O sistema de distribuição de ar comumente utilizado em cabines de aeronaves consiste no insuflamento de ar na parte superior e retorno na parte inferior, com mistura do ar na cabine. Devido à sua característica de mistura, este sistema pode dispersar doenças infecciosas pelo ar na cabine. A eclosão mundial do vírus SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) em 2003 demonstrou que a disseminação de contaminantes aéreos ainda é um evento não controlável, uma vez que foi rapidamente difundido mundo afora, principalmente porque pessoas infectadas viajaram de avião para cidades distantes. Fatos como esses têm motivado governos, empresas e instituições de pesquisa a investirem fortemente em pesquisa e desenvolvimento. Novos sistemas de ventilação e distribuição de ar em aeronaves, baseados em sistemas de ventilação por deslocamento e de distribuição de ar pelo piso, estão começando a ser testados. Neste contexto, no presente trabalho foi realizada análise experimental da dispersão de partículas expiratórias em cabine de aeronave, considerando diferentes arquiteturas de distribuição de ar, em mock-up de 12 lugares, utilizando gerador e contadores de partículas. Os ensaios foram realizados para três arquiteturas de distribuição de ar: sistema de ventilação por mistura (MV), sistema de distribuição de ar pelo piso (UFAD) e sistema pelo piso modificado (UFAD modificado), com a mesma vazão de ar de insuflamento em duas condições de temperatura do ar insuflado na cabine: 18 e 22°C. E com geração de partículas em dois pontos da cabine: perto da fuselagem e perto do corredor. As partículas foram geradas e medidas na altura da zona de respiração, a 1,10 m do piso. Os resultados mostram que o ponto de geração de partículas, bem como a temperatura do ar insuflado na cabine, tem grande influência na dispersão e na concentração de partículas ao longo da cabine. Uma menor temperatura do ar na cabine favorece a formação de plumas térmicas junto aos passageiros, aumentando a eficiência na remoção de partículas da cabine. O sistema UFAD apresentou a menor dispersão e a maior eficiência na remoção de partículas expiratórias da cabine, mostrando-se promissor para utilização também em cabines de aeronaves. O aumento na remoção de partículas expiratórias de 3 a 5 m, do sistema UFAD com relação ao sistema convencional MV, foi de até 63,4%. / The air distribution system commonly used in aircraft cabins consists the air insufflations at the top of the cabin with return of the air at the bottom, with mixing air within the cabin. Due to this mixing characteristic, this system can disperse infectious diseases through the cabin air. The global outbreak of SARS virus (Severe Acute Respiratory Syndrome) in 2003 showed that the spread of airborne contaminants is still an uncontrollable event, since it was quickly spread around the world, mainly because infected people who traveled by plane to distant cities. Facts like these have motivated governments, companies and research institutions to invest heavily in research and development. New ventilation systems and air distribution aircraft based on displacement ventilation systems and underfloor air distribution are beginning to be tested. In this context, the present work was made an experimental analysis of the expiratory particles dispersion in aircraft cabins considering different air distribution architectures in a mock- up containing 12 seats, using a generator and a particle counter. The experiments were performed in three architectures air distribution: mixing ventilation system (MV), underfloor air distribution (UFAD) and the underfloor air distribution modified (UFAD modified), all of them with the same air supply rate, considering two air supply temperature conditions: 18 and 22°C. And particle generation at two points of the cabin: near the fuselage and near the aisle. The particles were generated and measured in the breathing zone, 1,10 m from the floor. The results show that the point of generation of particles, and the air supply temperature, have great influence on the dispersion and particle concentration throughout the cabin. A lower air temperature in the cab favors the formation of thermal plumes within the passengers, increasing the efficiency in removing particles from the cabin. The UFAD system had the lowest dispersion and greater efficiency in removing expiratory particles from the cabin, being promising also for its use in aircraft cabins. The increase in expiratory removal of particles from 3 to 5 microns UFAD system with respect to conventional MV was up to 63.4%.

