O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia que possibilita a obtenção de uma linha de concretos auto-adensáveis de alta resistência, econômicos e com reduzido impacto ambiental quando comparados com os concretos correntes. Para atingir estes resultados foram estabelecidos critérios de dosagem e de produção visando à sinergia entre os materiais constituintes do concreto. Foram pesquisados métodos de empacotamento dos agregados e adições minerais, estudada a interação entre o aditivo superplastificante e os materiais cimentícios e a incorporação de fibras de lã-de-rocha ou poliamida. Os concretos com matriz densa sob efeito de temperaturas elevadas tendem a sofrer lascamentos explosivos. Diante disso foi verificado o comportamento de corpos de prova e os resultados indicaram a importância da adição da fibra de poliamida nessa condição, onde o concreto resistiu a uma temperatura de 400ºC. Ensaios de resistência à abrasão indicaram que a fibra de lã-de-rocha melhora essa propriedade do concreto e, como esperado, essa adição não inibe o lascamento explosivo do concreto. Também foram determinadas as propriedades mecânicas dos concretos e concluiu-se que é possível o emprego de um concreto estrutural auto-adensável com consumo de cimento Portland da ordem de 325 kg/\'M POT.3\', fc7 = 53 MPa, fc28 = 71 MPa e Ec28 = 43 GPa. Devido à ação das adições minerais, estes concretos atingiram uma grande reserva de resistência à compressão após a idade de referência de 28 dias, obtendo-se 89 MPa aos 131 dias de idade. A densificação da pasta hidratada, a melhoria da zona de interface desta com os agregados, além da fissuração reduzida decorrente do baixo consumo de cimento e da adição de fibras indicam que este material tem desempenho superior ao prescrito pela NBR 6118 para as diversas classes de agressividade ambiental e de resistência. / The aim of this work is to show a methodology that allows to realize a set of high strength self-consolidating concrete, economic and with lower environmental impact when compared with current concretes. To get these results, criteria for production and mix design had been established aiming at to synergy between constituent materials of the concrete. Methods of particles packing (aggregates and mineral additions), the interaction between the superplasticizer and cementitious materials and the fiber incorporation were researched. The concretes with dense matrix under effect of high temperatures are susceptible to explosive spalling. In this situation, concretes were evaluated by testing cylindrical specimens and results evidenced the importance of the polyamide fiber when the concrete supported 400ºC. Tests of abrasion resistance indicated a good application for the wool-of-rock fiber, but this material not avoids explosive spalling. The mechanical properties of the concretes were determined and show that is possible to product a self consolidate concrete with low cement content (325 kg/\'M POT.3\'), fc7 = 53 MPa, fc28 = 71 MPa and Ec28 = 43 GPa. Due to action of the mineral additions, these concretes had a great reserve of compressive strength after the age of reference of 28 days and achieved 89 MPa at 131 days of age. The high density cement paste, the improvement of the matrix-aggregate interfacial zone and the reduced cracking due to the low cement content and the fibre addition indicate that these materials has superior performance to those prescribed for the NBR 6118 for diverse strength classes and aggressive environmental exposure.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a confecção de concretos estruturais com baixo consumo de cimento Portland e avalia algumas das suas propriedades no estado fresco e endurecido, tanto em termos mecânicos como de durabilidade. O uso de concretos de baixo consumo de cimento Portland tem por objetivo possibilitar maior sustentabilidade da indústria da construção baseada no concreto, como maior longevidade de jazidas, reduções na emissão de \'CO IND.2\' e no consumo de energia e menores custos de transporte. Possibilita também diversas melhorias técnicas, como menor retração, fissuração e calor de hidratação. Com base em conceitos de empacotamento e dispersão de partículas, uso de adições minerais e fílers e escolha adequada dos materiais, obtiveram-se concretos com baixo consumo de cimento e alta resistência, com consumo relativo de materiais aglomerantes inferior a 5 kg/\'M POT.3\' para produzir 