O metacaulim é um material pozolânico que vem sendo pesquisado e adotado em vários países. O metacaulim é constituído basicamente de sílica (SiO) e alumina (Al2O3) na fase amorfa, capaz de reagir com o hidróxido de cálcio Ca(OH) gerado durante a hidratação do cimento Portland, formando produtos hidratados similares aos decorrentes da hidratação direta do clinquer Portland. Esta pozolana acelera o processo de hidratação do cimento, formando silicato de cálcio hidratado (C-S-H) adicional. O conhecimento das características do metacaulim que influenciam a interação com a cal, se faz necessário para subsidiar medidas preventivas com relação ao consumo de portlandita. O presente trabalho visa determinar as características físico-químicas relevantes para o entendimento da atividade pozolânica, avaliando as reações propiciadas pelo metacaulim em sistemas binários. Para este propósito, realizaram-se estudos experimentais em pasta e concreto, usando as técnicas de difratometria de raios X e de termogravimetria. As etapas experimentais consistiram: na caracterização do metacaulim, com ênfase na determinação do teor da fase amorfa; a avaliação da cinética da reação em sistema metacaulim/hidróxido de cálcio e análise da evolução da hidratação de cimento com alto teor de metacaulim. Nos sistemas cimenticios de concretos com diferentes teores de substituição de metacaulim com e sem cal hidratada, foi avaliado o comportamento da resistência à compressão. No metacaulim estudado, o teor da fase amorfa foi de 74,60% e o restante (25,40%) atua como material inerte, e o consumo máximo por atividade pozolânica, foi de 1,34 gr de Ca(OH)/grama de fase amorfa de metacaulim. Na evolução das reações, por atividade pozolânica o C-S-H foi formando gradativamente. A adição de 15% de metacaulim e 5% de cal hidratada em concretos proporcionou um ganho de resistência de 17% a mais em função do concreto de referência. / The metakaolin is a pozzolanic material that has been investigated and adopted in several countries. The metakaolin consists primarily of silica (SiO) and alumina (Al2O3) in the amorphous phase, and can react with calcium hydroxide Ca (OH) generated during hydration of Portland cement to form products similar to those obtained during Portland clinker basic hydration. This pozzolana could accelerate the hydration of cement, forming calcium silicate hydrate (C-S-H) additional. The knowledge of the characteristics of metakaolin that influence the interaction with lime provides the necessary subsidize to prevent excessive consumption of portlandite. This paper aims to determine the physical and chemical relevant characteristics in order to understand the pozzolanic activity, evaluating the responses provided by the metakaolin in binary systems. For this purpose, experimental studies were conducted in paste and concrete, using the techniques of X-ray diffraction and thermogravimetry. The experimental steps consisted of: the characterization of metakaolin, with emphasis on determining the amorphous phase content, this evaluation of the kinetics of the reaction system metakaolin and calcium hydroxide; The analysis of the evolution of the cement hydration with high content of metakaolin. In cementitious systems of concrete with different metakaolin replacement levels with and without hydrated lime, was rated the behavior of the compressive strength. The content of amorphous phase In the studied metakaolim was 74.60% and the remainder (25.40%) acts as an inert material, and the máximum consumption by pozzolanic activity was 1.34 g of Ca (OH)/g amorphous phase of metakaolin. During the evolution of pozzolanic reactions, the C-S-H was gradually formed. The addition of 15% metakaolin and 5% hydrated lime in concrete has a strength gain of 17% more depending on the reference concrete.