Cabines de aeronaves vêm sendo desenvolvidas de modo a tornar o ambiente a bordo mais aceitável e confortável para os seus usuários. No presente trabalho, a influência de sistema de ventilação personalizada instalado na poltrona na dispersão de partículas expiratórias foi estudada em um mock-up de 12 lugares, que reproduz o interior de uma aeronave comercial com quatro poltronas por fileira. Os ensaios foram realizados com temperatura do ar insuflado na cabine a 18°C, correspondendo a uma leve sensação de frio, e temperatura do ar insuflado pelo sistema personalizado a 24°C com vazão de 3,0 l/s. As partículas simulando uma pessoa espirrando foram injetadas em dois pontos no fundo da cabine, respectivamente, na poltrona próxima da fuselagem e naquela perto do corredor, a 1,10m do piso, que corresponde à região de respiração. A contagem de partículas foi realizada nos assentos da fileira imediatamente à frente do ponto de injeção das partículas, ou seja, na fileira do meio do mock-up, onde se encontra instalado o sistema de ventilação personalizada, respectivamente, na poltrona próxima da fuselagem e naquela perto do corredor. Medições para o mapeamento dos perfis de temperaturas e de velocidades do ar também foram realizadas. Os resultados mostraram que a dispersão de partículas sofre forte influência do sistema de ventilação personalizada e do ponto de injeção de partículas. A quantidade de partículas expiratórias na cabine sempre foi maior quando a injeção foi feita pelo assento junto ao corredor. Isto ocorre devido ao sistema de ventilação por mistura da cabine, com exaustão do ar pela parte inferior próximo da fuselagem. O sistema personalizado avaliado no assento próximo da fuselagem e junto do corredor foi capaz de reduzir, respectivamente, em 40% e 65% a quantidade de partículas expiratórias na zona de respiração dos ocupantes destas poltronas. Adicionalmente, quando o sistema personalizado está funcionando junto ao corredor, a redução das partículas em toda a fileira é de quase 60% em comparação ao sistema personalizado desligado. / Aircraft cabins have been developed in order to make the onboard environment more acceptable and comfortable for their users. In the present work, the influence of a personalized ventilation system installed on the armchair in the dispersion of expiratory particles was studied in a 12-seat mock-up, which reproduces the interior of a commercial aircraft with four seats per row. The tests were performed with inlet air temperature into the cabin at 18°C, corresponding to a slight cold sensation, and inlet air temperature of the customized system at 24°C with a flow rate of 3.0 l/s. Particles simulating a person sneezing were injected at two points in the bottom of the cabin, respectively, in the seat near the fuselage and in the one near the corridor, 1.10m from the floor, which corresponds to the breathing zone. Particle counting was carried out in the row seats immediately in front of the particles\' injection point, i.e. in the middle row of the mock-up, where the custom ventilation system is installed, respectively, in the seat near the fuselage and in that one near the aisle. Measurements for the mapping of temperature and air velocities profiles were also performed. The results showed that the particle dispersion is strongly influenced by the custom ventilation system and the particle injection point. The amount of expiratory particles in the cabin was always greater when the injection was done by the seat near the aisle. This occurs due to the mixing ventilation system of cabin, with air exhaust located nearby the fuselage low part. The personalized ventilation evaluated on the fuselage seat and the aisle seat was able to reduce by 40% and 65%, respectively, the amount of expiratory particles in the breathing zone in these seats. Moreover, when the custom system is working along the corridor, the particle reduction across the row is nearly 60% less compared to the custom system, when it is off.