1 MPa de resistência à compressão. Avaliaram-se diversos parâmetros relacionados à durabilidade destes concretos com base em ensaios de absorção de água por imersão, absorção de água por capilaridade, permeabilidade, abrasão, carbonatação e potencial de corrosão. Os resultados obtidos indicam que os concretos de baixo consumo de cimento obtidos podem ter durabilidade comparável ou até superior a concretos usualmente considerados como de bom desempenho. Observou-se que a durabilidade é dependente do tipo de cimento empregado e que deve ser avaliada especificamente com relação ao tipo de ação agressiva a que o concreto estará exposto. / This dissertation presents a study on the development of structural concrete with low Portland cement consumption and evaluates some of its fresh and hardened properties, in mechanical and durability terms. The use of low concrete Portland cement consumption is intended to enable greater sustainability of the construction industry based on concrete, as increased longevity of deposits, reductions in \'CO IND.2\' emissions and energy consumption and lower transportation costs. It also allows several technical improvements, such as reduced shrinkage, cracking and hydration heat. Based on particle packaging and dispersion, use of mineral additives and fillers and appropriate choice of material, concrete with low cement content and high strength was obtained, with relative consumption of binder materials below 5 kg/\'M POT.3\' to produce 1 MPa compressive strength. Various durability parameters were evaluated based on tests such water absorption by immersion, water absorption by capillarity, permeability, abrasion, corrosion potential and carbonation. The results indicate that the low cement consumption concretes may have achieved comparable or superior durability to concrete usually regarded as good performance. It was observed that the durability is dependent on the type of cement used and that durability should be assessed specifically with regard to the type of aggressive action that the concrete will be exposed.

Submitted by Caroline Periotto (carol@ufscar.br) on 2016-09-21T19:41:59Z No. of bitstreams: 1 DissLSB.pdf: 3925370 bytes, checksum: 7ddbdbe82689da0dc8671987f57082c9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-23T18:30:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLSB.pdf: 3925370 bytes, checksum: 7ddbdbe82689da0dc8671987f57082c9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-23T18:30:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLSB.pdf: 3925370 bytes, checksum: 7ddbdbe82689da0dc8671987f57082c9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-23T18:30:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLSB.pdf: 3925370 bytes, checksum: 7ddbdbe82689da0dc8671987f57082c9 (MD5) Previous issue date: 2016-04-01 / Não recebi financiamento / This paper presents an analysis of the development of self-compacting concrete with low consumption of Portland cement, and evaluates some of its properties in fresh and hardened state ( mechanical properties ). The production of concrete with low consumption of Portland cement of the concept of providing more sustainable construction based on the concrete industry, as increased longevity of raw materials deposits, reducing CO2 emissions and energy consumption and lower cost transport. It provides various technical improvements such as lower heat of hydration, shrinkage and cracking. Based on packaging concepts and particle dispersion suitable choice of materials and the use of mineral fílers and admixtures, there was obtained concrete with low consumption of cement and high strength, with a relative consumption of binder materials less than 5 kg / m³ to produce 1 MPa compressive strength. This research is characterized as a theoretical-experimental model, which were researched packaging methods of aggregates and mineral additions, studied the interaction between superplasticizer and cementitious materials, seeking a considerable reduction in cement content in mixtures of self-compacting concrete. Therefore, we used the dosage methodology presented by Gomes (2002) and also have certain mechanical properties of concrete and it is concluded by the results, the use of a structural concrete self-compacting with Portland cement consumption can reduced. / Este trabalho apresenta uma análise sobre a elaboração de concretos autoadensáveis com baixo consumo de cimento Portland, e