Abstract The potential of using calcined clay as supplementary cementitious material (SCM) stems from the global availability of clayey raw materials. The calcination dehydroxylates kaolinite and forms a reactive amorphous matrix. The kaolinite contained in the raw materials is a pre-indicator of the possible post-calcination reactivity. In the red ceramic industry, raw material is predominantly composed of clays and quartz. The sintered products discarded in this sector, called red ceramic waste (RCW), present, after comminution, the ability to react with lime depending on the kaolinite content contained in the raw material and its physical-chemical and mineralogical characteristics. In this work, the reactivity comparison was made of two samples of calcined clays from raw materials from different poles of ceramics, with varied kaolinite contents, with the respective RCWs. The reactivity tests were: modified Chapelle, Frattini, R³ test, and performance index (ID), with the variation of Portland cement type. The reactivity depends on the kaolinite content contained in the raw material and the BET specific surface area of the comminuted calcined material. The analysis of the results indicated little influence of the heat treatment on the reactivity of the calcined materials.

Resumo A potencialidade do uso de argila calcinada como material cimentício suplementar (MCS) decorre da disponibilidade global de matérias-primas argilosas. A calcinação desidroxila a caulinita e forma uma matriz amorfa reativa. O teor de caulinita nas matérias-primas é um pré-indicador da possível reatividade pós calcinação. Na indústria de cerâmica vermelha, a matéria-prima é composta predominantemente de argilominerais e quartzo. Os produtos sinterizados descartados nesse setor, denominados resíduo de cerâmica vermelha (RCV), apresentam, após cominuição, capacidade de reagir com cal a depender do teor de caulinita contido na matéria-prima e de suas características físico-químicas e mineralógicas. Neste trabalho foi realizada a comparação da reatividade de duas amostras de argilas calcinadas provenientes de matérias-primas de diferentes polos ceramistas, com distintos teores de caulinita, com os respectivos RCVs. Os ensaios dereatividade foram: Chapelle modificado, Frattini,teste R³ eíndice de desempenho (ID), com variação do tipo de cimento Portland. A reatividade foi dependente do teor de caulinita contido na matéria-prima e da área superficial específica BET do material calcinado cominuído. A análise dos resultados indicou pouca influência do tratamento térmico na reatividade dos materiais calcinados.

Abstract This paper presents a dataset construction and data science analysis from the literature results of physicochemical characterization of ordinary Portland cement (OPC). The physicochemical variables included the percentage by mass of calcium oxide (CaO), silicon dioxide (SiO2), aluminum oxide (Al2O3), iron oxide (Fe2O3), magnesium oxide (MgO), sulfuric oxide (SO3), sodium oxide (Na2O), potassium oxide (K2O), titanium oxide (TiO2), free lime (CaOfree), equivalent alkaline (Na2Oeq), loss on ignition, specific surface, density, water-cement ratio, and compressive strength of cement at 28 days. The searching, collection, and assembly of the dataset aimed to evaluate the information related to those variables through exploratory data analysis, enabling a basic understanding of characterization results of OPCs obtained in publications from different types, sources, years, and countries. The dataset provides a useful source of physicochemical characterization of ordinary cement, and the exploratory data analysis provided an understanding of central, dispersion, and data distribution with statistical metrics of each variable and their pair-wise correlations in the assembled dataset. The constructed dataset and its analysis are a starting point to further data, studies, and artificial intelligence models to provide a broader global view of the production and properties of ordinary Portland cement.

Resumo Este artigo apresenta a construção de um conjunto de dados e a análise exploratória de dados a partir dos resultados da literatura de caracterização físico-química do cimento Portland comum (CPC). As variáveis físico-químicas incluíram a porcentagem em massa de óxido de cálcio (CaO), dióxido de silício (SiO2), óxido de alumínio (Al2O3), óxido de ferro (Fe2O3), óxido de magnésio (MgO), óxido sulfúrico (SO3), óxido de sódio (Na2O), óxido de potássio (K2O), óxido de titânio (TiO2), cal livre (CaOfree), equivalente alcalino (Na2Oeq), perda ao fogo, superfície específica, densidade, relação água-cimento e resistência à compressão do cimento aos 28 dias. A busca, coleta e montagem do conjunto de dados teve como objetivo avaliar as informações relacionadas a essas variáveis por meio de análise exploratória de dados, permitindo uma compreensão básica dos resultados de caracterização de CPCs obtidos em publicações de diferentes tipos, fontes, anos e países. O conjunto de dados fornece uma fonte útil de caracterização físico-química de cimento comum, e a análise exploratória de dados forneceu uma compreensão da distribuição central, de dispersão e de dados com métricas estatísticas de cada variável e suas correlações de pares no conjunto de dados montado. O conjunto de dados construído e sua análise são um ponto de partida para novos dados, estudos e modelos de inteligência artificial para fornecer uma visão global mais ampla da produção e propriedades do cimento Portland comum.