Cabines de aeronaves vêm sendo desenvolvidas de modo a tornar o ambiente a bordo mais aceitável e confortável para os seus usuários. No presente trabalho, a influência de sistema de ventilação personalizada instalado na poltrona na dispersão de partículas expiratórias foi estudada em um mock-up de 12 lugares, que reproduz o interior de uma aeronave comercial com quatro poltronas por fileira. Os ensaios foram realizados com temperatura do ar insuflado na cabine a 18°C, correspondendo a uma leve sensação de frio, e temperatura do ar insuflado pelo sistema personalizado a 24°C com vazão de 3,0 l/s. As partículas simulando uma pessoa espirrando foram injetadas em dois pontos no fundo da cabine, respectivamente, na poltrona próxima da fuselagem e naquela perto do corredor, a 1,10m do piso, que corresponde à região de respiração. A contagem de partículas foi realizada nos assentos da fileira imediatamente à frente do ponto de injeção das partículas, ou seja, na fileira do meio do mock-up, onde se encontra instalado o sistema de ventilação personalizada, respectivamente, na poltrona próxima da fuselagem e naquela perto do corredor. Medições para o mapeamento dos perfis de temperaturas e de velocidades do ar também foram realizadas. Os resultados mostraram que a dispersão de partículas sofre forte influência do sistema de ventilação personalizada e do ponto de injeção de partículas. A quantidade de partículas expiratórias na cabine sempre foi maior quando a injeção foi feita pelo assento junto ao corredor. Isto ocorre devido ao sistema de ventilação por mistura da cabine, com exaustão do ar pela parte inferior próximo da fuselagem. O sistema personalizado avaliado no assento próximo da fuselagem e junto do corredor foi capaz de reduzir, respectivamente, em 40% e 65% a quantidade de partículas expiratórias na zona de respiração dos ocupantes destas poltronas. Adicionalmente, quando o sistema personalizado está funcionando junto ao corredor, a redução das partículas em toda a fileira é de quase 60% em comparação ao sistema personalizado desligado. / Aircraft cabins have been developed in order to make the onboard environment more acceptable and comfortable for their users. In the present work, the influence of a personalized ventilation system installed on the armchair in the dispersion of expiratory particles was studied in a 12-seat mock-up, which reproduces the interior of a commercial aircraft with four seats per row. The tests were performed with inlet air temperature into the cabin at 18°C, corresponding to a slight cold sensation, and inlet air temperature of the customized system at 24°C with a flow rate of 3.0 l/s. Particles simulating a person sneezing were injected at two points in the bottom of the cabin, respectively, in the seat near the fuselage and in the one near the corridor, 1.10m from the floor, which corresponds to the breathing zone. Particle counting was carried out in the row seats immediately in front of the particles\' injection point, i.e. in the middle row of the mock-up, where the custom ventilation system is installed, respectively, in the seat near the fuselage and in that one near the aisle. Measurements for the mapping of temperature and air velocities profiles were also performed. The results showed that the particle dispersion is strongly influenced by the custom ventilation system and the particle injection point. The amount of expiratory particles in the cabin was always greater when the injection was done by the seat near the aisle. This occurs due to the mixing ventilation system of cabin, with air exhaust located nearby the fuselage low part. The personalized ventilation evaluated on the fuselage seat and the aisle seat was able to reduce by 40% and 65%, respectively, the amount of expiratory particles in the breathing zone in these seats. Moreover, when the custom system is working along the corridor, the particle reduction across the row is nearly 60% less compared to the custom system, when it is off.

O sistema de distribuição de ar comumente utilizado em cabines de aeronaves consiste no insuflamento de ar na parte superior e retorno na parte inferior, com mistura do ar na cabine. Devido à sua característica de mistura, este sistema pode dispersar doenças infecciosas pelo ar na cabine. A eclosão mundial do vírus SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) em 2003 demonstrou que a disseminação de contaminantes aéreos ainda é um evento não controlável, uma vez que foi rapidamente difundido mundo afora, principalmente porque pessoas infectadas viajaram de avião para cidades distantes. Fatos como esses têm motivado governos, empresas e instituições de pesquisa a investirem fortemente em pesquisa e desenvolvimento. Novos sistemas de ventilação e distribuição de ar em aeronaves, baseados em sistemas de ventilação por deslocamento e de distribuição de ar pelo piso, estão começando a ser testados. Neste contexto, no presente trabalho foi realizada análise experimental da dispersão de partículas expiratórias em cabine de aeronave, considerando diferentes arquiteturas de distribuição de ar, em mock-up de 12 lugares, utilizando gerador e contadores de partículas. Os ensaios foram realizados para três arquiteturas de distribuição de ar: sistema de ventilação por mistura (MV), sistema de distribuição de ar pelo piso (UFAD) e sistema pelo piso modificado (UFAD modificado), com a mesma vazão de ar de insuflamento em duas condições de temperatura do ar insuflado na cabine: 18 e 22°C. E com geração de partículas em dois pontos da cabine: perto da fuselagem e perto do corredor. As partículas foram geradas e medidas na altura da zona de respiração, a 1,10 m do piso. Os resultados mostram que o ponto de geração de partículas, bem como a temperatura do ar insuflado na cabine, tem grande influência na dispersão e na concentração