O presente trabalho tem como objetivo identificar e analisar parâmetros que influenciam a aderência de matrizes cimentícias a substratos apontando soluções técnicas para a melhoria de tal propriedade. Para tanto, foram desenvolvidos três estudos independentes: primeiro, a elaboração e validação de um modelo matemático com base na restrição geométrica para verificar a contribuição da penetração de partículas em meios porosos. O modelo considera que, após serem lançadas sobre a superfície, as partículas com área de projeção no plano menor ou igual à área do poro podem penetrá-la; segundo, um estudo experimental comparando substratos cimentícios com mesmas características topográficas (rugosidade/porosidade) e diferentes níveis de absorção obtidos mediante tratamentos superficiais: aplicação de silano e lixamento para verificar o efeito da absorção do substrato. O controle da absorção foi realizado por medições do ângulo de contato aparente e ensaios de absortividade; e por último, a influência do teor de ligante da matriz foi avaliada pela substituição de 30% e 60% do cimento por finos calcários, com duas distribuições granulométricas, em argamassas aplicadas sobre blocos cerâmicos. O efeito da aglomeração de partículas foi estudado pela adição de dispersante a base de policarboxilato num teor de 0,02% em relação ao volume total de sólidos. As características reológicas das argamassas foram medidas por reometria rotacional. O desempenho mecânico da interface matriz-substrato foi avaliado pela resistência de aderência ä tração. Os resultados mostraram que a aderência depende de parâmetros mais complexos que a simples absorção do substrato e, consequente ancoragem mecânica pela penetração de partículas nos poros. O uso de partículas finas associadas a dispersantes e tratamentos superficiais do substrato aumentaram aderência pelo acréscimo de contato matriz-substrato. / This study aims to identify and analyse parameters that influence the adhesion among cementitious matrices and substrates pointing out technical solutions to improve this property. The research has been developed by means of three independent studies. The first one concerns the development and validation of a mathematical model, based on geometric constraints, for the estimation of the particles potential penetration in porous media. The model considers particles with projected area less than or equal to the pore area can penetrate the pore. The second study is an experimental comparison among cementitious substrates with same porosity and roughness and different levels of absorption achieved by surface treatment. The application of abrasive methods and a water repellent have been used to manage the effect of the absorption of substrates. The control of wettability and absorption has been carried out by measuring the apparent contact angle and sorptivity. The third one regards the evaluation of binders content in cementitious matrices. Mortars, with two different limestone fines, have been made and applied on red ceramic substrates (clay bricks). The limestone fines, with two different particle size distributions, have been added at rates of 30% and 60% as replacement of binders volume. The agglomeration of particles has been assessed adding a polycarboxylate type admixture (0.02% of total solids volume), whereas the rheological behavior have been determined using a rotational rheometer. The performance of interface between matrix and substrate has been determined measuring the tensile adhesive strength. Results showed that the adhesion depends on parameters more complex than the simple absorption of substrate and the consequent mechanical interlocking of particles into pores. The use of fine particles, combined with the dispersant and with the silane surface treatment increased the adhesion through the increase of the contact area.

