Os ladrilhos hidráulicos são revestimentos produzidos utilizando aglomerante hidráulico, cuja tecnologia de produção não acompanhou a grande evolução tecnológica dos concretos, as disponibilidades de novos materiais e técnicas de utilização ocorrentes nos últimos anos, sendo assim esses revestimentos perderam espaço e competitividade no mercado pela característica artesanal de sua produção. O trabalho teve como objetivo desenvolver uma argamassa para produção de ladrilhos hidráulicos utilizando a tecnologia utilizada na produção de concretos de alto desempenho. Os agregados foram selecionados e compostos utilizando diferentes técnicas de empacotamento de partículas, essas técnicas foram implementadas experimentalmente e seus resultados foram analisados e comparados através da medida de massa unitária no estado compactado seco. Os aglomerantes foram selecionados de forma a atender a utilização de pigmentos claros e escuros necessários para a produção de ladrilhos hidráulicos decorativos, assim foram elaboradas duas diferentes composições de aglomerantes, a primeira com cimento Portland branco estrutural e metacaulinita branca, e a segunda com cimento Portland de alta resistência inicial resistente a sulfatos e sílica ativa de ferro-silício. Diferentes aditivos superplastificantes foram testados, sendo a medida de compatibilidade com os aglomerantes e a determinação dos teores ideais a serem utilizados com cada tipo de aglomerantes realizadas através da medida de consistência em mesa cadente. A avaliação das argamassas desenvolvidas para produção dos ladrilhos hidráulicos foi realizada através dos ensaios de compressão axial simples, tração na compressão diametral, e determinação do módulo de elasticidade. Os ladrilhos hidráulicos foram produzidos em fôrmas previamente elaboradas e moldados com auxílio de vibração, após desmoldagem e cura foram avaliados através dos ensaios de módulo de flexão, desgaste por abrasão, absorção de água, retração por secagem, ação química, e determinação das variações de dimensões em diferentes tempos de cura. Após elaboração, produção e avaliação dos ladrilhos hidráulicos, também foram realizados alguns testes práticos, e avaliados os custos dos materiais para produção desses revestimentos, como parte de um estudo para implementação da produção desses elementos em escala industrial. Os ladrilhos hidráulicos desenvolvidos apresentaram alto desempenho nas características avaliadas, com resistência à compressão axial simples de até 143 MPa e absorção de água próxima a 1%, também apresentando viabilidade de produção. / The hydraulic tiles are coverings produced by using hydraulic binders, whose production technology has not follow the great technological evolution of the concretes, the availabilities of new materials and the usual techniques in recent years, thus they have lost space and competition in the market due to their handicraft characteristic of production. This work had the objective to develop a mortar for production of hydraulic tiles using high performance concrete production technology. The aggregates were selected and proportioned using different techniques of particle packing, these techniques were implemented experimentally and their results were analyzed and compared through the measurement of the unit weight by rodding. The binders were selected to be used with clear and dark pigment necessity for production of decorative hydraulic tiles, thus two different mixture proportions of binders were elaborated, the first with structural white Portland cement and white metakaulin, and the second with high initial strength Portland cement resistant to sulphate and ferrosilicon silica fume. Different superplasticizer additives were tested, being the measure of compatibility with the binders and the determination of ideal proportions to be used with each type of binders measured in flow table consistency test. The evaluation of mortars developed for hydraulic tiles production was carried out by simple axial compression test, cylinder splitting test, and elastic modulus determination test. The hydraulic tiles were produced in a previously elaborated mould and molded by vibration, after dismoulding and cure were evaluated by flexural modulus test, wear by abrasion test, water absorption test, drying shrinkage test, chemical action test, and determination of the dimensions variations in different times of cure. After hydraulic tiles elaboration, production and evaluation, also were made some practical tests, and evaluated the material costs for production of these coverings, as part of an implementation study for production of these elements in industrial scale. The developed hydraulic tiles showed high performance in the evaluated characteristics, with simple axial compression strength until 143 MPa and water absorption about 1%, also showed production viability.