O metacaulim é um material pozolânico que vem sendo pesquisado e adotado em vários países. O metacaulim é constituído basicamente de sílica (SiO) e alumina (Al2O3) na fase amorfa, capaz de reagir com o hidróxido de cálcio Ca(OH) gerado durante a hidratação do cimento Portland, formando produtos hidratados similares aos decorrentes da hidratação direta do clinquer Portland. Esta pozolana acelera o processo de hidratação do cimento, formando silicato de cálcio hidratado (C-S-H) adicional. O conhecimento das características do metacaulim que influenciam a interação com a cal, se faz necessário para subsidiar medidas preventivas com relação ao consumo de portlandita. O presente trabalho visa determinar as características físico-químicas relevantes para o entendimento da atividade pozolânica, avaliando as reações propiciadas pelo metacaulim em sistemas binários. Para este propósito, realizaram-se estudos experimentais em pasta e concreto, usando as técnicas de difratometria de raios X e de termogravimetria. As etapas experimentais consistiram: na caracterização do metacaulim, com ênfase na determinação do teor da fase amorfa; a avaliação da cinética da reação em sistema metacaulim/hidróxido de cálcio e análise da evolução da hidratação de cimento com alto teor de metacaulim. Nos sistemas cimenticios de concretos com diferentes teores de substituição de metacaulim com e sem cal hidratada, foi avaliado o comportamento da resistência à compressão. No metacaulim estudado, o teor da fase amorfa foi de 74,60% e o restante (25,40%) atua como material inerte, e o consumo máximo por atividade pozolânica, foi de 1,34 gr de Ca(OH)/grama de fase amorfa de metacaulim. Na evolução das reações, por atividade pozolânica o C-S-H foi formando gradativamente. A adição de 15% de metacaulim e 5% de cal hidratada em concretos proporcionou um ganho de resistência de 17% a mais em função do concreto de referência. / The metakaolin is a pozzolanic material that has been investigated and adopted in several countries. The metakaolin consists primarily of silica (SiO) and alumina (Al2O3) in the amorphous phase, and can react with calcium hydroxide Ca (OH) generated during hydration of Portland cement to form products similar to those obtained during Portland clinker basic hydration. This pozzolana could accelerate the hydration of cement, forming calcium silicate hydrate (C-S-H) additional. The knowledge of the characteristics of metakaolin that influence the interaction with lime provides the necessary subsidize to prevent excessive consumption of portlandite. This paper aims to determine the physical and chemical relevant characteristics in order to understand the pozzolanic activity, evaluating the responses provided by the metakaolin in binary systems. For this purpose, experimental studies were conducted in paste and concrete, using the techniques of X-ray diffraction and thermogravimetry. The experimental steps consisted of: the characterization of metakaolin, with emphasis on determining the amorphous phase content, this evaluation of the kinetics of the reaction system metakaolin and calcium hydroxide; The analysis of the evolution of the cement hydration with high content of metakaolin. In cementitious systems of concrete with different metakaolin replacement levels with and without hydrated lime, was rated the behavior of the compressive strength. The content of amorphous phase In the studied metakaolim was 74.60% and the remainder (25.40%) acts as an inert material, and the máximum consumption by pozzolanic activity was 1.34 g of Ca (OH)/g amorphous phase of metakaolin. During the evolution of pozzolanic reactions, the C-S-H was gradually formed. The addition of 15% metakaolin and 5% hydrated lime in concrete has a strength gain of 17% more depending on the reference concrete.