avalia algumas das suas propriedades no estado fresco e endurecido (propriedades mecânicas). A confecção de concretos com baixo consumo de cimento Portland parte do conceito de possibilitar maior sustentabilidade da indústria da construção civil baseada no concreto, como maior longevidade das jazidas de matérias-primas, redução da emissão de CO2 e no consumo de energia e menores custos de transportes. Proporciona diversas melhorias técnicas, como menor calor de hidratação, retração e fissuração. Fundamentado em conceitos de empacotamento e dispersão de partículas, escolha adequada dos materiais e uso de adições minerais e fíleres, obtiveram-se concretos com baixo consumo de cimento e alta resistência, com consumo relativo de materiais aglomerantes inferior a 5 kg/m³ para produzir 1 MPa de resistência à compressão. Esta pesquisa caracteriza-se como um modelo teórico-experimental, onde foram pesquisados métodos de empacotamento dos agregados e adições minerais, estudada a interação entre o aditivo superplastificante e os materiais cimentícios, buscando uma redução considerável do teor de cimento nas misturas de concretos autoadensáveis. Diante disso, utilizou-se a metodologia de dosagem apresentada por Gomes (2002) e também foram determinadas as propriedades mecânicas dos concretos e conclui-se, mediante aos resultados obtidos, que é possível o emprego de um concreto estrutural autoadensável com consumo de cimento Portland reduzido.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a confecção de concretos estruturais com baixo consumo de cimento Portland e avalia algumas das suas propriedades no estado fresco e endurecido, tanto em termos mecânicos como de durabilidade. O uso de concretos de baixo consumo de cimento Portland tem por objetivo possibilitar maior sustentabilidade da indústria da construção baseada no concreto, como maior longevidade de jazidas, reduções na emissão de \'CO IND.2\' e no consumo de energia e menores custos de transporte. Possibilita também diversas melhorias técnicas, como menor retração, fissuração e calor de hidratação. Com base em conceitos de empacotamento e dispersão de partículas, uso de adições minerais e fílers e escolha adequada dos materiais, obtiveram-se concretos com baixo consumo de cimento e alta resistência, com consumo relativo de materiais aglomerantes inferior a 5 kg/\'M POT.3\' para produzir 1 MPa de resistência à compressão. Avaliaram-se diversos parâmetros relacionados à durabilidade destes concretos com base em ensaios de absorção de água por imersão, absorção de água por capilaridade, permeabilidade, abrasão, carbonatação e potencial de corrosão. Os resultados obtidos indicam que os concretos de baixo consumo de cimento obtidos podem ter durabilidade comparável ou até superior a concretos usualmente considerados como de bom desempenho. Observou-se que a durabilidade é dependente do tipo de cimento empregado e que deve ser avaliada especificamente com relação ao tipo de ação agressiva a que o concreto estará exposto. / This dissertation presents a study on the development of structural concrete with low Portland cement consumption and evaluates some of its fresh and hardened properties, in mechanical and durability terms. The use of low concrete Portland cement consumption is intended to enable greater sustainability of the construction industry based on concrete, as increased longevity of deposits, reductions in \'CO IND.2\' emissions and energy consumption and lower transportation costs. It also allows several technical improvements, such as reduced shrinkage, cracking and hydration heat. Based on particle packaging and dispersion, use of mineral additives and fillers and appropriate choice of material, concrete with low cement content and high strength was obtained, with relative consumption of binder materials below 5 kg/\'M POT.3\' to produce 1 MPa compressive strength. Various durability parameters were evaluated based on tests such water absorption by immersion, water absorption by capillarity, permeability, abrasion, corrosion potential and carbonation. The results indicate that the low cement consumption concretes may have achieved comparable or superior durability to concrete usually regarded as good performance. It was observed that the durability is dependent on the type of cement used and that durability should be assessed specifically with regard to the type of aggressive action that the concrete will be exposed.