O presente trabalho considerou o potencial de utilização de subprodutos da agroindústria como casca de coco verde e bagaço de cana-de-açúcar, com o intuito de agregar valor a esses materiais, por meio da fabricação de chapas de partículas multicamadas (3 camadas: 2 camadas externas - CE e uma camada interna - CI), utilizando resina poliuretana bi-componente à base de óleo de mamona (PU-mamona). As chapas produzidas foram avaliadas por ensaios termo-físico-mecânicos: condutividade térmica, densidade aparente, perfil de densidade, absorção de água, inchamento em espessura, flexão estática, flexão dinâmica, tração perpendicular, arranchamento de parafuso, dureza Janka e abrasão, com objetivo de verificar as características do material e indicá-lo para usos específicos; microestrutural: microscopia eletrônica de varredura visando identificar características microestruturais do compósito para interpretar as propriedades físico-mecânicas do produto; durabilidade: envelhecimento natural para expor o material a condições ambientais externas e envelhecimento acelerado para exposição a condições internas. Os resíduos utilizados, o adesivo PU-mamona e os parâmetros de produção adotados mostraram-se adequados para fabricar chapas de partículas multicamadas de baixa (529 kg/m3) e média (692 kg/m3) densidade. O ensaio de condutividade térmica permitiu classificar as chapas em estudo na categoria de materiais isolantes onde os valores estiveram entre 0,14 e 0,17 W/m.K. Os perfis de densidade obtidos permitiram observar a variação da densidade ao longo da espessura das chapas e indicou diferenças entre as chapas homogêneas e multicamadas. As chapas multicamadas apresentaram melhores propriedades físico-mecânicas, em comparação com as chapas de partículas homogêneas e atenderam os requerimentos estabelecidos pelos documentos normativos nacionais e internacionais. Os resultados de envelhecimento natural e acelerado indicaram que as chapas em estudo (homogêneas e multicamadas) são sensíveis às condições de exposição externas (temperatura, umidade e radiação) e às condições extremas de exposição interna (umidade e radiação UVB). / This study considered the potential use of agro-industrial wastes like green coconut shell and sugarcane bagasse in order to add value to those materials, by mean fabrication of multilayer particleboards (3 layers: 2 external layers - EL and internal layer - IL), using castor oil-based polyurethane adhesive. The particleboards were evaluated using physic-mechanics tests: density, density profile, water absorption, thickness swelling, static flexure, dynamic flexural, perpendicular traction, screw pullout, Janka hardness and abrasion with the objective to verify the material characteristics and to indicate specific uses, microstructural: Scanning electron microscopy looking to identify microstructural characteristics of composite to interpret the physic-mechanics properties of product, durability: natural aging to expose the material to external environmental conditions and accelerated aging for exposure to indoor conditions. The residues used, the castor oil-based polyurethane adhesive and the parameters of production adopted; proved to be suitable for making multilayer particleboard of low (529 kg/m3) and medium (692 kg/m3) density. The thermal conductivity test allowed to classify the plates in the category of insulating materials with values between 0,14 e 0,17 W/m.K. The density profiles obtained made possible to observe the change of density along the thickness of the boards and showed differences between the homogeneous and multilayer sheets. The multilayer boards presented better physical and mechanical properties in comparison with the homogeneous particleboards and complied with the standards national and international. The results obtained after the natural and accelerated aging indicated that the plates being studied (homogeneous and multilayer) are sensitive to external exposure conditions (temperature, humidity and radiation) and to the extreme conditions of internal exposure (moisture and UVB radiation).

Le recyclage des enrobés bitumineux fabriqués selon un procédé tiède répond aux exigences du développement durable: il limite lapport de matériaux neufs, permet la gestion des déchets et réduit la consommation d\'énergie. Le recyclage des enrobés date des années 70 ; ce qui a changé depuis, cest la volonté de pérenniser le recyclage à fort taux, définit ici à plus de 25% dagrégats denrobés (AE). Les AE contiennent une part de bitume qui est valorisable pour ses propriétés viscoélastiques de liant hydrocarboné. Il est ainsi recherché une mobilisation de ce liant vieilli dans le processus de recyclage. Lun des problèmes suspectés lors du couplage recyclage/procédé tiède est le phénomène de double enrobage pouvant impacter la rhéologie du nouveau matériau: le liant de lAE et le liant dapport ne se mélangeraient pas totalement du fait de labaissement des températures de fabrication et formeraient des couches superposées. Ce phénomène serait la cause de dysfonctionnements mécaniques au niveau de lenrobé. Il se pose donc la question de la qualité de lenrobage de surfaces granulaires déjà enrobées et du manque de moyens de caractérisation pour lobservation in situ de linterface. Dans ce travail de thèse, la qualité denrobage des agrégats denrobés par un liant dapport a été évaluée à léchelle microscopique et macroscopique. Au niveau microscopique, il a été proposé dutiliser un outil de micro-spectroscopie infrarouge pour évaluer in situ la qualité dinterface entre lAE et le liant dapport et suivre la répartition spatiale de ces deux composants au sein denrobés de laboratoire. Cela a nécessité un important développement expérimental afin de pouvoir appliquer un accessoire dimagerie infrarouge aux mélanges complexes que sont les formules denrobés bitumineux constitués de différentes fractions granulaires et de liant bitumineux. Il a ainsi été possible, grâce à lidentification préalable de traceurs internes, de suivre la remobilisation partielle du liant vieilli de lAE. En parallèle, au niveau macroscopique, un protocole dessai a été développé afin dévaluer la durabilité des enrobés contenant des forts taux dAE (50%), notamment des enrobés fabriqués selon un procédé tiède. Lessai actuel de fatigue est lun des essais qui permet le mieux dévaluer la durée de vie dune couche de chaussée. Mais cet essai accéléré est biaisé car le bitume des échantillons testés na pas eu le temps de vieillir comme cest le cas sur une vraie chaussée. Dans ce travail, il a donc été proposé dajouter une étape de vieillissement du matériau avant les essais de fatigue, dorniérage, de tenue à leau et de module complexe. Il est supposé que le comportement réel du matériau se situerait entre celui du matériau non vieilli et celui du matériau vieilli. Les principaux résultats obtenus montrent qu\'un