RESUMO O uso de agregados reciclados em substituição aos naturais é crescente na construção civil, visando solucionar problemas da indústria da construção com oferta de matéria-prima natural e custo da destinação adequada dos resíduos. Enquanto o uso de agregados graúdos reciclados já é relativamente aceito, a ampliação da utilização de agregado miúdo reciclado ainda depende de mais pesquisas. O presente trabalho teve como objetivo avaliar um agregado miúdo reciclado proveniente de resíduos da construção e demolição (RCD) disponível no Distrito Federal. Para tanto, foram produzidas duas argamassas, uma de referência (ARN), usando todas as frações da areia normal brasileira, e uma usando agregado reciclado (AR1). Essas argamassas foram submetidas à ensaios de resistência à compressão e porosimetria por intrusão de mercúrio aos 3, 7 e 28 dias de cura e ao ensaio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) aos 28 dias. Constatou-se que o uso de agregados reciclados aumentou a porosidade total das argamassas, diminuiu o refinamento da microestrutura porosa e aumentou a espessura de microfissuras encontradas na zona de transição. Como consequência, o desempenho mecânico foi 15% inferior à argamassa de referência em todas as idades.

ABSTRACT The use of recycled aggregates in substitution to natural materials is increasing in civil construction, aiming to solve problems from the construction industry regarding supply of natural raw materials and cost of providing adequate destination for waste materials. While the use of coarse aggregate is already relatively accepted, the viable application of recycled fine aggregate still demands more research. The present work had the objective of evaluating a recycled fine aggregate originated from construction and demolition waste available at Distrito Federal. Therefore, two mortars were produced, one reference (ARN) using all fractions of Brazilian standard sand, and one using recycled aggregate (AR1). Those mortars were subjected to compressive strength tests and mercury intrusion porosimetry at 3, 7, and 28 days of curing, and to scanning electron microscopy, only at 28 days. It was observed that the use of recycled aggregates increased the total porosity of the mortars, decreased the pore structure refinement and increased the width of microcracks located in the transition zone. As a consequence, mechanical performance was 15% inferior to the reference mortar at all ages.

RESUMO Materiais cimentícios suplementares (SCM) têm sido utilizados em formulações cimentícias, sendo responsáveis por melhorias em seu desempenho, sustentabilidade e custo. Dentre esses SCM’s, metacaulim (MK) e nanossílica (NS) foram alvos de diversos estudos com resultados promissores, promovendo aumento de resistência e refinamento da microestrutura. No entanto, o uso combinado desses materiais em pastas de cimento, em especial no que se refere ao comportamento nas idades iniciais, ainda foi alvo de poucos trabalhos. Portanto, o objetivo deste artigo foi avaliar pastas ternárias de metacaulim e nanossílica nas idades iniciais (1, 3 e 7 dias). Para tanto, foram produzidas seis pastas, uma de referência, duas com substituição por NS e três com substituição de 15% de clínquer por teores complementares de NS e MK (0+15%, 1+14% e 2,5+12,5%). Tais teores permitiram comparar o comportamento das pastas ternárias com suas respectivas pastas binárias, avaliando a sinergia entre os materiais. Foram realizados os ensaios de resistência à compressão, análise termogravimétrica (TG/DTG) e calorimetria semi-adiabática, pelo método da garrafa de Langavant. Os resultados mostraram o potencial da combinação desses materiais, com grande aumento da resistência à compressão nas idades iniciais. Os resultados de termogravimetria e calorimetria permitiram caracterizar a hidratação do cimento nesse tipo de mistura. Destaca-se uma aceleração da hidratação e consumo de CH pela reação pozolânica, ambos potencializados nas misturas ternárias. Por fim, foi observado um efeito sinérgico na hidratação promovido pelos dois materiais, resultando no maior valor de resistência à compressão aos 7 dias. No entanto, diferenças encontradas nos resultados das duas pastas ternárias indicam que este efeito sinérgico depende da relação entre os teores de metacaulim e nanossílica na composição das pastas.

