Abstract Silica fume (SF) is the most commonly mineral admixture used for the production of high-strength concrete (HSC) due to its chemical characteristics of pozzolanic reactivity and physical filling effect. The objective of the present work is to compare the SF content by the chemical analysis of the pozzolanic reaction and the physical behavior by particle packing techniques. The first step of the study was to analyze the SF content to consume the calcium hydroxide (CH) produced during the hydration of Portland cement (PC), based on stoichiometric calculations. Then, the SF content for maximum packing density was obtained using analytical particle packing models and experimental tests. The compressive strength of the pastes was also measured. The results showed that the theoretical SF content for consuming CH is 15.6%, replacing PC. According to the packing density analytical models, the ideal SF content is 15% of the total fine materials. However, the experimental results indicated the use of a smaller SF content (10%). This difference between theoretical and experimental results is probably due to the high specific surface of the SF, which results in important surface forces between the grains, particle agglomeration and difficulty in SF densification with water.

Resumo O cimento Portland é considerado o componente de base com o maior impacto ambiental na construção civil, em termos de emissões de CO2. Quanto aos agregados, o processo de cominuição das rochas, além da areia artificial, gera pó de pedra que acaba sendo armazenado ao ar livre, gerando impactos ambientais. Assim, a substituição do cimento por pó de pedra aparece como uma alternativa atraente em direção à dosagem de concretos sustentáveis. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho é determinar a máxima densidade de empacotamento de partículas em pastas compostas por cimento Portland, sílica ativa e pó de pedra, buscando determinar o teor ótimo de substituição do cimento pelo pó de pedra. Além disso, pretende-se verificar a influência do excesso de água na consistência das pastas produzidas. A substituição do cimento por pó de pedra foi feita em teores iguais a 0%, 7%, 14% e 21%, em volume, sendo determinada a densidade de empacotamento analiticamente, pelo modelo CPM. As combinações foram reproduzidas experimentalmente. A consistência das pastas foi verificada com auxílio do mini cone de Kantro. Os resultados demonstraram que o maior teor de substituição do cimento pelo pó de pedra apresentou a maior densidade de empacotamento, experimental e analítica, e a maior trabalhabilidade, permitindo vantagens econômicas e ambientais. Analisando cada material individualmente, o pó de pedra apresentou a maior densidade de empacotamento e a sílica ativa a menor. Partículas finas resultam em menor densidade de empacotamento, devido à maior superfície específica, a qual demanda mais água. A aglomeração aumenta os vazios entre os grãos. Além disso, a fluidez das pastas produzidas aumentou com o acréscimo do teor de pó de pedra. Como o excesso de água é o responsável pela lubrificação da pasta, uma densidade de empacotamento mais elevada colabora para o aumento da fluidez quando o volume de água permanece fixo.

Abstract Cement is considered the basic component with the highest environmental impact in construction, in terms of CO2 emissions. As for the aggregates, the process of comminution of rocks, in addition to artificial sand, generates stone powder that ends up being stored outdoors, generating environmental damages. Thus, the replacement of cement by stone powder appears as an attractive alternative towards the sustainable concretes. In this context, the objective of this paper is to determine the maximum packing density in Portland cement, silica fume and stone dust pastes, to determine the optimal cement substitution content for the stone powder. In addition, it is intended to verify the influence of excess water on the consistency of the mixtures produced. The substitution was done in contents equal to 0%, 7%, 14% and 21% by volume and, for each content, the packing density was determined analytically by CPM model and combinations were reproduced experimentally. Excess water was checked by the mini Kantro cone test. The results showed that the higher cement substitution content of the stone powder obtained the higher packing density, experimental and analytical, and the higher workability, allowing economic and environmental advantages. Analyzing each material, the stone powder resulted in the highest packing density and silica fume is the lowest one. Therefore, finer particles resulted in lower packaging densities, due to the greater specific surface area, which demands more water. The agglomeration resulted in more empty gaps between the grains. In addition, mixtures flowability increased with the increase of the stone powder content. As the excess water is responsible for mixture lubrication, a higher packing density for a given volume of water improves the flowability.