O presente trabalho tem como objetivo identificar e analisar parâmetros que influenciam a aderência de matrizes cimentícias a substratos apontando soluções técnicas para a melhoria de tal propriedade. Para tanto, foram desenvolvidos três estudos independentes: primeiro, a elaboração e validação de um modelo matemático com base na restrição geométrica para verificar a contribuição da penetração de partículas em meios porosos. O modelo considera que, após serem lançadas sobre a superfície, as partículas com área de projeção no plano menor ou igual à área do poro podem penetrá-la; segundo, um estudo experimental comparando substratos cimentícios com mesmas características topográficas (rugosidade/porosidade) e diferentes níveis de absorção obtidos mediante tratamentos superficiais: aplicação de silano e lixamento para verificar o efeito da absorção do substrato. O controle da absorção foi realizado por medições do ângulo de contato aparente e ensaios de absortividade; e por último, a influência do teor de ligante da matriz foi avaliada pela substituição de 30% e 60% do cimento por finos calcários, com duas distribuições granulométricas, em argamassas aplicadas sobre blocos cerâmicos. O efeito da aglomeração de partículas foi estudado pela adição de dispersante a base de policarboxilato num teor de 0,02% em relação ao volume total de sólidos. As características reológicas das argamassas foram medidas por reometria rotacional. O desempenho mecânico da interface matriz-substrato foi avaliado pela resistência de aderência ä tração. Os resultados mostraram que a aderência depende de parâmetros mais complexos que a simples absorção do substrato e, consequente ancoragem mecânica pela penetração de partículas nos poros. O uso de partículas finas associadas a dispersantes e tratamentos superficiais do substrato aumentaram aderência pelo acréscimo de contato matriz-substrato. / This study aims to identify and analyse parameters that influence the adhesion among cementitious matrices and substrates pointing out technical solutions to improve this property. The research has been developed by means of three independent studies. The first one concerns the development and validation of a mathematical model, based on geometric constraints, for the estimation of the particles potential penetration in porous media. The model considers particles with projected area less than or equal to the pore area can penetrate the pore. The second study is an experimental comparison among cementitious substrates with same porosity and roughness and different levels of absorption achieved by surface treatment. The application of abrasive methods and a water repellent have been used to manage the effect of the absorption of substrates. The control of wettability and absorption has been carried out by measuring the apparent contact angle and sorptivity. The third one regards the evaluation of binders content in cementitious matrices. Mortars, with two different limestone fines, have been made and applied on red ceramic substrates (clay bricks). The limestone fines, with two different particle size distributions, have been added at rates of 30% and 60% as replacement of binders volume. The agglomeration of particles has been assessed adding a polycarboxylate type admixture (0.02% of total solids volume), whereas the rheological behavior have been determined using a rotational rheometer. The performance of interface between matrix and substrate has been determined measuring the tensile adhesive strength. Results showed that the adhesion depends on parameters more complex than the simple absorption of substrate and the consequent mechanical interlocking of particles into pores. The use of fine particles, combined with the dispersant and with the silane surface treatment increased the adhesion through the increase of the contact area.

O processo de cura de carbonatação acelerada em matrizes cimentícias reforçadas com fibras naturais é um avanço no caminho para a inovação dos materiais compósitos adequados para aplicação nas regiões em desenvolvimento. No entanto, estudos adicionais, sobre o mecanismo da carbonatação em compósitos cimentícios reforçados com fibras naturais, conhecimento para a escolha do tipo de fibra celulósica, os parâmetros da câmara de carbonatação, a idade para começar o processo de cura com carbonatação, a influência da adição mineral e quantificar as fases hidratadas do cimento antes e depois do ensaio de envelhecimento acelerado, e o teste de durabilidade são ainda necessários. O objetivo deste trabalho foi avaliar a definição de parâmetros opcionais para o processo de cura com carbonatação acelerada, identificar as principais fases hidratadas da matriz de cimento e a durabilidade do fibrocimento reforçado com polpa celulosica. As matérias-primas utilizadas para as formulações dos compósitos cimentícios usados nesta investigação incluem: cimento Portland, adição mineral (calcário ou sílica) e reforço de fibra natural (Eucalipto ou Pinus). Os compósitos cimentícios foram produzidas por um processo de sucção a vácuo da mistura e posterior prensagem em pequena escala em laboratório. As condições de cura foram conduzidas em