Abstract Given the environmental impacts associated with the production of conventional Portland cement, the study of special cements with reduced environmental impact has been a trend. In this context, cements containing ye'elimite (YCC) stand out due to their low CO 2 emissions. Despite the environmental advantages, the high demand for aluminum economically limits the production of these cements.An alternative to making its production feasible is using residual raw materials as a source of Al 2 O 3 , such as SFCC (spent fluidized catalytic cracking).In view of this, this work aims to evaluate hydration at the initial age of cements. For this, six clinkers were produced with different ye'elimite contents, with and without SFCC. These were characterized by XRD/Rietveld. The pastes were evaluated by TG/DTG and XRD/Rietveld to understand the hydration mechanism on the third day of these cements. It was possible to synthesize the main phases of YCC, in clinkers with and without SFCC. In addition, at the age evaluated, the pastes with and without SFCC presented comparable phase composition, indicating the potential for co-processing this residue.

Resumo Diante dos impactos ambientais associados à produção do cimento Portland convencional, o estudo de cimentos especiais de reduzido impacto ambiental tem sido uma tendência. Neste contexto, os cimentos contendo ye’elimita (YCC) se destacam devido à baixa emissão de CO2. Apesar das vantagens ambientais, a alta demanda por alumínio limita economicamente a produção destes cimentos. Uma alternativa para viabilizar a sua produção é o uso de matérias-primas residuais como fonte de Al2O3, a exemplo do SFCC (catalizador gasto do craqueamento catalítico de leito fluidizado). Diante disso, este trabalho tem como objetivo avaliar a hidratação na idade inicial de cimentos YCC produzidos a partir do coprocessamento do SFCC. Para isso, foram produzidos seis clínqueres com diferentes teores de ye’elimita, com e sem SFCC. Estes foram caracterizados por DRX/Rietveld. As pastas foram avaliadas por TG/DTG e DRX/Rietveld para compreender o mecanismo de hidratação em idade inicial destes cimentos. Foi possível sintetizar as principais fases dos YCC, nos clínqueres com e sem SFCC. Além disso, na idade avaliada, as pastas com e sem SFCC apresentaram composição de fases comparáveis indicando o potencial de coprocessamento do SFCC neste tipo de cimento.

Resumo A sonicação é amplamente utilizada para dispersão de nanomateriais em matrizes cimentícias. Aditivos superplastificantes à base de policarboxilato (SP) são geralmente incorporados na suspensão aquosa de nanomateriais antes da sonicação para melhorar a dispersão desses materiais. No entanto, o efeito da sonicação na estrutura molecular e no desempenho de dispersão do SP não foi totalmente investigado. Este trabalho avaliou o efeito da sonicação de um SP comercial a 20 kHz, potência de 750 W, amplitude de 50 e 80%, durante 15 e 30 min. Inicialmente, o efeito de sonicação foi avaliado em suspensão aquosa, determinando a distribuição de tamanho do SP (através de espalhamento dinâmico de luz – DLS) e potencial zeta. Posteriormente, as suspensões aquosas de SP foram utilizadas para a produção de pastas de cimento Portland. Foram realizados ensaios reológicos durante os primeiros 120 minutos de hidratação e a resistência à compressão foi avaliada aos 14 e 28 dias. Os resultados do potencial zeta e DLS sugeriram que a sonicação reduz o tamanho das cadeias de SP. Como resultado, a sonicação do SP aumentou a tensão de escoamento dinâmica inicial, a viscosidade e a área de histerese das pastas de cimento. Em contraste, a sonicação SP melhorou seu desempenho de dispersão ao longo do tempo, resultando em pastas com viscosidade reduzida a partir de 80 minutos. Finalmente, a sonicação SP não afetou a resistência à compressão das pastas de cimento aos 14 e 28 dias de hidratação. Em geral, quando o SP é disperso via sonicação juntamente com nanopartículas para aplicação em matrizes cimentícias, o efeito de sonicação do aditivo químico deve ser levado em consideração quando as propriedades de estado fresco do compósito são avaliadas.

