Resumo A formação da etringita tardia (DEF) é uma reação expansiva que ocorre no interior do concreto já endurecido, podendo danificá-lo. A DEF é fortemente influenciada pela temperatura, quando acima de 60-65°C, e outros fatores envolvendo a química do cimento, principalmente, características físicas e os materiais constituintes do cimento. O ambiente de exposição ao longo do tempo também promove uma condição propícia para aumentar a deterioração por DEF. As expansões resultantes da formação da etringita tardia são progressivas e podem levar o concreto a microfissuras, afetando seu desempenho e durabilidade ao longo do tempo. Diversas estruturas de concreto são apontadas como severamente atacadas por DEF, sendo necessário um melhor entendimento desta patologia a fim de promover medidas preventivas específicas e adequadas para evitar danos futuros. Além disso, em comparação com a reação álcali-sílica, a DEF ocorre de forma mais rápida e agressiva, e muitas vezes de modo prematuro, dependendo de vários fatores, como tipo de cimento, concreto, condição de exposição, entre outros. Este trabalho envolve uma análise geral do comportamento de concretos com dois tipos de cimentos Portland (cimento de alta resistência e outro cimento pozolânico, com cinza volante) em relação ao processo DEF. Várias informações de estudo laboratorial são apresentadas e discutidas após a indução de DEF por um procedimento específico com cura térmica. As análises envolveram a avaliação das propriedades físicas, mecânicas e expansivas, além do monitoramento microestrutural de amostras de concretos ao longo do tempo. Esses experimentos permitiram detectar altos valores de expansões de DEF (até 1,2%), principalmente no concreto sem pozolana. As propriedades mecânicas foram severamente afetadas por esse processo deletério; com o aumento das expansões, foram constatadas perdas nas propriedades. Considerando níveis de expansão da ordem de 0,5%, a redução foi muito elevada e, em cerca de 1% as perdas foram relevantes tanto para as resistências (tração e compressão) e módulo de elasticidade, de 60% e 80%, respectivamente, na presença de cimento sem cinzas volantes. A microestrutura do concreto indicou formações maciças de etringita bem como microfissuras e a fragilidade da matriz de cimento como consequências da DEF. Por outro lado, a expansão de até 0,2% não promoveu efeitos negativos importantes nas propriedades do concreto, principalmente com o cimento pozolânico testado. Além disso, uma abordagem geral com várias correlações entre as propriedades físicas e mecânicas foi feita para obter diferentes níveis de deterioração do concreto por DEF.

Abstract Delayed Ettringite formation (DEF) is an internal expansive reaction that can damage concrete. DEF is strongly influenced by the temperature, above about 60-65°C, and other factors involving cement chemistry especially, but also its physical characteristics. The exposure environment over time also promotes a condition to increase deterioration from DEF. Expansions results from secondary ettringite formation are progressive and can lead concrete to microcracking impacting its performance and durability over time. Several concrete structures are pointed to be severely attacked by DEF, and test method as well a better comprehension on this pathology is necessary to promote specific and proper preventive measures to avoid future damages. Furthermore, compared to alkali-silica reaction, DEF occurs more readily and aggressively, and sometimes prematurely, depending on several factors, such as type of cement, concrete mix design, exposure conditions, among others. This paper involves an overall analysis of the behavior of concretes with two types of Portland cements (High early-strength cement and a Portland pozzolanic cement, with fly-ash) in relation to DEF process. Several data from a laboratory study where DEF was induced through a specific thermal curing procedure are presented and discussed. The analyses involved the assessment of physical, mechanical, and expansive properties besides microstructural monitoring of samples from concretes over time. These experiments allowed detecting high values of expansions from DEF (up to 1.2%) in the concrete without fly ash. The mechanical properties were severely impacted from this deleterious process; as expansions increased, losses in the mechanic and elastic properties were verified. Expansion levels in the order of 0.5% prompted remarkably high reductions and, at about 1% the losses were relevant for both strengths (tensile and compressive) and modulus of elasticity, of 60% and 80%, respectively, in the presence of cement without fly-ash. Concrete microstructure has indicated massive formations of ettringite as well as micro-cracking and the fragility of the cement matrix because of DEF. On the other hand, expansion up to 0.2% did not promote important negative effects on the properties of concrete, especially with the pozzolanic cement tested. Furthermore, an overall approach with several correlations between physical and mechanical properties was taken to obtain different levels of deterioration for a concrete presenting DEF.