de partículas ao longo da cabine. Uma menor temperatura do ar na cabine favorece a formação de plumas térmicas junto aos passageiros, aumentando a eficiência na remoção de partículas da cabine. O sistema UFAD apresentou a menor dispersão e a maior eficiência na remoção de partículas expiratórias da cabine, mostrando-se promissor para utilização também em cabines de aeronaves. O aumento na remoção de partículas expiratórias de 3 a 5 m, do sistema UFAD com relação ao sistema convencional MV, foi de até 63,4%. / The air distribution system commonly used in aircraft cabins consists the air insufflations at the top of the cabin with return of the air at the bottom, with mixing air within the cabin. Due to this mixing characteristic, this system can disperse infectious diseases through the cabin air. The global outbreak of SARS virus (Severe Acute Respiratory Syndrome) in 2003 showed that the spread of airborne contaminants is still an uncontrollable event, since it was quickly spread around the world, mainly because infected people who traveled by plane to distant cities. Facts like these have motivated governments, companies and research institutions to invest heavily in research and development. New ventilation systems and air distribution aircraft based on displacement ventilation systems and underfloor air distribution are beginning to be tested. In this context, the present work was made an experimental analysis of the expiratory particles dispersion in aircraft cabins considering different air distribution architectures in a mock- up containing 12 seats, using a generator and a particle counter. The experiments were performed in three architectures air distribution: mixing ventilation system (MV), underfloor air distribution (UFAD) and the underfloor air distribution modified (UFAD modified), all of them with the same air supply rate, considering two air supply temperature conditions: 18 and 22°C. And particle generation at two points of the cabin: near the fuselage and near the aisle. The particles were generated and measured in the breathing zone, 1,10 m from the floor. The results show that the point of generation of particles, and the air supply temperature, have great influence on the dispersion and particle concentration throughout the cabin. A lower air temperature in the cab favors the formation of thermal plumes within the passengers, increasing the efficiency in removing particles from the cabin. The UFAD system had the lowest dispersion and greater efficiency in removing expiratory particles from the cabin, being promising also for its use in aircraft cabins. The increase in expiratory removal of particles from 3 to 5 microns UFAD system with respect to conventional MV was up to 63.4%.

O uso do cimento nas dosagens de materiais cimentícios sempre foi uma preocupação na construção civil por questões de custo. Com o surgimento das discussões sobre sustentabilidade, as preocupações passam a ocorrer também com relação aos impactos ambientais gerados em sua produção, principalmente as emissões de 2. Apesar de grandes esforços industriais para a redução destas emissões, as estratégias adotadas não têm sido eficientes para atingir patamares de redução suficientes. Neste cenário, a substituição de parte do cimento por finos inertes, conhecidos como fíleres, provenientes de matérias-primas abundantes e baratas, podem proporcionar ganhos econômicos e ambientais, já que estes materiais apresentam menor impacto de produção por não necessitarem serem submetidos a processos térmicos. Além disso, a adição de fíleres na matriz cimentícia pode contribuir para o aumento da eficiência dos ligantes, pois possibilita o melhor empacotamento de partículas, com diminuição de vazios, que contribui para a redução do teor de água na mistura o que significa possibilidade de desempenho mecânico satisfatório com menos clínquer. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial de substituição de parte do cimento por fíleres de quartzo em pastas cimentícias, visando reduzir o consumo de clínquer. Foram avaliados os comportamentos reológicos e mecânicos de dosagens de pastas e argamassas de clínquer-fíler, verificando o desempenho dos materiais produzidos. Para estudo das pastas foram feitas caracterizações das matérias-primas, ensaios de reologia para determinar o teor ótimo de dispersante, e ensaios de resistência à compressão para teores de água fixos, variando os fíleres com três composições granulométricas distintas. Para avaliação das argamassas, foram realizados ensaios de resistência à compressão e determinados os módulos de elasticidade. A análise dos resultados foi feita por meio de comparativos entre os comportamentos reológicos e mecânicos das misturas, além do cálculo do indicador de eficiência Binder Intensity (BI), que é uma relação entre o consumo de cimento e a resistência mecânica. Os materiais produzidos com fíleres atingiram comportamentos reológicos próximos ao material convencional, mas com teores de água reduzidos, contribuindo para o alcance de boas resistências mecânicas com menor consumo de cimento, e módulos de elasticidade equivalentes. Os resultados obtidos nos II experimentos realizados comprovam os ganhos de eficiência alcançados com a adição de fíleres de quartzo em materiais cimentícios e a viabilidade para aplicação na construção civil. / The use of cement in cementitious materials dosages has always been a concern in civil construction for costs issues. With the emergence of sustainability discussions, also arise concerns about environmental impacts generated in its production, mainly 2 emissions. Although the large industrials efforts to reduce these emissions, the strategies adopted havent been efficient to achieve sufficient reduction levels. In this scenario, partial replacement of cement by inert fines, denominated