A utilização de cinza volante na composição de material cimentício o torna mais sustentável, além de conferir à matriz hidratada características peculiares que melhoram o desempenho frente à ação de diferentes agentes deletérios. A principal desvantagem da utilização de pozolana no sistema cimentício é a maior susceptibilidade à carbonatação. A maior taxa de neutralização da solução aquosa dos poros é devida ao teor remanescente menor de portlandita na matriz. O conhecimento das características da cinza volante que influenciam a interação com a cal, é necessário para subsidiar medidas preventivas com relação ao consumo de portlandita. A presente pesquisa objetiva verificar a eficiência da adição de cal hidratada em concreto executado com cimento pozolânico como forma de reduzir a susceptibilidade à carbonatação. As etapas realizadas para cumprir o objetivo abrangem: a caracterização da cinza volante, com ênfase na determinação do teor de fase vítrea; a cinética de reação em sistema de cinza volante e hidróxido de cálcio; a evolução da hidratação, e a decorrente variação microestrutural. Nos sistemas cimentícios de concretos cujas composições são 100% de cimento ou 50% de cimento e 50% cinza volante, com e sem a adição de 20% de cal hidratada, foi caracterizado a microestrutura da camada de cobrimento e o seu desempenho frente à ação do anidrido carbônico, em ensaio acelerado. Na cinza volante estudada, o teor de fase vítrea foi de 57%, e o consumo máximo por atividade pozolânica, função da área específica BET, foi de 0,69 gramas de Ca(OH)2/grama de fase vítrea de cinza volante. No cimento portland pozolânico, este consumo é menor devido à estrutura formada pela hidratação do cimento. A adição de cal hidratada à pasta de cimento e cinza volante, além de aumentar o consumo de cal por atividade pozolânica, restabeleceu, parcialmente, o teor remanescente de portlandita na matriz. A interação da cinza volante com a cal hidratada não interfere no volume total de vazios da matriz hidratada, porém, refina a microestrutura, aumentando o volume de mesoporos. A carbonatação, em concretos com mesma resistência à compressão de 55 MPa, atingiu maior profundidade quando executado com cimento pozolânico. A adição de cal hidratada não foi eficiente em reduzir a susceptibilidade à carbonatação acelerada. / The use of fly ash in the composition of the cementitious material makes it more sustainable, besides conferring to the hydrated matrix peculiar characteristics which improve its performance with relation to the action of different deleterious agents. The main disadvantage of pozzolan utilization in cementious systems is its susceptibility to carbonation. The greatest neutralization rate of the aqueous solution of the cement pore is, generally, attributed to the smallest amount of portlandite remaining in the matrix. It is necessary to widen knowledge about the characteristics of the fly ash which influence the interaction with calcium hydroxide in order to promote preventive measures with regard to portlandite consumption. This current research aims at verifying the efficiency of hydrated lime addition to concrete by using pozzolanic cement as a way of reducing its susceptibility to carbonation. The steps employed to attain this objective include: fly ash characterization with an emphasis on glass content; fly ash and calcium hydroxide systems kinetics; hydration evolution; and the consequent microstructure variation. In cementious systems of concrete whose composition is either 100% cement or 50% cement and 50% fly ash _ with or without 20% addition of hydrated lime _ it was characterized the microstructure of covercrete and its performance with regard to the interaction with carbon dioxide in accelerated testing. In the studied fly ash, glass content was 57% and the maximum consumption per pozzolanic activity, which is function of BET specific surface area, was 0.69 g of Ca(OH)2/g of glass content in the fly ash. As far as pozzolanic Portland cement is concerned, this consumption is smaller due to the structure formed by the cement hydration. The addition of hydrated lime to the cement paste and fly ash, besides increasing the consumption of lime per pozzolanic activity, partially, reestablished the remaining content of portlandite in the matrix. The interaction of the fly ash with the hydrated lime does not interfere in the total volume of void spaces in the hydrated matrix; however, it refines the microstructure by increasing the volume of mesopores. Carbonation in concrete with the same compressive strength of 55 MPa reached its deepest point when performed in pozzolanic cement. The addition of hydrated lime was not efficient at reducing susceptibility to accelerated carbonation.