Resumo Os nanotubos de carbono (NTCs) são estruturas de carbono que obtêm forma de cilindros em escala nanométrica. Este trabalho apresenta uma avaliação da adição dos NTCs em concreto de cimento Portland, com foco na importância da realização de dispersão dos NTCs à água com uso do ultrassom antes de sua incorporação a massa de concreto. Para isto, três traços de concreto foram preparados sendo um sem NTC (série de referência) e dois com os NTCs (uma série com dispersão prévia em água e aditivo com o uso de ultrassom e outra sem dispersão). Analisou-se então as propriedades de fluidez, resistência à compressão, tração e absorção de água. O teor de NTC adicionado foi de 0,30% em relação à massa de cimento. Em todos os casos a dispersão prévia dos NTCs usando o ultrassom potencializou o efeito da adição de NTCs, mostrando-se importante para a eficiência deste material, quando adicionado ao cimento.

Abstract Carbon nanotubes (CNTs) are carbon structures which take the shape of cylinders in nanometric scale. This work presents an evaluation in regard to the addition of CNTs in concrete made with Portland cement, focused on the importance of performing the CNTs dispersion in water ultrasound before its incorporation to the concrete mass. Therefore, three concrete mixtures were performed, one without CNT (reference series) and two with CNTs (one mixture with previous dispersion in water and additive using ultrasound and the other without dispersion). Then properties of fluidity, compressive and tensile strength and water absorption were analyzed. The amount of CNT added was 0.30% with respect to cement mass. In all cases, the previous dispersion of CNTs using ultrasound increased the effect of CNTs addition, evidencing the importance of the efficiency of such material when added to cement.

Resumen Los nanotubos de carbono (NTC) son estructuras de carbono que se obtienen en forma cilíndrica a escala nanométrica. Este artículo presenta una evaluación de la adición de NTC a hormigón de cemento Portland, centrándose en la importancia de llevar a cabo la dispersión de los NTC en el agua con el uso del ultrasonido antes de su incorporación en la masa de hormigón. Para ello, se prepararon tres mezclas de hormigón sin NTC (referencia) y dos con NTC (con una serie previa de dispersión en agua y el aditivo con el uso de ondas ultrasónicas y otras sin dispersión). A continuación, se analizaron las propiedades de fluidez, resistencia a la compresión, tracción y absorción del agua. El contenido de NTC añadido fue de 0,30% con respecto a la masa de cemento. En todos los casos, la dispersión previa de NTC usando ultrasonido potenció el efecto de la adición de nanotubos de carbono, siendo importante para la eficiencia de este material cuando se añade al cemento.

A construção de barragens de CCR prioriza a minimização de interferências, como a execução da face de montante, para garantia da produtividade. O estudo procurou avaliar as propriedades físicas do CCR enriquecido com calda, em substituição ao concreto convencional usualmente empregado na face, utilizando os mesmos materiais, central de concreto, mão de obra e equipamentos, empregados na construção da Usina Hidrelétrica Mauá. Para tanto foram feitos prismas experimentais de campo (com diferentes relações água/cimento e quantidades de calda) e posterior extração de testemunhos, os quais foram submetidos a ensaios mecânicos e de permeabilidade. Os resultados mostraram que para relações água/cimento 0,74, o material resultante atendeu às especificações de projeto, para consumos de cimento notadamente menores (entre 70 e 85% do CCV).

The construction of RCC dams emphasizes the minimization of interferences, such as execution of the upstream face, to ensure productivity. The study sought to evaluate the physical properties of the grout enriched RCC, replacing the conventional concrete usually employed in the face, using the same materials, concrete core, labor and equipment used in construction of the Maua Hydro Power Plant. Thus were made site experimental prisms (with different water / cement ratios and grout amounts) and subsequent core drilling, which were subjected to mechanical tests and permeability. The results showed that for grout water / cement ratio 0.74, the resulting material met the design specifications for cement consumption markedly lower (between 70 and 85% of the conventional concrete).