dos blocos, no entanto, pôde-se observar transferência de tensão para os mesmos quando utilizadas nas juntas argamassas pouco flexíveis. O deslocamento transversal apresentado pelas amostras indicou deflexão em direção ao forno durante o aquecimento, com posterior reversão do sentido. Tal deflexão foi atenuada pela redução da espessura das juntas, pelo uso de argamassas menos flexíveis e pelo aumento da resistência e largura dos blocos. As alvenarias de 19 cm de largura e, especialmente, as dotadas de revestimento apresentaram melhor desempenho térmico que as demais. / Structural masonry is one of the oldest existing building systems. Nowadays, masonry structures find a wide application in residential constructions, mainly in those with social interest. However, unlike concrete structures, whose behavior during fire exposure and its residual resistance have widely disseminated studies and results, there is a lack of knowledge about the behavior of masonry structures submitted to fire. Because of the spread of concerns about the safety of buildings and their users in fire situations, it becomes essential to know the behavior of the systems currently used in civil construction when exposed to high temperatures. With this in view, the present study intended to analyze the damage and the behavior of structural masonry samples exposed to heating. This study evaluated clay hollow-bricks small walls, and, in order to simulate real conditions, the boundaries of the samples were restrained, with the aid of hydraulic jacks, aiming to restrain the deformation. In order to verify different types of masonry, three different blocks were used: 14 cm wide, with nominal strength of 7 and 10 MPa, and 19 cm wide, with 7 MPa of compressive strength. The thicknesses of the joints and the mortar were also varied, in order to understand the importance of these factors in the behavior of the samples, and, finally, samples were tested with a mono-layer coating at the exposed face. The small walls were coupled to an electrical furnace and subjected to a heating approximately equal to the standard curve, up to the maximum temperature of 950ºC, which was maintained for 4 hours The deflections of the samples during the test were measured, beyond the temperature inside the furnace, in the center of wall and at the non-exposed surface. Clip gages were also used to verify the expansion of the blocks and the crushing or opening of the mortar joints. Thermographic images of the opposite face were captured during the testing. At the end of this research, it was possible to affirm that the walls had good behavior against the high temperatures, maintaining their integrity, thermal insulation and load-bearing capacity. The restriction of the boundaries did not cause the spalling of the blocks, however, it was possible to observe the stress transfer to them in samples with rigid joint mortar. The deflection of the samples increases towards the furnace during the heating, and, then, they show the phenomenon of “reverse bowing”, changing the direction of the displacements. Reducing the thickness and increasing the stiffness of the joint mortars, as well as the increase in block strength and width attenuated such deflection. The masonry 19 cm width and, specially, the ones with coating shows better thermal performance, comparing to the others.