RESUMO No Brasil várias estruturas de concreto tem se mostrado deterioradas precocemente em decorrência da formação tardia da etringita (DEF). Ainda existem muitas lacunas e, em especial, no que diz respeito ao comportamento de materiais cimentícios suplementares e sua eficácia no combate das expansões por DEF. O acompanhamento e controle em obra muitas vezes trazem preocupação futura, pós lançamento dos concretos, haja vista as altas temperaturas atingidas pela geração de calor de hidratação. Diante do exposto, esta pesquisa traz dois estudos de caso brasileiros, nos quais as temperaturas ficaram próximas de 70°C, mesmo na presença de cimento pozolânico e incorporação de metacaulim. No sentido de avançar no entendimento deste processo na presença do metacaulim, e contribuir com o meio técnico, foi desenvolvido um estudo em laboratório em compósitos cimentícios sem e com a incorporação desta adição, em vários teores. Os dados dos concretos observados em campo mostraram que mesmo tendo sido feitos estudos térmicos prévios e alertas quanto à dosagem e geração de calor, quando do seu lançamento, um aumento no consumo de cimento e do metacaulim fez com que as temperaturas suplantassem as previsões térmicas colocando em riscos as estruturas de concreto no tempo no que diz respeito à DEF. Os estudos de expansão realizados até 365 dias em laboratório indicaram que os ensaios em argamassa demoram muito tempo para sinalizar o processo expansivo deletério da DEF. Caso sejam adotadas idades até um ano, riscos existem de considerar teores mitigadores de metacaulim, podendo estes se classificarem como falso negativos. Nas argamassas testadas, a DEF foi identificada pelas análises microestruturais. Assim, estudos complementares em concreto são necessários para um melhor entendimento e delineamento do comportamento expansivo na presença de adições frente ao processo da DEF durante a vida útil das estruturas, além da refrigeração dos materiais e do concreto.

ABSTRACT Several concrete structures in Brazil are suffering prematurely from delayed ettringite formation (DEF). There are still many gaps and about the behavior of supplementary cementitious materials and their effectiveness in mitigating DEF expansions. Furthermore, monitoring and controlling on site often bring future concern after placing concrete in situ given the high temperatures reached by the hydration heat. Given the above, this research presents two case studies of concrete cast with pozzolanic cement and incorporation of metakaolin in which temperatures achieved 70°C. In order to progress the understanding of this deleterious process in the presence of metakaolin and to contribute with the technical community, an experimental research was performed in laboratory to evaluate DEF in cementitious composites with and without of metakaolin at various levels. The data observed in the field showed that temperatures surpassed the preliminary thermal previsions after casting concretes, bringing risks of DEF over time, despite of the previous warnings regarding to the mixtures and generation of heat. Furthermore, laboratory studies carried out up to 365 days have indicated that the mortar tests take a long time to signal deleterious expansion process of DEF. Thus, if ages up to one year are adopted, there are risks of considering levels of metakaolin proper for use that, in fact, are classified as false negatives. Ettringite formations were identified by microstructural analyses in all tested mortars. In this regard, complimentary concrete studies are necessary to better understand and delineation of the expansive behavior in the presence of mineral admixtures against the DEF process during service life of structures, besides concrete and materials cooling.

