Análise estatística de variáveis influentes na microestrutura e durabilidade de concretos com adições minerais

This study reports the statistical analysis of 7,308 tests performed to determine the effects of different types and contents of mineral additions, water/cement ratios, and axial compressive strength of binary and ternary concrete mixtures with mineral additions on microstructure and durability parameters. Simple and multiple linear regression analyses and analysis of variance indicated that porosity, combined water, and remaining calcium hydroxide have influenced microstructure, whereas carbonation, chloride penetration, and water absorption affected durability. Mineral addition content had the most significant influence, followed by water/cement ratio, addition type, and compressive strength. The statistical results confirm the beneficial effects of mineral additions on concrete properties, which is consistent with a large number of studies reported on the literature.Este trabalho apresenta por meio de análise estatística de 7308 ensaios a significância da influência do tipo e teor de adições minerais, relação água/materiais cimentícios e da resistência à compressão axial de misturas binárias e ternárias de concretos com adições minerais, sobre variáveis que se relacionam com a microestrutura e durabilidade. Por meio de regressões lineares simples e múltiplas e de análise de variância conclui-se que os parâmetros que influenciaram as variáveis dependentes da microestrutura e durabilidade, a partir das variáveis independentes que integraram os modelos gerais das regressões lineares múltiplas, o teor de adição mineral foi o que apresentou maior significância, seguido da relação água/materiais cimentícios, tipo de adição e, por último, resistência à compressão

Viabilidade do emprego de cinza de casca de arroz natural em concreto estrutural. Parte I: propriedades mecânicas e microestrutura

Rice husk needs to be burnt at controlled temperatures and be ground to increase its pozzolanic reactivity, in order to be used in structural concrete. This article examines the use of natural and residual rice husk ash (RHA) burnt without temperature control and without grinding, aiming to simplify the processing of rice husk ash and increase its use in conventional concretes, closed to the location where RHA is produced. This study investigated the order in which materials are added to the mixture and at mixing times so as to obtain better self-grinding performance inside of the drum. Reference concrete mixtures with Portland cement and with 15% and 25% cement mass replacement by natural and ground RHA were tested. The following tests were performed: axial compression strength, tensile strength by diametral compression, elasticity modulus determination, total shrinkage, mercury intrusion porosimetry, chemically combined water and SEM. The analysis of the results indicates the feasibility of replacing 15% cement by natural RHA, without significant loss of tensile strength and elasticity modulus at 28 days, with total recovery at 91 days for concretes with compression strength between 25 and 40 MPa.A casca de arroz, para ser utilizada em concreto estrutural, necessita de queima com temperatura controlada e de moagem prévia para lhe conferir maior reatividade pozolânica. Este trabalho discute o emprego da cinza de casca de arroz (CCA) natural e residual, queimada sem controle de temperatura e sem moagem, de forma a simplificar o processamento da CCA e ampliar seu uso em concretos convencionais, em locais próximos onde é produzido, Estudou-se a sequência de colocação e o tempo de mistura dos materiais na betoneira, para obtenção do melhor desempenho da automoagem no tambor. Foram testadas misturas de concreto de referência com cimento Portland e com 15% e 25% de substituição de cimento, em massa, por CCA natural e moída. Foram realizados ensaios de resistência à compressão axial, tração por compressão diametral, módulo de elasticidade, retração total, porosimetria por intrusão de mercúrio, água quimicamente combinada e MEV. A análise dos resultados revela a viabilidade da substituição de 15% de cimento por CCA natural, com perda não significativa de resistência à tração e módulo de elasticidade a 28 dias, com recuperação total a 91 dias, para concretos com resistências à compressão entre 25 MPa e 40 MPa

Feasibility of using natural rice husk ash in structural concrete. Part I:mMechanical properties and microstructure