vários conjuntos de amostras, que estudaram o efeito da concentração da carbonatação acelerada (0%, 20% e aproximadamente de 100% de CO2); o efeito de polpa celulósica (não branqueada e branqueada); o efeito da adição mineral (Calcário e Sílica) e, o efeito da durabilidade com o ensaio de envelhecimento acelerado (200 ciclos de imersão e secagem). Utilizou-se uma variedade de métodos de análise para avaliar a cinética de hidratação, as propriedades mecânicas e físicas e as implicações químicas nos compósitos; entre eles: difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TG e DTG), espectroscopia de infravermelho (FTIR), microscopia electrônica de varredura (MEV) e área superficial específica B.E.T. Nos compósitos sob concentrações perto do 100% de CO2, os resultados indicam que os compósitos reforçada com polpa branqueada apresentam nos ensaios de flexão valores médios estatisticamente significativos maiores do modulo de ruptura (MOR) e energia especifica ao redor do 24% comparados com os reforçados com polpa não branqueada. Nos compósitos sob concentrações 20% de CO2 os compósitos de sílica resultarem nos ensaios de flexão em valores médios estatisticamente significativos maiores no limite de proporcionalidade ao redor do 46% comparando com os compostos de calcário; O composto que utiliza sílica como adição mineral tem menor quantidade de hidróxido de cálcio (CH) em comparação com o composto com adição de calcário, com base no resíduo de CH detectado na análise de DRX: 3% e 11,5%, respectivamente. Após o envelhecimento acelerado, os compósitos com sílica sujeitos a dois regimes de cura diferentes (carbonatados e não carbonatados) não apresentam redução estatística do desempenho mecânico, com exceção da energia especifica; também há ausência de ettringite (AFt) no padrão XRD. Entretanto, os compósitos que foram sujeitos ao processo de carbonatação apresentam valores médios de MOR estatisticamente significativos mais elevados. Esta assim concluísse em este estudo que para compósitos cimentícios curados com carbonatação acelerada é indicado o uso de polpa branqueada com a sílica como adição mineral. / Carbonation accelerated curing process on cementitious matrices reinforced with vegetal fiber is an advance on the way for innovative composite materials suitable for application in developing regions. However, further studies on the carbonation mechanism in natural fiber reinforced cement composite, knowledge about the choice of cellulose fiber, carbonation chamber parameters, the age at which to begin the carbonation curing, the influence of mineral addition and the amount of the main hydrated clinker phases before and after of accelerated aging cycles, and durability test are still needed. The aim of this work was to evaluate the definition of optional parameters for accelerated carbonation curing process, the main hydrated phases of the cement matrix and the durability of fiber-cement reinforced with cellulose pulp. The raw materials used for the cementitious composite mix designs used in this investigation include: Portland cement, filler (limestone or silica) and natural fiber reinforcement (eucalyptus or pines). The cementitious composites were produced by a slurry vacuum dewatering process followed by pressing in laboratory small scale. The curing conditions were conducted on various sets of samples which were studied the effect of accelerated carbonation concentration (0%, 20% and close of 100% of CO2); the effect of cellulosic pulp (unbleached or bleached); the filler effect (limestone and silica); and, the effect of accelerated ageing test (200 soak & dry cycles). A variety of analytical test methods were used to assess the hydration kinetics, the mechanical and the physical properties, and chemical implications in the composites; between them: (X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TG and DTG), Infrared spectrometer (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and B.E.T. surface area analyzer. On the samples subject to close 100% of CO2 the results indicate that the bleached pulp reinforcement composites show in flexural test average statistically significant higher values of modulus rupture and specific energy around 24 % relating with unbleached pulp. On the samples subject to 20% CO2 the silica composite resulted in flexural test average statistically significant higher values of Limit of proportionality around 46% comparing with the limestone composite; the composite with silica addition presents less amount of calcium hydroxide (CH) in comparison with the composite with limestone addition, based on the CH residue detected in the XRD analysis: 3% and 11.5% respectively. After accelerated aging, the silica composites subject to two different curing regimes (carbonated and uncarbonated) presents no statistical reduction of mechanical performance, also there is an absence of ettringite (AFt) at XRD pattern; nevertheless, the carbonated composites present a significantly higher average MOR values. Thus, it is concluded in this study that for cementitious composites cured with accelerated carbonation the use of bleached pulp with silica as mineral addition is indicated.