A utilização de cinza volante na composição de material cimentício o torna mais sustentável, além de conferir à matriz hidratada características peculiares que melhoram o desempenho frente à ação de diferentes agentes deletérios. A principal desvantagem da utilização de pozolana no sistema cimentício é a maior susceptibilidade à carbonatação. A maior taxa de neutralização da solução aquosa dos poros é devida ao teor remanescente menor de portlandita na matriz. O conhecimento das características da cinza volante que influenciam a interação com a cal, é necessário para subsidiar medidas preventivas com relação ao consumo de portlandita. A presente pesquisa objetiva verificar a eficiência da adição de cal hidratada em concreto executado com cimento pozolânico como forma de reduzir a susceptibilidade à carbonatação. As etapas realizadas para cumprir o objetivo abrangem: a caracterização da cinza volante, com ênfase na determinação do teor de fase vítrea; a cinética de reação em sistema de cinza volante e hidróxido de cálcio; a evolução da hidratação, e a decorrente variação microestrutural. Nos sistemas cimentícios de concretos cujas composições são 100% de cimento ou 50% de cimento e 50% cinza volante, com e sem a adição de 20% de cal hidratada, foi caracterizado a microestrutura da camada de cobrimento e o seu desempenho frente à ação do anidrido carbônico, em ensaio acelerado. Na cinza volante estudada, o teor de fase vítrea foi de 57%, e o consumo máximo por atividade pozolânica, função da área específica BET, foi de 0,69 gramas de Ca(OH)2/grama de fase vítrea de cinza volante. No cimento portland pozolânico, este consumo é menor devido à estrutura formada pela hidratação do cimento. A adição de cal hidratada à pasta de cimento e cinza volante, além de aumentar o consumo de cal por atividade pozolânica, restabeleceu, parcialmente, o teor remanescente de portlandita na matriz. A interação da cinza volante com a cal hidratada não interfere no volume total de vazios da matriz hidratada, porém, refina a microestrutura, aumentando o volume de mesoporos. A carbonatação, em concretos com mesma resistência à compressão de 55 MPa, atingiu maior profundidade quando executado com cimento pozolânico. A adição de cal hidratada não foi eficiente em reduzir a susceptibilidade à carbonatação acelerada. / The use of fly ash in the composition of the cementitious material makes it more sustainable, besides conferring to the hydrated matrix peculiar characteristics which improve its performance with relation to the action of different deleterious agents. The main disadvantage of pozzolan utilization in cementious systems is its susceptibility to carbonation. The greatest neutralization rate of the aqueous solution of the cement pore is, generally, attributed to the smallest amount of portlandite remaining in the matrix. It is necessary to widen knowledge about the characteristics of the fly ash which influence the interaction with calcium hydroxide in order to promote preventive measures with regard to portlandite consumption. This current research aims at verifying the efficiency of hydrated lime addition to concrete by using pozzolanic cement as a way of reducing its susceptibility to carbonation. The steps employed to attain this objective include: fly ash characterization with an emphasis on glass content; fly ash and calcium hydroxide systems kinetics; hydration evolution; and the consequent microstructure variation. In cementious systems of concrete whose composition is either 100% cement or 50% cement and 50% fly ash _ with or without 20% addition of hydrated lime _ it was characterized the microstructure of covercrete and its performance with regard to the interaction with carbon dioxide in accelerated testing. In the studied fly ash, glass content was 57% and the maximum consumption per pozzolanic activity, which is function of BET specific surface area, was 0.69 g of Ca(OH)2/g of glass content in the fly ash. As far as pozzolanic Portland cement is concerned, this consumption is smaller due to the structure formed by the cement hydration. The addition of hydrated lime to the cement paste and fly ash, besides increasing the consumption of lime per pozzolanic activity, partially, reestablished the remaining content of portlandite in the matrix. The interaction of the fly ash with the hydrated lime does not interfere in the total volume of void spaces in the hydrated matrix; however, it refines the microstructure by increasing the volume of mesopores. Carbonation in concrete with the same compressive strength of 55 MPa reached its deepest point when performed in pozzolanic cement. The addition of hydrated lime was not efficient at reducing susceptibility to accelerated carbonation.