enrobé tiède contenant un taux élevé dAE présentent de bonnes performances mécaniques excepté quil a tendance à être plus sensible à la fatigue quune même formulation de matériau fabriqué à chaud ou selon un procédé tiède mais sans ajout AE. / A reciclagem de misturas asfálticas usando técnicas de misturas mornas atende às exigências da sustentabilidade, limitando o consumo de energia e de novos materiais. A reciclagem de revestimentos asfálticos fresados (RAP) é praticada há mais de 40 anos, por meio de usinagem a quente do RAP adicionado a agregados e ligante novos. Todavia, o uso de elevadas taxas de RAP (acima de 25% no total), é um grande desafio até o presente, pois limita a perda de durabilidade da mistura asfáltica final. O RAP contém ligante asfáltico envelhecido aderido aos agregados, porém uma parte desse ligante pode ser remobilizada durante a reciclagem pelo aumento da temperatura no processo de usinagem. Esta tese busca compreender o processo de remobilização do ligante envelhecido durante a reciclagem do RAP e as consequências da magnitude de temperatura empregada no processo de reaquecimento deste material envelhecido. Atualmente, tem-se buscado o uso da tecnologia de usinagem morna, permitindo a redução de temperatura total no processo de fabricação. Um dos problemas possíveis da combinação das técnicas reciclagem morna é a ocorrência do fenômeno de recobrimento duplo, que pode impactar na reologia do novo material: o ligante do RAP e o ligante novo não se misturariam totalmente, devido à redução das temperaturas de fabricação, formando camadas superpostas. Este fenômeno seria a causa de disfuncionamentos mecânicos da mistura asfáltica final. Questiona-se então a qualidade do recobrimento dos agregados do RAP, já recobertos, e a falta de um meio de caracterização para a observação da interface. Neste estudo, a qualidade do recobrimento do RAP foi avaliada em escala microscópica e macroscópica. No nível microscópico, foi proposto o uso de uma ferramenta de micro-espectroscopia infravermelha para avaliar a interface entre o RAP e o ligante novo, e seguir a distribuição espacial desses dois componentes na mistura asfáltica. Para tanto, foi realizado um desenvolvimento experimental detalhado que permitisse o uso de um acessório de imagem infravermelha em misturas asfálticas recicladas. Graças à indentificação prévia de marcadores internos, foi possível acompanhar a mobilização parcial do ligante envelhecido do RAP. Em paralelo, no nível macroscópico, foi desenvolvido um protocolo de ensaio com o objetivo de avaliar a durabilidade das misturas asfálticas recicladas com taxas elevadas de RAP (50%), com o objetivo princial de compreender se há benefícios nas propriedades mecânicas de misturas mornas recicladas. O ensaio de fadiga é um dos ensaios que permitem melhor avaliar e comparar diferentes misturas asfálticas para comporem uma camada de pavimento. Porém, este ensaio não pode ser diretamente transposto à previsibilidade de campo por ter restrições, tais como o ligante das amostras ensaiadas não teve tempo de envelhecer; e as misturas asfálticas, dependendo da quantidade de RAP e da temperatura de usinagem, podem envelhecer em velocidades diferentes em campo. No presente trabalho, foi proposta a adição de uma etapa de envelhecimento previamente aos ensaios mecânicos. Foi suposto que o comportamento real do material estaria situado entre o do material não envelhecido e do envelhecido. Os principais resultados mostram que uma mistura reciclada morna apresenta resultados satisfatórios de comportamento mecânico que atestam seu uso como camada de revestimento asfáltico, exceto que ela tem a tendência de ser mais sensível à fadiga que uma mistura com a mesma composição de agregados e de teor de ligante, fabricada a quente ou morna, mas sem a adição de RAP.

A engenharia de materiais proporcionou os avanços mais notórios sobre o desempenho mecânico dos materiais cimentícios nas últimas décadas, ora por meio das técnicas de conformação, ora pelo projeto da microestrutura. Com isso, demonstrou-se ser falsa a idéia de que baixas resistências mecânicas seriam inerentes aos materiais cimentícios, mas, ao mesmo tempo, o restrito advento desses novos materiais aos setores de maior demanda os relegou à condição de alternativos apenas. O fato de cada tonelada de cimento Portland gerar outra tonelada de gases do efeito estufa indica que o quadro anterior precisa ser revisto. É por isso que uma das principais contribuições desse trabalho foi desenvolver a conformação por técnicas altamente produtivas e capazes de propiciar excelente desempenho mecânico, além da durabilidade, aos materiais cimentícios. A concepção e a construção de uma linha de prensagem por rolos foi o primeiro passo para que as placas cimentícias com resistência à compressão superior à 200MPa e reprodutibilidade compatível à das cerâmicas técnicas fossem obtidas de modo eficaz. Por sua vez, a extrusão, uma técnica capaz de produzir perfis com geometrias complexas e em grande quantidade, também foi bem adaptada aos materiais cimentícios, com excelente reprodutibilidade e resistência à flexão superior à 20MPa. Em ambas, prensagem e extrusão, o domínio da técnica nos permitiu obter componentes cimentícios cujas resistências mecânicas não sofrem influências de quaisquer que sejam os ambientes ao quais são expostos. A isso atribuímos o mais amplo conceito de durabilidade para um material cuja utilização depende da resistência mecânica ao longo de sua vida útil. Ainda, um método inovador para a durabilidade desses materiais foi desenvolvido neste trabalho: trata-se de sua impregnação por TEOS, um precursor de sílica molecular que reage com o hidróxido de cálcio para selar os poros pelos quais penetrou. Em números, significa a possibilidade de reduzir a porosidade dos corpos à base de cimento Portland para valores inferiores a 1% em volume, ao que se associa à concomitante redução de uma ordem de grandeza no coeficiente de difusão do íon cloro. Em resumo, os resultados que serão apresentados estão em ressonância com os mais rigorosos critérios de sustentabilidade num setor que urge por melhores perspectivas para o definitivo ingresso na era da industrialização: a construção civil. Porém, a maior virtude deste trabalho é não apenas aprimorar as etapas da engenharia dos materiais cimentícios, mas também aplicar a ciência para o entendimento da origem de sua resistência mecânica. De acordo com nossas comprovações experimentais, a resistência mecânica desses materiais é governada pelas moléculas de água confinadas em películas nanométricas entre as fases que se hidratam do cimento Portland. Essas moléculas de água se comportam como uma fase vítrea e, por sua vez, promovem adesão às superfícies que a confinam. Essa é também uma contribuição deste trabalho para tornar viável a nanotecnologia desses materiais por intermédio de um tema