O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia que possibilita a obtenção de uma linha de concretos auto-adensáveis de alta resistência, econômicos e com reduzido impacto ambiental quando comparados com os concretos correntes. Para atingir estes resultados foram estabelecidos critérios de dosagem e de produção visando à sinergia entre os materiais constituintes do concreto. Foram pesquisados métodos de empacotamento dos agregados e adições minerais, estudada a interação entre o aditivo superplastificante e os materiais cimentícios e a incorporação de fibras de lã-de-rocha ou poliamida. Os concretos com matriz densa sob efeito de temperaturas elevadas tendem a sofrer lascamentos explosivos. Diante disso foi verificado o comportamento de corpos de prova e os resultados indicaram a importância da adição da fibra de poliamida nessa condição, onde o concreto resistiu a uma temperatura de 400ºC. Ensaios de resistência à abrasão indicaram que a fibra de lã-de-rocha melhora essa propriedade do concreto e, como esperado, essa adição não inibe o lascamento explosivo do concreto. Também foram determinadas as propriedades mecânicas dos concretos e concluiu-se que é possível o emprego de um concreto estrutural auto-adensável com consumo de cimento Portland da ordem de 325 kg/\'M POT.3\', fc7 = 53 MPa, fc28 = 71 MPa e Ec28 = 43 GPa. Devido à ação das adições minerais, estes concretos atingiram uma grande reserva de resistência à compressão após a idade de referência de 28 dias, obtendo-se 89 MPa aos 131 dias de idade. A densificação da pasta hidratada, a melhoria da zona de interface desta com os agregados, além da fissuração reduzida decorrente do baixo consumo de cimento e da adição de fibras indicam que este material tem desempenho superior ao prescrito pela NBR 6118 para as diversas classes de agressividade ambiental e de resistência. / The aim of this work is to show a methodology that allows to realize a set of high strength self-consolidating concrete, economic and with lower environmental impact when compared with current concretes. To get these results, criteria for production and mix design had been established aiming at to synergy between constituent materials of the concrete. Methods of particles packing (aggregates and mineral additions), the interaction between the superplasticizer and cementitious materials and the fiber incorporation were researched. The concretes with dense matrix under effect of high temperatures are susceptible to explosive spalling. In this situation, concretes were evaluated by testing cylindrical specimens and results evidenced the importance of the polyamide fiber when the concrete supported 400ºC. Tests of abrasion resistance indicated a good application for the wool-of-rock fiber, but this material not avoids explosive spalling. The mechanical properties of the concretes were determined and show that is possible to product a self consolidate concrete with low cement content (325 kg/\'M POT.3\'), fc7 = 53 MPa, fc28 = 71 MPa and Ec28 = 43 GPa. Due to action of the mineral additions, these concretes had a great reserve of compressive strength after the age of reference of 28 days and achieved 89 MPa at 131 days of age. The high density cement paste, the improvement of the matrix-aggregate interfacial zone and the reduced cracking due to the low cement content and the fibre addition indicate that these materials has superior performance to those prescribed for the NBR 6118 for diverse strength classes and aggressive environmental exposure.