ABSTRACT Supplementary cementitious materials (SCM) have been used in cementitious systems, improving performance, sustainability and cost. Among these SCM’s, metakaolin (MK) and nanosilica (NS), have been topic of many studies with promising results, increasing strength and refining microstructure. However, the combined use of these materials in cement pastes, especially regarding the behavior at early ages, has been topic of few studies. Therefore, the objective of this paper was to evaluate ternary pastes with metakaolin and nanosilica at early ages (1, 3 and 7 days). Six pastes were produced, one of reference, two with cement replacement by NS and three with 15% replacement of clinker for complementary contents of NS and MK (0+15%, 1+14% and 2.5+12.5%). These contents enabled a comparison between the behavior of ternary and the respective binary pastes, evaluating the synergy between the materials. Compressive strength, thermogravimetric analysis (TGA) and semi adiabatic calorimetry, by the Langavant method, were performed. Results show the potential of combining these materials, with great improvement of the compressive strength at the early ages. Thermogravimetry and calorimetry results were used to characterize cement hydration in this type of mixture. It was marked by an acceleration and CH consumption by the pozzolanic reaction, both potentialized in the ternary mixtures. Furthermore, a synergistic effect between the materials was observed in the hydration, resulting in the highest compressive strength value at 7 days. However, differences observed in results of the ternary pastes indicate that this synergistic effect depends on the ration between metakaolin and nanosilica content in paste composition.

RESUMO Os materiais cimentícios de alto desempenho podem ser produzidos com a utilização de sílica ativa (SA) e de nanossílica (NS). Devido ao pequeno tamanho de suas partículas, esses materiais tendem a se aglomerar, diminuindo os seus potenciais reativos. Alguns pesquisadores estudaram métodos para dispersar essas partículas como ultrasonicadores e misturadores rotacionais, porém ainda é necessário realizar estudos sobre esses materiais, principalmente sobre o efeito da ultrasonicação da nanossílica coloidal. Dessa forma, esse estudo teve como objetivo avaliar o efeito da ultrasonicação (uso de ultrassom de alta energia) da sílica ativa e da nanossílica coloidal em pastas de cimento. Foram estudadas cinco pastas, sendo uma referência com 100% de cimento Portland CP V-ARI e as outras quatro substituindo 2% e 10% do cimento Portland por nanossílica coloidal e por sílica ativa, respectivamente, em seu estado natural e após a ultrasonicação. Foram realizados os ensaios de resistência à compressão, análise termogravimétrica (ATG), espectroscopia no infravermelho e porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM) nas pastas. Os resultados mostraram que a utilização da NS coloidal em substituição ao cimento Portland aumentou a produção de C-S-H, o refinamento dos poros e a resistência à compressão das pastas, porém a utilização da SA em seu estado natural aumentou o tamanho dos poros e diminuiu o desempenho mecânico das pastas devido à aglomeração de suas partículas. Ao ultrasonicar a SA, houve maior produção de C-S-H, refinamento dos poros e maior resistência à compressão quando comparada com a pasta com SA sem o processo de ultrasonicação, comprovando a efetividade desse método para a dispersão dessas partículas. Apesar disso, a ultrasonicação da NS coloidal não resultou em diferenças significativas na microestrutura e de desempenho mecânico das pastas.

ABSTRACT The high performance cementitious materials can be produced using silica fume (SF) and nanosilica (NS). Due to the small size of their particles, these materials became agglomerate, reducing their reactivity potentials. Some researchers have studied methods of dispersing these particles as ultrasonicators and rotational mixers, but studies on these materials are still needed, especially on the effect of colloidal nanosilica ultrasonication. Thus, this article aimed to evaluate the effect of ultrasonication (use of high energy ultrasound) of silica fume and colloidal nanosilica on cement pastes. Five pastes were investigated, a reference with 100% Portland cement CP V-ARI, and other four replacing 2% and 10% of the Portland cement by colloidal nanosilica and silica fume, respectively, in their natural state and after ultrasonication. The tests of compressive strength, thermogravimetry analysis (TGA), infrared spectroscopy and mercury intrusion porosimetry (MIP) were performed on pastes. The results showed that the use of colloidal NS in substitution of Portland cement increased C-S-H production, pore refinement and compressive strength of the pastes, however the use of SF in its natural state increased the pore size and decreased the mechanical performance of the pastes due to the agglomeration of its particles. By ultrasonication of SF, there was higher C-S-H production, pore refinement and compressive strength when compared to SF paste without the ultrasonication process, proving the effectiveness of this method for the dispersion of these particles. Nevertheless, ultrasonication of colloidal nanosilica did not result in significant differences in the microstructure and mechanical performance of the pastes.