fillers, from abundant and cheap raw materials, can provide environmental and economic gains, since these materials produce lower environmental impact as they dont need to be submitted to thermal processes. Beyond that, the fillers addition in cementitious matrix can contribute to the increase of binders efficiency, as it allows the particles packaging, with the decreasing of voids, which contributes to the reduction of water content in the mixture which means possibility of satisfactory mechanical performance with less clinker content. Thus, this study aims to evaluate the potential of cement replacement by quartz fíller in cement mixtures, in order to reduce clinkers consumption. Were evaluated the rheological and mechanical behavior of pastes and mortars dosages made of clinker-filler, and was verified the performance of the materials produced. To the paste study, were made raw materials characterizations, rheology tests to determine the optimum dispersant content, and compressive strength tests for fixed water contents, varying three fillers with different particle sizes. For mortars evaluation, were performed compressive strength tests and was determined the elastic modulus. The analysis of the results were made though comparisons between mixtures rheological and mechanical behaviors, besides the calculation of the efficiency index Binder Intensity (BI), which is a relation between cement consumption and the mechanical strength. The materials produced with fillers reached a rhealogical behavior close to the conventional materials behavior, but with reduced water contents, contributing to the achievement of good mechanical resistance with lower cement consumption, and equivalentmodulus of elasticity. The results obtained in the experiments performed demonstrate the efficiency gains achieved with the addition of quartz fillers in cementitious materials and the feasibility for application in the civil construction industry.

As pessoas estão cada vez mais viajando de avião e, muitas vezes, em viagens longas. A qualidade do ar torna-se uma questão crucial. Uma forma de melhorar a qualidade do ar e as condições de conforto térmico dentro de uma cabine de aeronave está na utilização de novos sistemas de ventilação personalizada. O objetivo do presente trabalho consiste na análise experimental da influência de um sistema de ventilação personalizada (PV) na concentração, dispersão e remoção de partículas expiratórias em cabine de aeronave com sistema por mistura (MV) e por deslocamento (DV). Os ensaios foram realizados em um mock-up de cabine de aeronave comercial de 12 assentos, com 4 assentos por fileira. O ar foi insuflado na cabine a 18°C pelo sistema MV ou DV, correspondendo a uma leve sensação de frio, e a 24°C pelo sistema personalizado (PV), com vazão de 3,0 l/s, operando no assento próximo à fuselagem e ao corredor, alternadamente. As partículas simulando uma pessoa espirrando foram injetadas em dois pontos no fundo da cabine, respectivamente, no assento próximo à fuselagem e naquele junto do corredor, a 1,10m do piso, que corresponde à região de respiração. Foram medidas velocidades e temperaturas do ar e de partículas ao longo de toda a cabine. Os resultados mostraram que no sistema MV o sistema PV somente influenciou o escoamento do ar e a concentração de partículas no assento onde o sistema PV estava operando, com uma eficiência na remoção de partículas de até 30%. No sistema DV, por sua vez, o sistema PV apresentou eficiência de remoção de até 49% nos assentos em que estava operando. Contudo, o sistema PV pode aumentar em até 32% a concentração de partículas no assento próximo da janela quando o sistema PV estava operando no assento próximo do corredor, no sistema DV. Finalmente, os resultados mostraram resultados mais promissores do sistema PV no sistema MV, com melhoria significativa na remoção de partículas nos assentos onde está operando, sem influenciar negativamente no assento ao lado. / People are increasingly traveling by plane and often on long journeys. Air quality becomes a crucial issue. One way to improve air quality and thermal comfort conditions within an aircraft cabin is to use new personalized ventilation systems. The objective of the present work is the experimental analysis of the influence of a personalized ventilation system (PV) on the concentration, dispersion and removal of expiratory particles in aircraft cabin with mixed system (MV) and displacement (DV). The tests were performed in a 12 seat commercial aircraft cabin mock-up, with 4 seats per row. The air was inflated in the cabin at 18 ° C by the MV or DV system, corresponding to a slight cold sensation, and at 24 ° C by the custom system (PV), with a flow rate of 3.0 l / s, operating in the nearby seat the fuselage and the aisle, alternately. Particles simulating a person sneezing were injected at two points in the bottom of the cockpit, respectively, in the seat near the fuselage and next to the corridor, 1.10m from the floor, which corresponds to the breathing region. Air and particle velocities and temperatures were measured throughout the cabin. The results showed that in the MV system the PV system only influenced the air flow and the concentration of particles in the seat where the PV system was operating, with a particle removal efficiency of up to 30%. The DV system together with PV system showed removal efficiency of up to 49% in the seats in which it was operating. However, the PV system can increase particle concentration in the near-window seat by up to 32% when the PV system was operating on the seat next to the aisle in the DV system. Finally, the results showed more promising results of the PV system in the MV system, with significant improvement in particle removal in the seats where it is operating, without negatively influencing the next seat.