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-07-06T18:06:59Z No. of bitstreams: 1 Lucas Deivid Sebastiany.pdf: 8514066 bytes, checksum: 55c6d98922fc3fa2ae41d3d5bbccca78 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-06T18:06:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucas Deivid Sebastiany.pdf: 8514066 bytes, checksum: 55c6d98922fc3fa2ae41d3d5bbccca78 (MD5) Previous issue date: 2014-09-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PRONEM - Programa de Apoio a Núcleos Emergentes / PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares / Ao longo dos últimos anos, o setor da construção civil tem incorporado em seus insumos boa parte dos resíduos de indústrias metalúrgicas e energéticas e, mais recentemente, vem buscando formas de incorporação de outros resíduos provenientes do setor primário (cinza do bagaço de cana-de-açúcar e de casca de arroz), do setor cerâmico (cerâmica branca, cerâmica vermelha) e da própria indústria da construção (resíduos de construção e demolição). Partindo deste contexto e, tendo em vista o pólo cerâmico existente no Estado do Rio Grande do Sul, este trabalho buscou analisar o potencial pozolânico de argilas vermelhas calcinadas em temperaturas distintas (700°C, 900°C e 1000°C), comparando-as com outro tipo de argila calcinada utilizada no trabalho como referência comercial, o metacaulim. O trabalho foi desenvolvido reproduzindo-se os métodos propostos pela NBR 5751/2012 e NBR 5752/2012, bem como os métodos modificados destas normas (mantendo-se a relação água/aglomerante constante), além do Método de Luxàn. O consumo de Ca(OH)2 foi determinado por termogravimetria (TG) e pela derivada da TG (DTG). O material pozolânico oriundo do processamento destas cerâmicas foi caracterizado quanto à composição química, por Fluorescência de Raios-X e EDS, quanto à mineralogia, através de difrações de Raios-X, e quanto à composição física, através da superfície específica (BET), granulometria a laser e perda ao fogo. Os resultados obtidos através dos métodos utilizados indicaram maior atividade pozolânica das amostras de metacaulim. Dentre as cerâmicas vermelhas, destacam-se as argilas calcinadas a 700°C que apresentaram resultados satisfatórios de pozolanicidade. No que tange à avaliação entre os métodos de determinação da atividade pozolânica utilizados, percebe-se que há uma boa correlação entre as análises termogravimétricas, método de Luxàn e método modificado da NBR 5752/2012, porém, não há correlação entre estes e os métodos propostos pelas normas NBR 5751/2012 e 5752/2012. / Along the last few decades the civil construction industry has been using many residues from the metallurgical and energetic industries. More recently, it has been looking for different ways of incorporating other residues originated by the primary sector (as ashes from sugar cane and rice husk), the ceramic sector (white and red ceramic) and the construction industry itself (construction and demolition wastes). Considering the strong ceramics sector in the State of Rio Grande do Sul, this project aims to investigate the pozzolanic potential of red clays after calcination in different temperatures (700ºC, 900ºC and 1000ºC), comparing them to a commercial reference, the metakaolin. There were used two methods, proposed by NBR 5751/2012 and NBR 5752/2012, two others modified methods based on these testing procedures, but adopting a fixed water/cement ratio and the Luxàn method. The Ca(OH)2 consumption was determined by thermogravimetry (TG) and by the derivate of TG (DTG). The characteristics of the ceramic pozzolans were determined after crushing, using X-ray fluorescence, EDS, X-ray diffraction, measurement of specific surface area (BET), laser granulometry particle size analyse and loss due to fire. The metakaolin samples had the higher pozzolanic activity. The ceramics calcinated at 700ºC had the best results on the ceramics samples. There are a high co-relation between the thermogravimetric analysis, the Luxàn method and the NBR5752/2012 modified method, but there is no correlation with the methods proposed by NBR 5751/2012 and NBR 5752/2012.