até então inexplorado: a adesão por água confinada. Acreditamos também que o grau de inovação sobre esse tema poderá extrapolar o material em si, visto que a vida como conhecemos é uma conseqüência direta das intrigantes propriedades da água e suas ligações hidrogênio. / The materials engineering afforded the most paramount known advances on the mechanical performance of cementitious materials in the last decades, through either casting techniques or microstructure design. Therewith, it was demonstrated to be false the idea that low mechanical strengths should be inherent to cement-based materials, but, at the same time, the limited ingress of these new materials to fields of great demands relegated them to the condition of merely alternative. The fact that each ton of Portland cement does create another ton of gases related to global warming indicates that the former situation needs to be reviewed. That is why one of the main contributions of this work was to improve casting techniques to render massive production and excellent mechanical performance, in addition to durability, for the cementitious materials. The concept and the construction of a roll compaction equipment were the first step to the cost-effective production of cementitious plates with compressive strength in excess of 200MPa, in addition to a reproducibility inasmuch as that of a technical ceramic. In the same way, the extrusion, a technique able to largely produce components of complex geometries, was also well adapted to cement-based materials which, again, showed excellent reproducibility and bending strength of more than 20MPa. In both, pressing and extrusion techniques, the control of processing steps was enough to get cement-based products whose mechanical strength barely changes, even after exposure to deleterious environments. Hereby, we attribute the widest concept of durability to a material which depends on the mechanical strength throughout its service life. Anyway, we also developed an innovative method to improve the durability of these materials along this work: TEOS impregnation. TEOS is a molecular precursor of silica which reacts with calcium hydroxide to seal the cementitious pores wherefrom it penetrated. Quantitatively, the porosity of Portland cement-based products dropped down to values around 1% in volume, what is related to concomitant reduction of chlorine ion diffusion coefficient of an order of magnitude. In summary, the results that will be demonstrated in the following chapters are in resonance with the most rigorous rules for sustainability, precisely in a field where such an initiative is welcome to help encouraging its industrialization: the building construction. However, it seems that the biggest virtue of this work is not only the improvements for cementitious materials engineering, but also to apply the science for the understanding of the origin of their mechanical strength. According to our experimental evidences, the mechanical strength of these materials is ruled by water molecules which are confined in nanometric layers between the hydrating phases of Portland cement. These water nanolayers behave themselves as glassy phase and, in their turn, promote adhesion to the surfaces which confine them. To the best of our knowledge, this work is one of the most promising contributions to become possible the nanotechnology of these materials, through a subject up to that time unexplored: the adhesion by confined water. Hence, it is likely that the innovation about this subject could exceed the material itself, once life as we know owes its peculiarities to the intrigant properties of water and to their hydrogen bonding.

Este trabalho apresenta um estudo de corrosão da armadura induzida por carbonatação em concretos com elevados teores de cinza volante, utilizando-se para isso a técnica de resistência de polarização. Selecionou-se para a pesquisa quatro relações água/aglomerante (0,44, 0,48, 0,55 e 0,65) e quatro teores de substituição de cimento (clínquer + gesso) por cinza volante (0,15, 30 e 45%). Foi também escolhido para comparação o cimento CPIV 32. Os corpos-de-prova foram curados por 28 dias, sazonados por 22 dias e então carbonatados em ambientes com 5 e com mais de 50% de CO2, por um período 223 dias. Após, os concretos foram parcialmente imersos durante 35 dias. Os ensaios de resistência de polarização foram feitos durante todo o período de carbonatação e imersão parcial. Paralelamente, romperam-se corpos-de-prova por compressão axial, determinou-se profundidades carbonatadas e monitorou-se as massas dos corpos de prova usados para ensaio de resistência de polarização. Realizou-se também análises complementares de microestrutura, utilizando-se as técnicas de difração por raios-X, fluorescência de raios-X, microscopia eletrônica de varredura por elétrons retroespalhados, análises com EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) e espectroscopia Raman. Os experimentos realizados possibilitaram identificar o efeito significativo da variação do teor de cinza volante para a corrosão da armadura. Os resultados assim obtidos também permitiram constatar o efeito significativo do teor de CO2 para os resultados de potencial de corrosão e de densidade de corrente de corrosão. Os resultados obtidos neste trabalho evidenciaram a importância de cada vez mais se buscar a realização de ensaios que reproduzam o máximo possível condições de exposição das estruturas no ambiente. / This work presents a study of corrosion of reinforcing steel induced by carbonation in concretes containing fly ash. Four water-binder ratios (0,44; 0,48; 0,55 and 0,65) and four clinker (clinker + gypsum) replacements of fly ash (0;15; 30 and 45%) were selected. It was also chosen CPIV 32 cement to study. After 28 days kept in the moist curing room, the samples were carbonated during 223 days in a CO2 atmosphere with 5% and more than 50% of CO2 After the carbonation period, the concretes samples were partially immersed during 35 days in potable water. Linear polarization resistance tests were made during the whole carbonation and partial immersion periods. Moreover, compressive strength tests were made, depth of carbonation in concretes were determined and the masses of samples used in linear polarization resistance tests were monitored. Even microstructure complementary analyses were made using X-ray diffraction (DRX) techniques, X-ray fluorescence (FRX), electronic microscopy using backscattered electrons and energy dispersive spectroscopy analyses and Raman spectroscopy. Based on the accomplished tests it’s possible to identify the significant effect of the fly ash level replacement in concrete on the reinforcing steel corrosion. The thus gotten results also had of allowed evidencing the significant effect of the CO2 concentration on the results of corrosion potential and corrosion current density.