RESUMO O Brasil ainda apresenta um baixo consumo de cimento (260 kg/hab./ano) quando comparado a media mundial (553 kg/hab./ano), aliado ao elevado déficit habitacional e de infraestrutura do país. A expectativa de crescimento populacional aponta para uma retomada do crescimento na produção em médio/longo prazo, aumentando entre 60% e 120%, em 2050 com relação a 2014 (nas variantes de baixa e alta demanda, respectivamente). No entanto, a indústria de cimento é adversamente afetada pela sustentabilidade, representando cerca de 5% das emissões de CO2 do mundo. O Brasil é atualmente uma das referências mundiais na redução da quantidade de clínquer no cimento, para tanto, diferentes adições minerais são usadas para substituir o clínquer na produção de cimentos, e também vem sendo desenvolvido vários estudos para elevar ainda mais o uso dessas adições, o que representa a principal alternativa e desafio do setor na mitigação de suas emissões. A escória de alto forno e a cinza volante já vem sendo utilizadas com esse propósito, entretanto, não têm disponibilidade suficiente para atender a demanda atual do mercado. Pesquisas buscam adições minerais que tenham em abundancia em todo o planeta. A argila calcinada e o filer calcário foram eficientes quando utilizados simultaneamente, dando origem a um novo cimento: o LC³. Esta pesquisa propõe analisar a percentagem de substituição e relação entre as adições que propicie melhor resistência à compressão com maior sustentabilidade dos cimentos LC³. Foram produzidas argamassas, feitas de cimentos com diferentes teores de substituição de clínquer por adições minerais. Os resultados indicam a viabilidade técnica do bom desempenho obtido pelo cimento LC³, capaz de substituir até 45% da quantidade do clínquer, com proporções de substituições de 2:1 e 3:1 (argila calcinada: fíler calcário).

ABSTRACT Brazil still has a low cement consumption (260 kg / inhab./year) when compared to the world average (553 kg / inhab./year), coupled with the country's high housing and infrastructure deficit and the expectation of population growth, points to a resumption of production growth in the medium / long term, increasing between 60% and 120% in 2050 compared to 2014 (in the low and high demand variants, respectively), however, the cement industry is adversely affected by about 5% of the world's CO2 emissions. Brazil is currently one of the world references in reducing the amount of clinker in cement. Therefore, different mineral additions are used to replace clinker in cement production, and several studies have been developed to further increase the use of these additions. , which represents the industry's main alternative and challenge in mitigating its emissions. Blast furnace slag and fly ash are already being used for this purpose, however, they are not sufficiently available to meet current market demand. Research looks for mineral additions that are in abundance all over the planet. The calcined clay and limestone filer were efficient when used simultaneously, giving rise to a new cement, LC³. This research proposes to analyze the percentage of substitution and relation between the additions that provides better compressive strength with greater sustainability of the LC³ cements. Mortars were made of cements with different levels of clinker replacement by mineral additions. The results indicate the technical viability of the good performance obtained by the LC³ cement, capable of replacing up to 45% of the clinker quantity, with substitution ratios of 2: 1 and 3: 1 (calcined clay: limestone.

ABSTRACT The mineralogical change in the sulfides present in many aggregates can affect their stability, which may undermine the performance of the concrete. This is a complex process and there is limited research in this area. In this study, we examined the influence of aggregates containing a high sulfide content on the performance of concrete containing slag cement. The sulfides present in the aggregates were initially identified and quantified. The changes at the microstructural level of the concrete caused by the sulfide-containing aggregates were then examined. These included volume changes, as well as their effect on the compressive strength and modulus of elasticity. The results show that slag cement does not reduce expansion, and it is this expansion that affects the mechanical properties of concrete.