Atualmente, o aproveitamento de resíduos na construção civil tem sido estimulado devido essa atividade ser um dos maiores consumidores de materiais naturais em seus processos e produtos. As cinzas agroindustriais ocupam lugar de destaque dentre os resíduos com possibilidades de aplicação em materiais cimentícios, pois algumas, como a cinza da casca do arroz, apresentam propriedades pozolânicas, contribuindo para a redução do consumo de cimento Portland. Nesse sentido, esta pesquisa teve como objetivo principal a avaliação da viabilidade técnica do uso de cinza agroindustriais em matrizes de cimento Portland, tendo como estudo de caso a cinza da casca da castanha de caju (CCCC). As cascas das castanhas de caju, resíduos da produção das castanhas, são incorporadas novamente ao processo, e, nas caldeiras, irão gerar calor para a decorticação de novas castanhas. A CCCC é o resíduo colhido no fundo da grelha das caldeiras, resultante da queima das cascas de castanhas. Atualmente, esse resíduo é utilizado como adubo em plantações de caju, sendo uma pequena parte destinada à aterros sanitários comuns. Foram realizados ensaios para avaliar a composição físico-química da CCCC; analisar o potencial pozolânico; analisar a retração por secagem e da profundidade de carbonatação de argamassas confeccionados com CCCC; e determinar a capacidade de estabilização/solidificação da CCCC pela matriz cimentícia. A partir dos resultados, pode-se apontar como características principais da CCCC: i) não apresentar potencial pozolânico; ii) favorecer a incorporação de ar em matrizes cimentícias; iii) ocasionar solubilidade de metais pesados e Fenol quando no estado in natura; iv) contribuir para o aumento da retração por secagem e da carbonatação em argamassas; v) liberar Cromo e Sódio mesmo quando estabilizada/solidificada em pastas em teores de até 10% de substituição. Por essas considerações, a CCCC não apresentou viabilidade técnica para uso em matrizes cimentícias. / Nowadays, the use of wastes on civil building has been stimulated for it to be one of most consumers of raw materials in their processes and products. The agroindustrial ashes have a prominent place among the wastes with possibilities of application in cementitious materials, because some ashes, such rice husk ash, have pozzolanic activity, and they contribute to reduce the Portland cement consumption. This work aimed to study the evaluation of technical feasibility of the agroindustrial ashes for use in Portland cement matrices, using the ash of the rind of the cashew nut (ARCN) as case study. The rinds of cashew nut (wastes of nuts\' production) are burned again during the heating process, and in boilers, they will generate heat for shelling other nuts. The ARCN is the waste collected from the boiler grid, resulted from burning of the rind of nuts. This waste is used as compostes in plantings of cashew and a little part of it is dumped in landfill sites. Tests were made for evaluation of physico-chemical composition of ARCN; for analyse of pozzolanic activity; for analyse of drying shrinkage and carbonation in mortars made with ARCN; and the analyse of the stabilization/solidification of ARCN in pastes. After the analyse of results, it may be pointed as main features of ARCN: i) not show pozzolanic activity; ii) to promote air entrainment in cementitious matrices; iii) to cause heavy metals and Phenol solubilization as in raw state; iv) to increase the drying shrinkage and carbonation in mortars; and, v) to let out Chrome and Sodium when stabilizated/solidificated in pastes in levels of replacement until 10%. For all these considerations, the ARCN haven\'t showed technical feasibility for use in cementitious matrices.