Sob o ponto de vista de durabilidade, os concretos cromáticos merecem atenção especial, não apenas pelas suas propriedades físicas e químicas, mas principalmente pela sua utilização como elemento arquitetônico, o qual permite a confecção de elementos estruturais aparentes, deixando-os assim mais suscetíveis à ação destrutiva das intempéries. Poucos são os trabalhos publicados que apresentam o comportamento deste material ao longo do tempo e em sua maioria, os pesquisadores avaliam a resistência à compressão como forma de parâmetro de sua qualidade. Neste contexto, o objetivo do trabalho é analisar a influência da adição de pigmentos em algumas propriedades de durabilidade e na cromacidade de concretos de cimento Portland branco. Para isso, montou-se um programa experimental composto por 21 traços diferentes, onde foram realizadas combinações entre 2 tipos de pigmentos inorgânicos de bases químicas diferentes, adicionados em 4 teores (0, 3, 6 e 10%) e com 3 relações a/c (0,40; 0,55 e 0,70). Para cada traço foram moldados 17 cp's os quais se destinam aos ensaios de resistência à compressão, penetração acelerada de cloretos, carbonatação, absorção de água por capilaridade e cromacidade. Todos os resultados experimentais, foram modelados estatisticamente. Os modelos obtidos nos ensaios mostram que o teor de adição e o tipo de pigmento não exercem influência significativa sobre a durabilidade do concreto. O teor de adição, apesar de significativo, pouco alterou a resistência à compressão; houve um acréscimo de cerca de 2 e 5% para os pigmentos verde e vermelho, respectivamente. Quanto à cromacidade; com a adição de 6% do pigmento vermelho o concreto já atinge tonalidades próximas a cor original do pigmento, ao passo que os concretos com pigmentos verde é necessária a adição de 10% para se obter tonalidades mais escuras e mais próximas a cor do pigmento. / Considering the durability of chromatic concrete, one can see it deserves special attention, not only because of its physical and chemical properties, but manly for its use as an architectonic element, which allows the making of apparent structural elements more susceptible to weather destructions. There are few publications reporting the situation of this material towards time, since most of the researchers evaluate the resistance of chromatic concrete to compression as a parameter to its quality. Within this context, the present study aims to analyze the influence of the addition of pigments into some durability proprieties and into the chromaticity of the white Portland cement concrete. An experimental program, with 21 different traces, was designed; combinations between 2 types of inorganic pigments from different chemical bases added with 4 contents (0, 3, 6 and 10%) and with 3 relations a/c (0,40; 0,55 e 0,70) were conducted. For each content, 17 cp’s were molded to the trials of: resistance to compression, chlorite accelerated penetration, carbonation, water absorption due to capillarity, and chromaticity. All the experimental results were statistically molded. The models obtained in the trials show that the addition content and the type of pigment do not exert significant influence upon the durability of concrete. The addition content, although significant, demonstrated a little difference in terms of resistance to compression; there was an increase around 2 and 5% for the green and red pigments, respectively. For chromaticity, the 6% addition of red pigment makes the concrete color similar to the original pigment, whereas the green pigment requires a 10% addition in order to obtain a darker and more similar color to the original green.

A falta de estudos de caráter científico sobre os fatores intervenientes para desencadear e/ou acelerar o processo de alteração dos sulfetos, denominado oxidação, bem como a influência do tipo de aglomerante hidráulico no desenvolvimento das manifestações patológicas no concreto, decorrentes do emprego de agregado contendo esse mineral em sua composição, motivou o desenvolvido desta tese. Neste sentido, o presente trabalho investiga a influência de cinco tipos de aglomerantes na durabilidade de concretos, quando em sua composição agregados com diferentes teores de sulfetos são empregados. Assim, o programa experimental da pesquisa foi dividido em duas etapas, denominadas Etapa 1 e Etapa 2. Nos concretos preparados para a Etapa 1, utilizou-se agregado quartzo-muscovita-xisto contendo 3,89% de sulfetos e três tipos de aglomerantes, sendo um de referência (CP II-F-32) e os outros dois resultantes da substituição parcial desse aglomerante por 40% e 60% de escória de alto-forno moída. Na Etapa 2, o mesmo tipo de agregado com 0,56% de sulfetos foi empregado, sendo utilizados também três tipos de aglomerantes, a saber, CP II-F-32, CP III-40-RS e CP IV-32. O principal objetivo foi avaliar o desempenho dos concretos confeccionados com esses aglomerantes frente ao ataque interno por sulfatos, fenômeno este resultante do processo de oxidação dos sulfetos em ambiente com umidade elevada por até aproximadamente cinco anos. Deste estudo, procedeu-se inicialmente uma investigação completa, incluindo em nível microestrutural, dos agregados contendo sulfetos "in natura", ou seja, antes de serem utilizados