Due to high rates of emissions of carbon dioxide released in cement production, an alternative to minimize this pollution is the use of rice husk ash in concrete as partial cement replacement. This research aims to investigate the technical feasibility, and the mechanical properties of the use of rice husk ash in concrete for structural purposes. Rice husk ash content to 15% by mass replacement of cement CPII-Z and CPIV were used in natural state and ground in a ball mill and compared with the reference concrete, with three water/binder relationships: 0.45; 0.55 and 0.65. Mechanical strength tests by axial compression and diametral compression at ages 28 and 91 days and elasticity modulus at 28 days were performed. The 28 days results indicated axial compression strength, modulus of elasticity and diametrical compression strength below the reference at 91 days and the concrete results with mineral admixtures were similar to the reference concrete. The mixtures containing CPII-Z, presented higher axial compressive strength than CPIV, because the higher cement consumption compared with the CPII-Z with the same w/b relationship. This fact coupled with the presence of high levels of fly ash, classifies cement CPIV with resistance to higher environmental aggressiveness, which represents more durability and useful life. It was found that mixtures containing CCAN reduced axial compressive and diametral strength compared with CCAM, because of the smaller chemical reactivity and bigger particles of CCAN compared with ground rice husk ash. These differences between the mixtures were not relevant, being about 10% and consumption of about 20 kg/m³ in relation to the same w/b compared with mixtures of CCAM for the two cement types. In conclusion, the results of the tests show that there is technical feasibility for the use of natural rice husk ash in structural concrete due to the differences observed with the ground mixtures were negligible. The values obtained in the tests were satisfactory for natural rice husk ash and ground rice husk ash with sligth advantage for the latter compared to first one, because both developed axial compressive and diametral strength and elasticity modulus similar to the reference concretes. These results reveal the greater sustainability to the concrete utilizing agriculture by-products, contributing to reducing the pollutants emissions and the global warming, due to decreased use of clinker in the mixtures. / Devido às altas taxas de emissão de dióxido de carbono liberado na produção do cimento, uma alternativa para minimizar esta poluição é o uso parcial de cinza de casca de arroz no concreto em substituição ao cimento. Esta pesquisa teve o objetivo de investigar a viabilidade técnica, quanto às propriedades mecânicas do emprego de cinza de casca de arroz natural (sem moagem) e moída, em concretos para fins estruturais. Foram utilizadas cinza de casca de arroz com teor de 15% em substituição em massa de cimento CPII-Z e CPIV, nas formas moída em moinho de bolas e natural (sem beneficiamento), e comparadas com o concreto de referência, com três relações água/aglomerante: 0,45; 0,55; e 0,65. Foram executados os ensaios de resistência por compressão axial e compressão diametral nas idades de 28 e 91 dias e módulo de elasticidade aos 28 dias. Os resultados aos 28 dias indicaram resistências axiais, módulo de elasticidade e resistência por compressão diametral inferiores ao de referência; aos 91 dias, os resultados dos concretos com adições minerais foram semelhantes ao concreto de referência. As misturas com cimento CPII-Z apresentaram resistências à compressão axial superiores com CPIV, este com consumo de cimento maior nas relações a/ag do que o anterior. Tal fato, aliado com a presença de altos teores de cinza volante, classifica o cimento CPIV com maior resistência à agressividade ambiental de agentes deletérios como cloretos e carbonatação, o que representa maior durabilidade frente aos agentes agressivos. Também foi constatado que as misturas com CCAN tiveram menores resistências mecânicas comparadas com CCAM, em razão de a CCAN possuir partículas maiores e reatividade química menor do que a cinza moída. Estas diferenças entre os dois tipos de misturas não se revelaram significativas, ficando em aproximadamente 10%, e consumo, em torno de 20 kg/m³ em igualdade de relação a/ag se comparadas com as misturas de CCAM para os dois tipos de cimentos. Como conclusão, os resultados obtidos nos ensaios revelam que existe viabilidade técnica para o emprego de cinza de casca de arroz natural no emprego em concreto estrutural, em razão de as diferenças constatadas com as misturas com CCA moída terem sido pouco significativas. Os valores obtidos nos ensaios foram bastante próximos, tanto para cinza de casca de arroz natural como moída, com vantagem para esta última, pois ambas desenvolveram resistências à compressão axial, módulos de elasticidade e resistências por compressão diametral similares ao concreto de referência. Estes resultados contribuem para conferir maior sustentabilidade ao concreto pelo aproveitamento de subprodutos da agricultura, contribuindo para diminuir a emissão de poluentes na atmosfera e o efeito estufa, devido à diminuição do uso de clínquer nas misturas.