A casca de arroz, para uso em concreto estrutural, necessita de queima om temperatura controlada e de moagem prévia para lhe conferir aior reatividade pozolânica. Para simplificar o processamento da inza de casca de arroz (CCA) e ampliar seu uso em locais próximos zido, este trabalho estuda o emprego de CCA natural e residual, queimada sem controle de temperatura e sem moagem, para uso em concretos convencionais. Estudou-se a sequência de colocação e o tempo de mistura dos materiais na betoneira, para obtenção do melhor desempenho da automoagem. Foram testadas misturas de referência com cimento Portland e com 15% e 25% de substituição de cimento, por CCA natural e moída. Foram realizados ensaios de resistência à compressão axial, tração por compressão diametral, módulo de elasticidade, retração total, porosimetria por intrusão de Hg, água quimicamente combinada e MEV. A análise dos resultados revela viabilidade da substituição de 15% de cimento por CCA natural, com perda não significativa de resistência à tração e módulo de elasticidade a 28 dias, com recuperação a 91 dias, para concretos com resistências à compressão entre 25 MPa e 40 MPa.For using in structural concrete the rice husk needs to be burnt with controlled temperature and previous grinding in order to confer more pozzolanic reactivity. To simplify the rice husk ash processing and amplify its use nearby where it is produced, this article studies the using of natural and residual RHA burnt without temperature control and without grinding, for using in conventional concrete. The placement sequence and materials mixture time in the mixer were studied in order to obtain the better performance of its self-grinding. Reference mixtures with Portland cement and with 15% and 25% of the cement replacement by natural and grinding RHA were tested. Axial compression strength, and tensile by diametral compression, elasticity modulus, total shrinkage, Hg intrusion porosimetry, chemically combined water and SEM tests were done. The result analysis shows the viability of replacing 15% of cement by natural RHA, without significant loss of tensile strength and elasticity modulus at 28 days, with recovering at 91 days, for concretes with compression strength between 25 e 40 MPa.Fil: Cechella Isaia, Geraldo. Universidade Federal de Santa Maria; BrasilFil: Guerra Gastaldini, Antonio Luiz. Universidade Federal de Santa Maria; BrasilFil: Meira, Leticia. Universidade Federal de Santa Maria; BrasilFil: Duart, Marcelo. Universidade Federal de Santa Maria; BrasilFil: Zerbino, Raul Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentin

Perspectivas ambientais e econômicas do concreto com altos teores de adições minerais: um estudo de caso

Concrete, the most consumed building material in the world, requires a large amount of natural resources, and its production has a strong impact on the increase of the greenhouse effect. Fly ash and ground granulated blast-furnace slag are highly available industrial by-products, which can replace cement in high contents with significant advantages. This paper presents a case study in which the replacement of cement in 90% by those two mineral additions has reduced costs in 5% in costs, energy consumption in 58%, and CO2 emission in 81%, and increased the durability mean index in 34%. The use of 90% mineral additions in 5.4% (351 Mm³) of the world’s concrete production, from 2005, could save 78Mt of cement, resulting in the maintenance of world cement production at the level of 1.78 Mt/year, without future increases. There would be an annual reduction of 130 Mt on the extraction of raw materials, an economy of 0.4 EJ in energy - the same consumed by Denmark - and a 8.7% reduction of production costs of concrete with 90% of fly ash and blast-furnace slag, compared to conventional Portland cement concrete.O concreto, material de construção mais consumido no mundo, requer elevada quantidade de recursos naturais, e sua produção contribui para o aumento do efeito estufa. Cinza volante e escória granulada de alto-forno são resíduos industriais com grande disponibilidade, podendo substituir o cimento em altos teores com significativas vantagens. Este trabalho apresenta estudo de caso demonstrando que a substituição do cimento pelas duas adições, em até 90%, acarretou diminuição de 5% no custo, 58% no consumo de energia, 81% na emissão de CO2, e aumentou em 34% o índice médio de durabilidade. A simulação do emprego do traço com 90% de adições minerais em 5,4% (351 Mm³) da produção mundial de concreto, a partir de 2005, economizaria 78 Mt de cimento, mantendo a produção atual de cimento no patamar de 1,78 Mt/ano, sem acréscimos futuros. Anualmente, deixariam de ser extraídas 130 Mt de matéria-prima, seriam economizados 0,40 EJ de energia, quantidade igual à consumida pela Dinamarca, e haveria ganho financeiro de 8,7% sobre o custo de produção do concreto com 90% de cinza volante e escória comparado ao concreto com cimento Portland comum

Statistical analysis of influential variables on microstructure and durability of concretes with mineral additions