como material nos concretos. Em seguida, realizou-se uma avaliação comparativa do desempenho dos concretos, tendo-se como base análises microestruturais e cristalográficas, por meio da microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e análise termogravimétrica, algumas realizadas nos agregados e outras nas argamassas extraídas dos concretos. O comportamento dos concretos frente à resistência, à compressão e ao módulo de elasticidade foi avaliado até os três anos de idade. Ensaios de expansão e as investigações visuais nas superfícies externas dos concretos foram realizados por aproximadamente cinco anos. Os resultados mostraram que a pirrotita é o sulfeto mais reativo do sistema, principal mineral responsável pelas alterações observadas nos agregados extraídos dos concretos. As alterações foram diagnosticadas tanto nos agregados estocados no tempo quanto naqueles utilizados como material na composição dos concretos. Evidenciou-se que o processo de oxidação desencadeia o surgimento de manifestações patológicas ao longo do tempo que afetam as características dos concretos, promovem a expansão desse material, além de interferir em suas propriedades elastomecânicas. Tais efeitos foram resultantes da formação de produtos deletérios decorrentes do próprio processo de oxidação, como também das reações químicas entre os íons agressivos liberados durante este fenômeno e os compostos da pasta de cimento. Os aglomerantes investigados apresentaram comportamentos distintos frente ao ataque por sulfetos. Constatou-se também que quanto maior a concentração de sulfetos, especificamente de pirrotita, mais intensos e expressivos são os níveis de deterioração observados nos concretos investigados ao longo do tempo. Por fim, verifica-se que o ambiente com elevada umidade foi um parâmetro fundamental para acelerar o processo de oxidação destes minerais contidos nos agregados empregados nos concretos. / The strong motivation to the development of this thesis was the lack of scientific studies explaining the intervening factors that give rise to and/or accelerate the alteration (oxidation) of sulfides and the influence of the type of hydraulic cement on the development of pathological manifestations in concrete that have used aggregate with sulfide minerals. Therefore, this study investigates the influence of five types of cements on the durability of concrete when aggregates with different contents of sulfides are used. Thus, the experimental program of the research study was separated into two stages, designated Stage 1 and Stage 2. In the concretes prepared for Stage 1, a quartz-muscovite-schist aggregate containing 3.9% of sulfides and three types of cement were used. One type of cement was for reference (CP II-F- 32) and the other two resulting from the partial replacement of this cement by 40% and 60% of ground blast furnace slag. In Stage 2, the same type of aggregate with 0.6% of sulfides was used with three types of cements, specifically CP II-F-32, CP III-40-RS and CP IV-32. The main purpose was to assess the performance of the concretes prepared with these cements due to internal sulfate attacks resulting from the process of sulfide oxidation of aggregate in a high moisture environment up to approximately five years. Based on this study, a complete investigation was conducted including an approach at a microstructural level of the aggregates containing sulfides itself before have been used to cast concretes. Then, a comparative assessment of the performance of the concretes was carried out using microstructural and crystallographic investigation by means of optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and thermogravimetric analyses. In order to understand the behavior of the assayed concretes, their compressive strength and modulus of elasticity were evaluated during three years. Expansion tests and visual observations of the external surfaces of the concretes were also carried out for approximately five years. The results showed that pyrrhotite is the most reactive sulfide in the system, the main mineral responsible for the changes observed in the aggregates extracted from the concretes. The changes were diagnosed in the aggregates stored over time as well as in those employed as aggregates of the concretes. It was found that the oxidation process gives rise to the emergence of pathological events over time which affects the characteristics of concrete, promotes the expansion of this material, besides interfering in its elastic-mechanical properties. These effects resulted from the formation of deleterious products arising from the oxidation process itself and also from the chemical reactions between the aggressive ions released during this phenomenon and the compounds of the hydrated cement pastes. The investigated cements showed different behaviors with respect to sulfide attack. It was also verified that the higher the concentration of sulfides, specifically pyrrhotite, the more intense and expressive are the observed levels of deterioration in the investigated concretes over time. Lastly, it was evidenced that a high-moisture environment was an essential parameter to accelerate the oxidation process of these minerals contained in the aggregates used in the concretes.