Devido à demanda dos países em desenvolvimento, a produção de cimento e as emissões de CO2 relacionadas aumenta progressivamente, colocando esta indústria sob pressão devido às preocupações com o aquecimento global. Como diminuir a produção não é uma opção sustentável do ponto de vista social, deve-se primar pela diminuição dos impactos ambientais mantendo-se o aumento da produção. Porém, as principais estratégias de redução das emissões substituição de clínquer por adições, aumento da eficiência de fornos e uso de combustíveis alternativos não são capazes de uma redução que compense o crescimento da produção, mesmo com a disseminação dos maiores esforços industriais possíveis, devido a limites tecnológicos e de disponibilidade de materiais. A captura e sequestro de carbono, por sua vez, pode vir a aumentar significativamente o custo do cimento, prejudicando justamente os países mais necessitados. Novas alternativas são necessárias. Uma delas, ainda pouco desenvolvida, é o aumento da eficiência do uso dos ligantes em materiais cimentícios, como os concretos. Esta tese tem o objetivo de explorar o potencial desta estratégia para contribuir à mitigação das emissões de CO2 da cadeia concreto/cimento. O êxito nesta tarefa tem relação direta com o uso de ferramentas de empacotamento e dispersão de partículas para permitir comportamento reológico adequado à aplicação com uso de menor teor de água na mistura. O trabalho foi dividido em três etapas: 1) levantamento de dados para criação de benchmark da tecnologia atual de concretos com relação e eficiência no uso dos ligantes através de dois indicadores de eficiência Índice de Ligantes (IL) e Índice de CO2 (IC); 2) levantamento da teoria de empacotamento e dispersão de partículas; e 3) estudo experimental demonstrando como a eficiência do uso dos ligantes pode ser aumentada através da aplicação dos conceitos da etapa 2, do controle mais preciso do comportamento reológico e do uso de finos inertes para substituir clínquer para obtenção de parâmetros reológicos. Concluiu-se que o potencial de aumento da eficiência é superior a 50%. Porém, sua implantação em escala comercial dependeria de aumento do controle tecnológico das dosagens de concreto e de profundas modificações na cadeia produtiva e na definição de agregados, fillers, cimento e ligantes. / Due to the increasing demand of developing countries, cement production and related CO2 emissions increases steadily, putting industry under pressure due to global warming constraints. As decreasing production is not a sustainable option from social point of view, environmental loads need to be decreased even maintaining the increase of production. However, current strategies for reducing emissions clinker replacement by mineral additions, increase of kiln efficiency and the use of alternative fuels are not capable of a reduction which could compensate the increasing in production, even with the dissemination of highest industrial efforts due to technological and materials availability limits. Carbon capture and storage, by the time, could increase significantly cement cost, which could harm exactly the neediest countries. New alternatives are needed. One of them, few developed yet, is increasing the efficiency of binder use on cementitious materials, such as concretes. This thesis has the aim of exploring the potential of this strategy for contributing to the mitigation of CO2 emissions of concrete/cement chain. The success in this task is directly related to the use of tools of packing and dispersion of particles for allowing an adequate rheological behavior for the application but with a lower water content in the mixture. The thesis was divided in three main steps: 1) literature research for creating a benchmark of current concrete technology in terms of binder efficiency by two efficiency indexes Binder Intensity (BI) and CO2 Intensity (CI); 2) research of particles packing and dispersion theory; and 3) experimental planning for demonstrating how the binder use efficiency can be significantly increased by the use of concepts from step 2, a more precise rheological behavior control and the use of inert fillers for replacing clinker to obtain rheological parameters. It could be concluded that the potential of efficiency increase is higher than 50%. However, the implantation in commercial scale would depend on the increase of technological control in concrete designs, and also on deep changes in the productive chain and in the definitions of aggregates, fillers, cement and binders.