Este trabalho apresenta por meio de análise estatística de 7308 ensaios a significância da influência do tipo e teor de adições minerais, relação água/materiais cimentícios e da resistência à compressão axial de misturas binárias e ternárias de concretos com adições minerais, sobre variáveis que se relacionam com a microestrutura e durabilidade. Por meio de regressões lineares simples e múltiplas e de análise de variância conclui-se que os parâmetros que influenciaram as variáveis dependentes da microestrutura e durabilidade, a partir das variáveis independentes que integraram os modelos gerais das regressões lineares múltiplas, o teor de adição mineral foi o que apresentou maior significância, seguido da relação água/materiais cimentícios, tipo de adição e, por último, resistência à compressão.This study reports the statistical analysis of 7,308 tests performed to determine the effects of different types and contents of mineral additions, water/cement ratios, and axial compressive strength of binary and ternary concrete mixtures with mineral additions on microstructure and durability parameters. Simple and multiple linear regression analyses and analysis of variance indicated that porosity, combined water, and remaining calcium hydroxide have influenced microstructure, whereas carbonation, chloride penetration, and water absorption affected durability. Mineral addition content had the most significant influence, followed by water/cement ratio, addition type, and compressive strength. The statistical results confirm the beneficial effects of mineral additions on concrete properties, which is consistent with a large number of studies reported on the literature

Retração total e penetração de cloretos em concretos com cimento Portland branco e cinza e escória de alto-forno

The aim of this study was to investigate the influence of the cement replacement content by slag as well the duration of curing on total shrinkage, chloride ion penetration and compressive strength of concretes made with high early-age strength cement and white Portland cement. Water-binder ratios of 0.30, 0.42 and 0.55, curing duration of 3 and 7 days, and cement replacement contents of 0%, 50% and 70% were investigated. In order to analyze the influence of the alkali activation on the properties investigated, a concrete made with 50% white Portland cement replacement content by slag and activated by sodium sulfate (4% of binder mass) was used. Before being immersed in the chloride  solution, the specimens were subjected to a drying period of 91 days. The results obtained revealed that an increase in the slag content decreased the compressive strength and the drying shrinkage values, as well as the depth of chloride penetration in both cements. Reducing the curing duration resulted in greater drying shrinkage and depth of chloride penetration for both cements, regardless of the slag content.Neste trabalho foram investigadas as influências do teor de escória e do período de cura na retração total, na penetração de íons cloretos e na resistência à compressão axial de concretos com cimento Portland de alta resistência inicial e cimento Portland branco estrutural. Adotaram-se relações água/aglomerante de 0.30, 0.42 e 0.55, teores de escória, em substituição ao cimento Portland, de 0%, 50% e 70%, e períodos de cura de 3 e 7 dias. Foi empregada uma mistura com 50% de escória em substituição ao cimento Portland branco, ativada por sulfato de sódio (4% da massa de aglomerante) para analisar a influência do ativador nas propriedades investigadas. Antes de serem imersos em solução salina os corpos-de-prova foram submetidos a um período de secagem de 91 dias. Dos resultados obtidos, constatou-se que o aumento do teor de escória resultou em decréscimo nos valores de resistência à compressão, de retração e de penetração de cloretos para os dois cimentos investigados. A diminuição no período de cura resultou em maiores valores de retração e de penetração de cloretos, tanto no concreto branco quanto no cinza, independentemente do teor de escória utilizado

The feasibility of using natural rice husk ash in structural concrete (part II): durability

Waste incorporated in construction materials should be used, whenever possible, without processing in order to avoid environmental impact and additional costs. Rice husk ash (RHA) is a pozzolan that must be ground before use in order to increase its fineness and reactivity with Portland cement when it is used as a cementitious material. This study investigates natural rice husk ash (NRHA), without processing, replacing 15% of Portland cement, in mass. The NRHA was ground together with the aggregates in the mixer drum. Part I of this study presented the test results regarding microstructure, mechanical strength and shrinkage, including 25% content; Part II presents durability test results (carbonation, chloride penetration, electrical resistivity, water absorption, oxygen permeability and alkali-silica reaction - ASR), compared with a reference concrete with 100% cement and with ground RHA (GRHA). The results showed that it is feasible to use 15% NRHA in concrete, as it presents higher performance when cement with pozzolans is used, and near or even better performance than GRHA mixtures for most of the variables analysed. The study concludes that 15% of NRHA in structural concrete is feasible and produces a more sustainable material.Waste incorporated in construction materials should be used, whenever possible, without processing in order to avoid environmental impact and additional costs. Rice husk ash (RHA) is a pozzolan that must be ground before use in order to increase its fineness and reactivity with Portland cement when it is used as a cementitious material. This study investigates natural rice husk ash (NRHA), without processing, replacing 15% of Portland cement, in mass. The NRHA was ground together with the aggregates in the mixer drum. Part I of this study presented the test results regarding microstructure, mechanical strength and shrinkage, including 25% content; Part II presents durability test results (carbonation, chloride penetration, electrical resistivity, water absorption, oxygen permeability and alkali-silica reaction - ASR), compared with a reference concrete with 100% cement and with ground RHA (GRHA). The results showed that it is feasible to use 15% NRHA in concrete, as it presents higher performance when cement with pozzolans is used, and near or even better performance than GRHA mixtures for most of the variables analysed. The study concludes that 15% of NRHA in structural concrete is feasible and produces a more sustainable material.Fil: Isaia, Geraldo Cechella. Universidade Federal de Santa Maria; BrasilFil: Zerbino, Raul Luis. Provincia de Buenos Aires. Gobernacion. Comision de Investigaciones Cientificas. Laboratorio de Entrenamiento Multidisciplinario para la Investigación Tecnológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Gastaldini, Antonio Luiz Guerra. Universidade Federal de Santa Maria; BrasilFil: Sensale, Gemma Rodrigues. Universidad de la República; Urugua