A lenha é o principal combustível utilizado por diversos setores econômicos do estado e do país, gerando grande quantidade de cinza, sendo a maior parte descartada sem um mínimo controle, com risco de contaminação do solo e lençol freático, e parte dispersa na atmosfera poluindo o ar. Este trabalho teve por objetivo iniciar os estudos da viabilidade de utilização da cinza coletada em filtro multiciclone pela combustão de lenha de eucalipto em caldeira fumotubular para produção de vapor, visando sua incorporação ao concreto. O estudo compreendeu três fases experimentais. Na primeira foi realizada a caracterização da cinza através de ensaios químico, físico, mineralógico, microestrutural e impacto ambiental, concluindo-se que o resíduo indicava seu uso no concreto como fíler. Realizou-se um estudo estatístico com o teor de CaO e o diâmetro médio, concluindo-se que estas variáveis ocorrem de forma estável ao longo do processo de produção. Numa segunda fase estudou-se os efeitos da adição da cinza em teores de adição de 0%, 15%, 30% e 45% nos ensaios de temperatura de hidratação do cimento em pastas e nos ensaios de resistência à compressão e absorção por capilaridade e aspecto econômico em concretos com valores de m de 6,0, 7,5 e 9,0. Pela avaliação dos resultados o teor de adição de 15% e m=7,5 se apresentaram como os que melhor otimizaram as propriedades estudadas nas pastas e concretos ensaiados. Numa fase final realizou-se ensaios complementares em pastas, argamassas e concretos com teor de adição de 15% de cinza e m=7,5. Os resultados mostraram que a cinza de lenha de eucalipto pode ser utilizada como adição ao concreto, com efeito predominante de fíler, em percentual de 15%, trazendo benefícios econômicos, técnicos e ambientais. / Firewood is the main fuel used by various economic sectors of the state and the country, generating large amounts of ash, with most being discarded without a minimum control with risk of contamination of soil and groundwater, and partly dispersed in the atmosphere polluting the air. This study aimed to initiate studies of the feasibility of using the ash collected in the filter multicyclone wood-burning eucalyptus fumotubular boiler to produce steam, for their incorporation into the concrete. The study involved three phases. On the first characterization was carried out by testing the ash chemical, physical, mineralogical, microstructural and environmental impact, concluding that the residue indicated its use as filler in concrete. We performed a statistical analysis with the CaO content and the average diameter, ending up those variables that occur in a stable manner over manufacturing process. A second step we studied the effects of adding the ash levels of addition of 0%, 15%, 30% and 45% in the assays temperature of hydration of the cement pastes and the resistance of the compression and absorption by capillarity and in economics with specific values of m of 6,0, 7,5 and 9,0. For the evaluation of the results the addition content of 15% and m = 7,5 are presented as ones that best optimized properties studied in specific folders and tested. In a final stage took place in testing pastes, mortars and concretes with addition content of 15% ash and m = 7,5. The results showed that ash firewood eucalyptus can be used as an addition to concrete, with predominant effect of fillers, a percentage of 15%, bringing economic, technical and environmental.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, 2009. / Submitted by Lilian M. Silva (lilianmadeirasilva@hotmail.com) on 2013-04-22T00:49:01Z No. of bitstreams: 1 Medição do grau de saturação e a difusão de íons cloreto em concretos executados com cimento de alta resistência inicial.pdf: 4033122 bytes, checksum: 9ffd326bd0acdc2d8ee24a07d511ba0e (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2013-06-03T19:08:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Medição do grau de saturação e a difusão de íons cloreto em concretos executados com cimento de alta resistência inicial.pdf: 4033122 bytes, checksum: 9ffd326bd0acdc2d8ee24a07d511ba0e (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-03T19:08:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Medição do grau de saturação e a difusão de íons cloreto em concretos executados com cimento de alta resistência inicial.pdf: 4033122 bytes, checksum: 9ffd326bd0acdc2d8ee24a07d511ba0e (MD5) Previous issue date: 2009 / A durabilidade do concreto armado é objeto de estudo e preocupação de pesquisadores e engenheiros de diversos países. Objetivando a maior precisão na previsão de vida útil das estruturas de concreto armado, alguns pesquisadores desenvolveram métodos de ensaio, buscando a influência do grau de saturação (GS) na difusão de íons cloreto, comprovando que o valor do GS está ligado diretamente à penetração de cloretos no interior de estruturas próximas à atmosfera marinha. Neste trabalho, foi verificada a variação do grau de saturação para concretos executados com cimento de alta resistência inicial e resistente a sulfato e a influência desta variação na difusão dos íons cloreto, sendo criado, assim, um modelo. Para estabelecer o mencionado modelo, foram moldados corpos de prova com diferentes traços de concreto, contaminados com cloretos, expostos a diferentes graus de saturação e analisados quanto ao teor de cloretos em cada camada de cada corpo de prova. Analisando-se estes perfis, obteve-se o coeficiente de difusão para os graus de saturação de cada traço. Com a moldagem de outros corpos de prova de traços semelhantes aos executados anteriormente e exposição a diferentes orientações solares, foi possível a comparação do grau de saturação com estação do ano, posicionamento geográfico e posição da superfície exposta em relação à superfície de concretagem. De posse dos dados obtidos a partir desses objetivos parciais, foi atingido o objetivo principal, obtendo-se um modelo, ou nomograma, capaz de possibilitar a obtenção do coeficiente de redução do coeficiente de difusão do concreto em função do grau de saturação a partir da resistência estimada do concreto executado com cimento ARI-RS. / The reinforced concrete’s durability is highly studied and also an important concern of researches and engineers from many countries. It’s already proved that the index value is directly bound to chloride’s penetration in the interior of structures near by marine’s atmosphere. Aiming a higher accuracy in forecast of armed concrete’s structures service life, test’s methods were developed by some researchers, with the purpose of seek for the influence of saturation degree on the diffusion of chloride’s ions, proving that the saturation’s degree’s value is directly linked with the chlorides penetration inside structures near the marine atmosphere. On this research, the variation of the saturation degree with the concrete made with high-early strength cement and it’s influence on the diffusion of chloride’s ions were verified, being created then, a model. In order to establish the mentioned model,test specimens were molded with different mixes of concrete which were contaminated with chlorides and also exposed to different saturation degrees and analyzed according to the chlorides content in each layer of each test specimen. By analyzing these profiles, was obtained the diffusion coefficient. By molding other test specimens with similar mixes to the previously made ones and exposing them to different solar orientations, it was able to compare saturation degree, seasons of the year, geographic position and exposed surface position according to the concrete casting surface. Having the data obtained from these partial points, the main point was reached, obtained a model or nomogram capable to give the obtaining of reduction coefficient of diffusion coefficient according to the saturation degree from the estimated strength of concrete made with high-early strength sulfate-resistant cement.