A maior parte das emissões de CO2 do concreto origina-se na produção do cimento. A estratégia tradicional de minimização da pegada de CO2 tem privilegiado o grau de substituição do clínquer. O trabalho examina o impacto dessa estratégia e também a influência da escolha do fornecedor de cimento sob a ótica de sua matriz energética, a variação do consumo de cimento para concretos de mesma resistência e do desvio padrão do processo produtivo de acordo com o controle do processo de produção do concreto. O método de trabalho inclui dados de revisão bibliográfica, normalização técnica e dados de central de concreto. A estratégia tradicional de escolha do tipo de cimento baseando-se em seu teor de clínquer mostra-se incompleta, pois há uma grande variação e sobreposição dos teores de clínquer permitidos nas normas técnicas brasileiras. No momento atual estima-se que a indústria cimenteira nacional utilize praticamente toda a escória de alto forno gerada no país e a quase totalidade das cinzas de melhor qualidade. Dessa forma, aumentando a demanda de cimento, a produção de clínquer aumenta, e o teor de adições no clínquer diminui dentro das extensas faixas permitidas pelas normas técnicas. Nesse cenário, a seleção de um tipo de cimento em detrimento de outro pode reduzir o impacto de uma obra específica, embora não traga necessariamente benefícios ambientais para o país. A troca da matriz energética por carvão vegetal de madeira de florestas plantadas pode minimizar a parcela de emissões provenientes de combustíveis do cimento, diminuindo a emissão de 350 kg para 10 kg de CO2 por tonelada de clínquer produzida. A eficiência do processo de formulação do concreto apresenta grande potencial para diminuir a quantidade de cimento utilizada no concreto, diminuindo, assim, as emissões totais de CO2 do concreto. Os dados levantados apontam uma variação de consumo de cimento de mais de 100% para concretos de mesma resistência. A influência do desvio padrão das condições de produção apresenta potencial menor para a diminuição das emissões, diminuindo no máximo 13% o consumo de cimento no concreto. A combinação das quatro estratégias estudadas demonstra a complexidade da emissão do concreto e o grande potencial para mitigar suas emissões de CO2. A necessidade de informações específicas sobre a emissão dos cimentos, seu teor de clínquer e sua matriz energética, uma técnica de dosagem otimizada e um controle das condições de produção do concreto demonstram que há, tanto para fornecedores de matérias primas do concreto quanto para os usuários e produtores do concreto, muito a ser feito para minimizar as emissões deste material tão consumido. / Most of concretes CO2 emissions originate from cement production. The traditional strategy for minimizing the CO2 footprint of concrete has favored the degree of clinker replacement. This paper examines the impact of this strategy and also the influence of the choice of the cement supplier based on the fuel composition in cement production, the variation of cement usage in concretes of the same strength and the standard deviation of the production process of concrete based on the control of its production process. The method of work uses data from literature, technical standards and data from a concrete central. The traditional strategy of the choice of cement type based on its clinker content is insufficient due to the extensive and overlapping clinker content range of different cement types allowed in Brazilian technical standards. At the present time, it is estimated that the cement industry utilizes all of the blast furnace slag generated in the country and nearly all quality fly ash. Consequently, if there is an increase in the demand for cement, there is an increase in clinker production, and the rate of additions to the clinker decreases, respecting the extensive limits permitted by technical standards. In this scenario, the selection of blast furnace slag cement and fly ash cement does not necessarily offer environmental benefits to the country as a whole and does not demonstrate a global impact, despite the possibility of benefiting specific construction sites. The substitution of the fuel mix for coal from planted forest wood can lower the portion of cement emissions due to fuel burning from 350 kg to 10 kg of CO2 per tonne of clinker produced. The efficiency of the concrete mix formulation shows great potential to lower the amount of cement usage in concrete, thus lowering the total CO2 emissions of concrete. The data presented point to a variation of more than 100% of cement content in concretes of the same strength. The influence of the standard deviation of the production process shows smaller impact on lowering concrete CO2 emissions shows that there is a maximum potential of 13% of lowering cement content in concrete. The combination of the four strategies studied demonstrates the complexity of concretes emissions and the great potential for mitigating its CO2 emissions. The need for information on cements specific emissions, its clinker content and fuel mix, the concrete mix formulation and the variability of the production process of concrete show that there is, for concrete raw material suppliers as well as concrete producers and users, a lot to be done to minimize the emissions of this widely consumed material.