O processo de cura de carbonatação acelerada em matrizes cimentícias reforçadas com fibras naturais é um avanço no caminho para a inovação dos materiais compósitos adequados para aplicação nas regiões em desenvolvimento. No entanto, estudos adicionais, sobre o mecanismo da carbonatação em compósitos cimentícios reforçados com fibras naturais, conhecimento para a escolha do tipo de fibra celulósica, os parâmetros da câmara de carbonatação, a idade para começar o processo de cura com carbonatação, a influência da adição mineral e quantificar as fases hidratadas do cimento antes e depois do ensaio de envelhecimento acelerado, e o teste de durabilidade são ainda necessários. O objetivo deste trabalho foi avaliar a definição de parâmetros opcionais para o processo de cura com carbonatação acelerada, identificar as principais fases hidratadas da matriz de cimento e a durabilidade do fibrocimento reforçado com polpa celulosica. As matérias-primas utilizadas para as formulações dos compósitos cimentícios usados nesta investigação incluem: cimento Portland, adição mineral (calcário ou sílica) e reforço de fibra natural (Eucalipto ou Pinus). Os compósitos cimentícios foram produzidas por um processo de sucção a vácuo da mistura e posterior prensagem em pequena escala em laboratório. As condições de cura foram conduzidas em vários conjuntos de amostras, que estudaram o efeito da concentração da carbonatação acelerada (0%, 20% e aproximadamente de 100% de CO2); o efeito de polpa celulósica (não branqueada e branqueada); o efeito da adição mineral (Calcário e Sílica) e, o efeito da durabilidade com o ensaio de envelhecimento acelerado (200 ciclos de imersão e secagem). Utilizou-se uma variedade de métodos de análise para avaliar a cinética de hidratação, as propriedades mecânicas e físicas e as implicações químicas nos compósitos; entre eles: difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TG e DTG), espectroscopia de infravermelho (FTIR), microscopia electrônica de varredura (MEV) e área superficial específica B.E.T. Nos compósitos sob concentrações perto do 100% de CO2, os resultados indicam que os compósitos reforçada com polpa branqueada apresentam nos ensaios de flexão valores médios estatisticamente significativos maiores do modulo de ruptura (MOR) e energia especifica ao redor do 24% comparados com os reforçados com polpa não branqueada. Nos compósitos sob concentrações 20% de CO2 os compósitos de sílica resultarem nos ensaios de flexão em valores médios estatisticamente significativos maiores no limite de proporcionalidade ao redor do 46% comparando com os compostos de calcário; O composto que utiliza sílica como adição mineral tem menor quantidade de hidróxido de cálcio (CH) em comparação com o composto com adição de calcário, com base no resíduo de CH detectado na análise de DRX: 3% e 11,5%, respectivamente. Após o envelhecimento acelerado, os compósitos com sílica sujeitos a dois regimes de cura diferentes (carbonatados e não carbonatados) não apresentam redução estatística do desempenho mecânico, com exceção da energia especifica; também há ausência de ettringite (AFt) no padrão XRD. Entretanto, os compósitos que foram sujeitos ao processo de carbonatação apresentam valores médios de MOR estatisticamente significativos mais elevados. Esta assim concluísse em este estudo que para compósitos cimentícios curados com carbonatação acelerada é indicado o uso de polpa branqueada com a sílica como adição mineral. / Carbonation accelerated curing process on cementitious matrices reinforced with vegetal fiber is an advance on the way for innovative composite materials suitable for application in developing regions. However, further studies on the carbonation mechanism in natural fiber reinforced cement composite, knowledge about the choice of cellulose fiber, carbonation chamber parameters, the age at which to begin the carbonation curing, the influence of mineral addition and the amount of the main hydrated clinker phases before and after of accelerated aging cycles, and durability test are still needed. The aim of this work was to evaluate the definition of optional parameters for accelerated carbonation curing process, the main hydrated phases of the cement matrix and the durability of fiber-cement reinforced with cellulose pulp. The raw materials used for the cementitious composite mix designs used in this investigation include: Portland cement, filler (limestone or silica) and natural fiber reinforcement (eucalyptus or pines). The cementitious composites were produced by a slurry vacuum dewatering process followed by pressing in laboratory small scale. The curing conditions were conducted on various sets of samples which were studied the effect of accelerated carbonation concentration (0%, 20% and close of 100% of CO2); the effect of cellulosic pulp (unbleached or bleached); the filler effect (limestone and silica); and, the effect of accelerated ageing test (200 soak & dry cycles). A variety of analytical test methods were used to assess the hydration kinetics, the mechanical and the physical properties, and chemical implications in the composites; between them: (X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TG and DTG), Infrared spectrometer (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and B.E.T. surface area analyzer. On the samples subject to close 100% of CO2 the results indicate that the bleached pulp reinforcement composites show in flexural test average statistically significant higher values of modulus rupture and specific energy around 24 % relating with unbleached pulp. On the samples subject to 20% CO2 the silica composite resulted in flexural test average statistically significant higher values of Limit of proportionality around 46% comparing with the limestone composite; the composite with silica addition presents less amount of calcium hydroxide (CH) in comparison with the composite with limestone addition, based on the CH residue detected in the XRD analysis: 3% and 11.5% respectively. After accelerated aging, the silica composites subject to two different curing regimes (carbonated and uncarbonated) presents no statistical reduction of mechanical performance, also there is an absence of ettringite (AFt) at XRD pattern; nevertheless, the carbonated composites present a significantly higher average MOR values. Thus, it is concluded in this study that for cementitious composites cured with accelerated carbonation the use of bleached pulp with silica as mineral addition is indicated.