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, 2009. / Submitted by Lilian M. Silva (lilianmadeirasilva@hotmail.com) on 2013-04-20T20:31:09Z No. of bitstreams: 1 Estudo de viabilidade de empreendimento sob a ótica da vida útil O caso sobre a modernização do Porto Novo do Rio Grande – RS.pdf: 4308697 bytes, checksum: 19733200872e44b346c9b760ca0923d0 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2013-06-04T16:55:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Estudo de viabilidade de empreendimento sob a ótica da vida útil O caso sobre a modernização do Porto Novo do Rio Grande – RS.pdf: 4308697 bytes, checksum: 19733200872e44b346c9b760ca0923d0 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-04T16:55:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Estudo de viabilidade de empreendimento sob a ótica da vida útil O caso sobre a modernização do Porto Novo do Rio Grande – RS.pdf: 4308697 bytes, checksum: 19733200872e44b346c9b760ca0923d0 (MD5) Previous issue date: 2009 / A identificação do estado de conservação e manutenção, bem como, do obsoletismo funcional do cais do Porto Novo do Rio Grande, permitiu traçar diretrizes para a realização das obras de modernização desta estrutura. Em razãodo tipo de navios que atualmente navegam na costa brasileira, o projeto de modernização prevê a adequação dos berços de atracação e aprofundamento do calado, na linha próxima ao cais. O estudo da viabilidade para realizar tal empreendimento encontra-se alicerçado no potencial de funcionamento, ou seja, vida econômica e vida útil. Este trabalho apresenta relação entre a vida útil das estruturas de concreto, inseridas em ambientes marítimos, e os indicadores de viabilidade para este tempo de vida. São apresentadas as possibilidades de modernizar ou reabilitar cais com muro de gravidade, bem como, os fatores preponderantes na durabilidade de uma estrutura de concreto, como distância da água do mar, permitindo traçar estimativas quanto a vida útil destas estruturas. Estas estimativas estão baseadas, basicamente, no ambiente no qual estão inseridas e nas especificações de projeto como, cobrimento das armaduras e resistência característica do concreto. Foi observado um ganho considerável na vida útil da estrutura ao adotar-se a especificação do concreto com resistências características à compressão (fck) superiores. A partir desta premissa, o estudo dos indicadores de viabilidade foi baseado em duas possibilidades de horizontes: valor do investimento inicial com especificações do projeto utilizando fckigual a 35 MPa, com estimativa de vida útil de 56 anos e, alternativamente, o valor do custo do concreto com fck igual a 40 MPa agregado ao investimento, para o horizonte de 76 anos. Diante do panorama econômico e das séries históricas analisadas que compreendem o volume e tipo de cargas, número de embarcações que utilizam o cais e, das principais cargas movimentadas, foi identificado o volume anual e a mercadoria com maior movimentação, que corresponde a fertilizantes. A partir destas constatações, realizou-se o levantamento provável de despesas e receitas decorrentes da operação exclusiva no cais, compondo o fluxo de caixa do empreendimento, com cenário provável, pessimista e otimista. Os indicadores de viabilidade analisados foram: Valor Presente Líquido, Taxa Interna de Retorno, Índice de Lucratividade e Pay-back. As incertezas e riscos foram analisados através da geração analítica e numérica do VPL, fornecendo parâmetros para a tomada de decisão, com indicativo de viabilidade para a realização dasobras de recuperação e modernização do cais do Porto Novo do Rio Grande no horizonte de 76 anos. / The identification of the state of conservation andmaintenance as well as the functional obsoletism of the dock of Porto Novo do Rio Grande, allowed establish guidelines in order to perform the modernization work of this structure. Because of the type of vessels currently sailing along the Brazilian coast, the modernization project foresees the adequacy of the berthing cradles and deepening the draft in line next to the pier. The study of the feasibility to undertake such enterprise is based on the functioning potential, that is, economic and useful life. This paper presents relationship between the life of concrete structures, inserted in the marine environment, and indicators of viability for this time of life. The opportunities to upgrade or rehabilitate pier with gravity wall are presented as well as the predominant factors in the durability of a concretestructure, such as distance from the sea, allowing trace estimates of useful life of these structures. These estimates are based, basically, on the environment in which they are inserted and the project specifications, such as armor cover and the characteristic strength of concrete. It was observed a considerable gain in the lifetime of the structure by adopting the concrete specification with higher characteristic strength (fck). From this premise, the study of indicators of viability was based on two types of horizons: value of initial investment with the project specifications using fckequal to 35 MPa, estimated useful life of 56 years and, alternatively, the cost value of the concrete with fck equal to 40 MPa aggregated to the investment, for the horizon of 76 years. Considering the economic outlook and the analyzed historical seriesthat comprises the volume and type of loads, number of vessels using the wharf and the main cargo handled, the annual volume and the goods with more movement were identified, whichis fertilizer. From these findings, a survey of likely income and expenditure arising from the exclusive operation on the pier was undertaken, comprising the cash flow of the enterprise, with probable, pessimistic and optimistic scenario. The analyzed indicators of feasibility were: Net Present Value, Internal Rate of Return, Profitability Index and Pay-back. The uncertainties and risks were analyzed through the analytical and numerical generation of NPV, providing parameters for the decision, with an indication of viability to perform the works of rehabilitation and upgrading of Porto Novo Rio Grande's pier on the horizon of 76 years.