A maior parte das emissões de CO2 do concreto origina-se na produção do cimento. A estratégia tradicional de minimização da pegada de CO2 tem privilegiado o grau de substituição do clínquer. O trabalho examina o impacto dessa estratégia e também a influência da escolha do fornecedor de cimento sob a ótica de sua matriz energética, a variação do consumo de cimento para concretos de mesma resistência e do desvio padrão do processo produtivo de acordo com o controle do processo de produção do concreto. O método de trabalho inclui dados de revisão bibliográfica, normalização técnica e dados de central de concreto. A estratégia tradicional de escolha do tipo de cimento baseando-se em seu teor de clínquer mostra-se incompleta, pois há uma grande variação e sobreposição dos teores de clínquer permitidos nas normas técnicas brasileiras. No momento atual estima-se que a indústria cimenteira nacional utilize praticamente toda a escória de alto forno gerada no país e a quase totalidade das cinzas de melhor qualidade. Dessa forma, aumentando a demanda de cimento, a produção de clínquer aumenta, e o teor de adições no clínquer diminui dentro das extensas faixas permitidas pelas normas técnicas. Nesse cenário, a seleção de um tipo de cimento em detrimento de outro pode reduzir o impacto de uma obra específica, embora não traga necessariamente benefícios ambientais para o país. A troca da matriz energética por carvão vegetal de madeira de florestas plantadas pode minimizar a parcela de emissões provenientes de combustíveis do cimento, diminuindo a emissão de 350 kg para 10 kg de CO2 por tonelada de clínquer produzida. A eficiência do processo de formulação do concreto apresenta grande potencial para diminuir a quantidade de cimento utilizada no concreto, diminuindo, assim, as emissões totais de CO2 do concreto. Os dados levantados apontam uma variação de consumo de cimento de mais de 100% para concretos de mesma resistência. A influência do desvio padrão das condições de produção apresenta potencial menor para a diminuição das emissões, diminuindo no máximo 13% o consumo de cimento no concreto. A combinação das quatro estratégias estudadas demonstra a complexidade da emissão do concreto e o grande potencial para mitigar suas emissões de CO2. A necessidade de informações específicas sobre a emissão dos cimentos, seu teor de clínquer e sua matriz energética, uma técnica de dosagem otimizada e um controle das condições de produção do concreto demonstram que há, tanto para fornecedores de matérias primas do concreto quanto para os usuários e produtores do concreto, muito a ser feito para minimizar as emissões deste material tão consumido. / Most of concretes CO2 emissions originate from cement production. The traditional strategy for minimizing the CO2 footprint of concrete has favored the degree of clinker replacement. This paper examines the impact of this strategy and also the influence of the choice of the cement supplier based on the fuel composition in cement production, the variation of cement usage in concretes of the same strength and the standard deviation of the production process of concrete based on the control of its production process. The method of work uses data from literature, technical standards and data from a concrete central. The traditional strategy of the choice of cement type based on its clinker content is insufficient due to the extensive and overlapping clinker content range of different cement types allowed in Brazilian technical standards. At the present time, it is estimated that the cement industry utilizes all of the blast furnace slag generated in the country and nearly all quality fly ash. Consequently, if there is an increase in the demand for cement, there is an increase in clinker production, and the rate of additions to the clinker decreases, respecting the extensive limits permitted by technical standards. In this scenario, the selection of blast furnace slag cement and fly ash cement does not necessarily offer environmental benefits to the country as a whole and does not demonstrate a global impact, despite the possibility of benefiting specific construction sites. The substitution of the fuel mix for coal from planted forest wood can lower the portion of cement emissions due to fuel burning from 350 kg to 10 kg of CO2 per tonne of clinker produced. The efficiency of the concrete mix formulation shows great potential to lower the amount of cement usage in concrete, thus lowering the total CO2 emissions of concrete. The data presented point to a variation of more than 100% of cement content in concretes of the same strength. The influence of the standard deviation of the production process shows smaller impact on lowering concrete CO2 emissions shows that there is a maximum potential of 13% of lowering cement content in concrete. The combination of the four strategies studied demonstrates the complexity of concretes emissions and the great potential for mitigating its CO2 emissions. The need for information on cements specific emissions, its clinker content and fuel mix, the concrete mix formulation and the variability of the production process of concrete show that there is, for concrete raw material suppliers as well as concrete producers and users, a lot to be done to minimize the emissions of this widely consumed material.