Viabilidade do emprego de cinza de casca de arroz natural em concreto estrutural (parte II): durabilidade

Os resíduos incorporados aos materiais de construção devem ser usados, se possível, sem processamentos, para evitar o aumento dos impactos ambientais e custos adicionais. A cinza de casca de arroz (CCA) é uma pozolana que deve ser previamente moída, para aumentar a finura e a reatividade com o cimento, quando empregada como material cimentício. Este trabalho estuda cinza de casca de arroz natural (CCAN) sem processamento em substituição parcial de 15% de cimento, em massa, para uso em concreto estrutural, cominuída por moagem conjunta com os agregados no tambor da betoneira. Na parte I desta pesquisa, já publicada, são apresentados os resultados de microestrutura, resistência mecânica e retração, também para o teor de 25%, e nesta parte II são mostrados os dados dos ensaios de durabilidade (carbonatação, penetração de cloretos, resistividade, absorção d’água, permeabilidade ao oxigênio, absorção capilar e reação álcali-sílica – RAS), comparados ao concreto referência com 100% de cimento e, ainda, com CCA moída previamente (CCAM). Os resultados mostram que 15% de CCAN é factível de ser empregado em concreto porque apresenta desempenho superior ao concreto referência, quando usado cimento com pozolanas e próximos ou até superiores às misturas de CCAM, para grande parte das variáveis estudadas. Conclui-se que 15% de CCAN para concreto estrutural é viável e traz maior sustentabilidade

Retração total e penetração de cloretos em concretos com cimento Portland branco e cinza e escória de alto-forno

The aim of this study was to investigate the influence of the cement replacement content by slag as well the duration of curing on total shrinkage, chloride ion penetration and compressive strength of concretes made with high early-age strength cement and white Portland cement. Water-binder ratios of 0.30, 0.42 and 0.55, curing duration of 3 and 7 days, and cement replacement contents of 0%, 50% and 70% were investigated. In order to analyze the influence of the alkali activation on the properties investigated, a concrete made with 50% white Portland cement replacement content by slag and activated by sodium sulfate (4% of binder mass) was used. Before being immersed in the chloride  solution, the specimens were subjected to a drying period of 91 days. The results obtained revealed that an increase in the slag content decreased the compressive strength and the drying shrinkage values, as well as the depth of chloride penetration in both cements. Reducing the curing duration resulted in greater drying shrinkage and depth of chloride penetration for both cements, regardless of the slag content.Neste trabalho foram investigadas as influências do teor de escória e do período de cura na retração total, na penetração de íons cloretos e na resistência à compressão axial de concretos com cimento Portland de alta resistência inicial e cimento Portland branco estrutural. Adotaram-se relações água/aglomerante de 0.30, 0.42 e 0.55, teores de escória, em substituição ao cimento Portland, de 0%, 50% e 70%, e períodos de cura de 3 e 7 dias. Foi empregada uma mistura com 50% de escória em substituição ao cimento Portland branco, ativada por sulfato de sódio (4% da massa de aglomerante) para analisar a influência do ativador nas propriedades investigadas. Antes de serem imersos em solução salina os corpos-de-prova foram submetidos a um período de secagem de 91 dias. Dos resultados obtidos, constatou-se que o aumento do teor de escória resultou em decréscimo nos valores de resistência à compressão, de retração e de penetração de cloretos para os dois cimentos investigados. A diminuição no período de cura resultou em maiores valores de retração e de penetração de cloretos, tanto no concreto branco quanto no cinza, independentemente do teor de escória utilizado