Devido à demanda dos países em desenvolvimento, a produção de cimento e as emissões de CO2 relacionadas aumenta progressivamente, colocando esta indústria sob pressão devido às preocupações com o aquecimento global. Como diminuir a produção não é uma opção sustentável do ponto de vista social, deve-se primar pela diminuição dos impactos ambientais mantendo-se o aumento da produção. Porém, as principais estratégias de redução das emissões substituição de clínquer por adições, aumento da eficiência de fornos e uso de combustíveis alternativos não são capazes de uma redução que compense o crescimento da produção, mesmo com a disseminação dos maiores esforços industriais possíveis, devido a limites tecnológicos e de disponibilidade de materiais. A captura e sequestro de carbono, por sua vez, pode vir a aumentar significativamente o custo do cimento, prejudicando justamente os países mais necessitados. Novas alternativas são necessárias. Uma delas, ainda pouco desenvolvida, é o aumento da eficiência do uso dos ligantes em materiais cimentícios, como os concretos. Esta tese tem o objetivo de explorar o potencial desta estratégia para contribuir à mitigação das emissões de CO2 da cadeia concreto/cimento. O êxito nesta tarefa tem relação direta com o uso de ferramentas de empacotamento e dispersão de partículas para permitir comportamento reológico adequado à aplicação com uso de menor teor de água na mistura. O trabalho foi dividido em três etapas: 1) levantamento de dados para criação de benchmark da tecnologia atual de concretos com relação e eficiência no uso dos ligantes através de dois indicadores de eficiência Índice de Ligantes (IL) e Índice de CO2 (IC); 2) levantamento da teoria de empacotamento e dispersão de partículas; e 3) estudo experimental demonstrando como a eficiência do uso dos ligantes pode ser aumentada através da aplicação dos conceitos da etapa 2, do controle mais preciso do comportamento reológico e do uso de finos inertes para substituir clínquer para obtenção de parâmetros reológicos. Concluiu-se que o potencial de aumento da eficiência é superior a 50%. Porém, sua implantação em escala comercial dependeria de aumento do controle tecnológico das dosagens de concreto e de profundas modificações na cadeia produtiva e na definição de agregados, fillers, cimento e ligantes. / Due to the increasing demand of developing countries, cement production and related CO2 emissions increases steadily, putting industry under pressure due to global warming constraints. As decreasing production is not a sustainable option from social point of view, environmental loads need to be decreased even maintaining the increase of production. However, current strategies for reducing emissions clinker replacement by mineral additions, increase of kiln efficiency and the use of alternative fuels are not capable of a reduction which could compensate the increasing in production, even with the dissemination of highest industrial efforts due to technological and materials availability limits. Carbon capture and storage, by the time, could increase significantly cement cost, which could harm exactly the neediest countries. New alternatives are needed. One of them, few developed yet, is increasing the efficiency of binder use on cementitious materials, such as concretes. This thesis has the aim of exploring the potential of this strategy for contributing to the mitigation of CO2 emissions of concrete/cement chain. The success in this task is directly related to the use of tools of packing and dispersion of particles for allowing an adequate rheological behavior for the application but with a lower water content in the mixture. The thesis was divided in three main steps: 1) literature research for creating a benchmark of current concrete technology in terms of binder efficiency by two efficiency indexes Binder Intensity (BI) and CO2 Intensity (CI); 2) research of particles packing and dispersion theory; and 3) experimental planning for demonstrating how the binder use efficiency can be significantly increased by the use of concepts from step 2, a more precise rheological behavior control and the use of inert fillers for replacing clinker to obtain rheological parameters. It could be concluded that the potential of efficiency increase is higher than 50%. However, the implantation in commercial scale would depend on the increase of technological control in concrete designs, and also on deep changes in the productive chain and in the definitions of aggregates, fillers, cement and binders.