Atualmente, o aproveitamento de resíduos na construção civil tem sido estimulado devido essa atividade ser um dos maiores consumidores de materiais naturais em seus processos e produtos. As cinzas agroindustriais ocupam lugar de destaque dentre os resíduos com possibilidades de aplicação em materiais cimentícios, pois algumas, como a cinza da casca do arroz, apresentam propriedades pozolânicas, contribuindo para a redução do consumo de cimento Portland. Nesse sentido, esta pesquisa teve como objetivo principal a avaliação da viabilidade técnica do uso de cinza agroindustriais em matrizes de cimento Portland, tendo como estudo de caso a cinza da casca da castanha de caju (CCCC). As cascas das castanhas de caju, resíduos da produção das castanhas, são incorporadas novamente ao processo, e, nas caldeiras, irão gerar calor para a decorticação de novas castanhas. A CCCC é o resíduo colhido no fundo da grelha das caldeiras, resultante da queima das cascas de castanhas. Atualmente, esse resíduo é utilizado como adubo em plantações de caju, sendo uma pequena parte destinada à aterros sanitários comuns. Foram realizados ensaios para avaliar a composição físico-química da CCCC; analisar o potencial pozolânico; analisar a retração por secagem e da profundidade de carbonatação de argamassas confeccionados com CCCC; e determinar a capacidade de estabilização/solidificação da CCCC pela matriz cimentícia. A partir dos resultados, pode-se apontar como características principais da CCCC: i) não apresentar potencial pozolânico; ii) favorecer a incorporação de ar em matrizes cimentícias; iii) ocasionar solubilidade de metais pesados e Fenol quando no estado in natura; iv) contribuir para o aumento da retração por secagem e da carbonatação em argamassas; v) liberar Cromo e Sódio mesmo quando estabilizada/solidificada em pastas em teores de até 10% de substituição. Por essas considerações, a CCCC não apresentou viabilidade técnica para uso em matrizes cimentícias. / Nowadays, the use of wastes on civil building has been stimulated for it to be one of most consumers of raw materials in their processes and products. The agroindustrial ashes have a prominent place among the wastes with possibilities of application in cementitious materials, because some ashes, such rice husk ash, have pozzolanic activity, and they contribute to reduce the Portland cement consumption. This work aimed to study the evaluation of technical feasibility of the agroindustrial ashes for use in Portland cement matrices, using the ash of the rind of the cashew nut (ARCN) as case study. The rinds of cashew nut (wastes of nuts\' production) are burned again during the heating process, and in boilers, they will generate heat for shelling other nuts. The ARCN is the waste collected from the boiler grid, resulted from burning of the rind of nuts. This waste is used as compostes in plantings of cashew and a little part of it is dumped in landfill sites. Tests were made for evaluation of physico-chemical composition of ARCN; for analyse of pozzolanic activity; for analyse of drying shrinkage and carbonation in mortars made with ARCN; and the analyse of the stabilization/solidification of ARCN in pastes. After the analyse of results, it may be pointed as main features of ARCN: i) not show pozzolanic activity; ii) to promote air entrainment in cementitious matrices; iii) to cause heavy metals and Phenol solubilization as in raw state; iv) to increase the drying shrinkage and carbonation in mortars; and, v) to let out Chrome and Sodium when stabilizated/solidificated in pastes in levels of replacement until 10%. For all these considerations, the ARCN haven\'t showed technical feasibility for use in cementitious matrices.