resumo: A Economia Circular (EC) está progressivamente atraindo o interesse dos stakeholders do setor de construção para apoiar o desenvolvimento de produtos com maior quantidade de materiais recuperados, a fim de diminuir as emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE). O concreto é um dos materiais mais utilizados no mundo e pode ser produzido utilizando resíduos como matéria-prima, incluindo fontes de base biológica, tanto de atividades agrícolas quanto florestais. Esta pesquisa tem como objetivo avaliar as emissões de GEE no ciclo de vida de Bioconcretos de Casca de Arroz (BCA) inovadores em que a Casca de Arroz (CA) e as Cinzas de Casca de Arroz (CCA) são empregadas como soluções circulares. Foram avaliados quatro BCA, considerando a substituição de cimento Portland comum por 8% de CCA e diferentes teores de substituição de areia por CA (0; 5 e 10%). Foi utilizada a metodologia da Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), com escopo do berço ao portão, utilizando o método GWPbio, que contempla a influência do carbono biogênico na redução das emissões. Diferentes cenários de transporte foram avaliados considerando a produção do BCA em diferentes regiões brasileiras. Dois indicadores de desempenho de carbono dos BCA também são avaliados em termos de resistência à compressão e de valores de condutividade térmica. Como principal conclusão, a substituição do cimento por CCA e da areia por CA são estratégias promissoras para a produção de bioconcretos para aplicações específicas para reduzir suas emissões de GEE. No entanto, esse benefício varia de acordo com a disponibilidade de CA, eficiência de transporte e vida útil do BCA. O BCA pode ser considerado uma alternativa potencial para a indústria de concreto, para aplicações específicas, para reduzir as emissões de GEE e pode ser desenvolvido onde o resíduo de arroz é uma fonte disponível. Este estudo contribui ao apresentar um novo material e uma metodologia para a avaliação das emissões de GEE do ciclo de vida dos bioconcretos, que podem promover um setor de construção circular.

abstract: Circular Economy (CE) is progressively attracting interest from construction sector stakeholders to support the development of products with higher amounts of recovered materials in order to decrease greenhouse gas (GHG) emissions. Concrete is one of the most used materials in the world and can be produced using waste as raw materials, including, bio-based sources, from both agricultural and forest activities. This research aims to assess the GHG emissions in the life cycle of innovative rice husk bio-concretes (RBC) in which rice husk (RH) and rice husk ash (RHA) are used as circular solutions. Four RBC, considering ordinary Portland cement replacement by 8% of RHA and, different contents of sand substitution by RH (0; 5 and 10%), were assessed. The Life Cycle Assessment (LCA) methodology was used, with a cradle-to-gate scope, using the GWPbio method, that contemplate the influence of biogenic carbon on the emissions reduction. Different transportation scenarios were evaluated considering the RBC production in different Brazilian regions. The service life of RBC in terms of carbon stock was also evaluated. Two carbon-performance indicators are also evaluated in terms of RBC compressive strength and thermal conductivity values. As the main conclusion, cement replacement by RHA alongside with sand replacement by RH are promising strategies to produce bio-concretes for specific applications, such as panels, partitions and façade elements, and to reduce its GHG emissions. However, this benefit varies according to RH availability, transport efficiency and RBC service life. The RBC can be considered a potential alternative for concrete industry, for specific applications, to reduce GHG emissions and can be developed where rice waste is an available source. This study contributes by presenting a new material and a methodology for the evaluation of life cycle GHG emissions of bio-concretes, which can help to promote a circular construction sector.

resumo: Este estudo envolveu a análise de várias areias naturais para verificar as possíveis causas de manifestações patológicas pela ASR. As análises foram realizadas utilizando as seguintes técnicas: difratometria de raios X, testes acelerados de barra de argamassa (AMBT), a difração de elétrons retroespalhados e as análises químicas elementares, por FEG-SEM / EBSD / EDS. Esses experimentos permitiram identificar a presença de vários compósitos minerais (como microclina, anortita, entre outros), bem como os planos microestruturais-cristalográficos de quartzo (como o tipo Dauphiné). Dos resultados se pode inferir que as múltiplas técnicas utilizadas, especialmente a FEG-SEM/EBSD, mostraram ser promissoras na análise da reatividade potencial de areais para uso em argamassas e concretos de cimento Portland.

abstract: This study involved analyzing several natural sands to ascertain the possible causes for distress due to ASR. The analyses were performed using the following techniques: X-ray diffractometry, accelerated mortar bar tests (AMBT), electron backscattering diffraction and elementary chemistry analyses, by FEG-SEM/EBSD/EDS. These experiments allowed identifying the presence of several mineral composites (such as microcline, anorthite, among others), as well as the microstructural-crystallographic planes of quartz (such as the Dauphiné type). From the results it could be inferred that the multiple techniques used, especially the FEG-SEM / EBSD, proved to be promising in the analysis of the ASR potential of sands for use in Portland cement mortars and concretes.