Abstract Sonication is widely used for nanomaterials dispersion in cementitious matrices. Polycarboxylate-based superplasticizer (SP) admixtures are usually incorporated in the aqueous nanomaterials suspension before sonication to improve the dispersion of these materials. Nevertheless, the effect of sonicating SP on its molecular structure or dispersing performance has not been fully investigated. This work assessed the effect of sonicating a commercial SP at 20 kHz, 750 W power, 50 or 80% amplitude, during 15 and 30 min. Initially, the sonication effect was evaluated in aqueous suspension by determining the SP size distribution (through dynamic light scattering – DLS) and zeta potential. Subsequently, the aqueous SP suspensions were used for Portland cement paste production. Rheological tests up to 120 minutes and compressive strength at 14 and 28 days were conducted. DLS and zeta potential results suggested that sonication reduce the size of SP chains. As a result, SP sonication increased the initial dynamic yield stress, viscosity, and hysteresis area of cement pastes. In contrast, SP sonication improved its time-dependent dispersing performance, resulting in pastes with reduced viscosity from 80 minutes onwards. Finally, SP sonication did not affect the compressive strength of cement pastes at 14 and 28 days of hydration. Overall, when SP is sonicated together with nanoparticles for application in cementitious matrices, the effect of sonicating the chemical admixture must be considered when the fresh-state properties of the composite are evaluated.

RESUMO A construção de grandes blocos de fundação para edifícios altos tem se tornado comum no país. As altas resistências à compressão dos concretos, aliado ao fato de muitas vezes se tratar de concretos autoadensáveis, geralmente levam à elevados consumos de ligante, possivelmente originando problemas de origem térmica a estes elementos estruturais. Este estudo teve como objetivo avaliar a influência de diferentes adições minerais na elevação da temperatura de concretos massa com elevada resistência à compressão. Para isso, foi utilizado um calorímetro adiabático, o qual simula a condição de um concreto em um regime de cura autógena. As resistências à compressão dos concretos nos regimes de cura autógena e ambiente foram determinadas aos 28 dias. Complementarmente, as pastas que compõem os concretos foram avaliadas através de análise termogravimétrica aos 28 dias, a fim de verificar a influência da temperatura nas reações dos compostos das misturas. Os resultados mostraram que houve uma tendência de menor liberação de calor para os parâmetros °C/MPa e °C/Kg de ligante para o CP III – RS, em relação aos demais ligantes utilizados. A análise termogravimétrica indicou que o tipo de cura não influenciou significativamente na atividade pozolânica e na hidratação do cimento Portland. Por fim, verificou-se que as maiores resistências à compressão para uma mesma relação água/ligante foram obtidas pela combinação de CP V – ARI + metacaulim, pelo fato desta adição mineral apresentar elevada atividade pozolânica. Já na combinação CP V – ARI + sílica ativa, a adição mineral parece ter contribuído de forma predominante pela formação de pontos de nucleação, apresentando pouco consumo de hidróxido de cálcio.

ABSTRACT The construction of large foundation blocks for tall buildings has become common in the country. The high compressive strength of concretes, coupled with the fact that they are often self-compacting concretes, generally lead to high binder consumption, possibly causing problems of thermal origin to these structural elements. The objective of this study was to evaluate the influence of different mineral admixtures on the temperature rise of mass concrete with high compressive strength. For this, an adiabatic calorimeter was used, which simulates the condition of a concrete in an autogenous cure regime. The compressive strengths of the concretes in autogenous and ambient cure regimes were determined at 28 days. In addition, the pastes that composed the concretes were evaluated by thermogravimetric analysis at 28 days, in order to verify the influence of temperature on the reactions of the compounds of the mixtures. The results showed that there was a trend of lower heat release for the parameters °C/MPa and °C/kg of binder for CP III-RS, compared to the other binders used. Thermogravimetric analysis indicated that the type of curing did not significantly influence the pozzolanic activity and the hydration of the Portland cement. Finally, it was verified that the higher compressive strengths for the same water/binder ratio were obtained by the combination of CP V-ARI + metacaulim, because this mineral addition showed high pozzolanic activity. On the other hand, in the CP V - ARI + active silica combination, the mineral admixtures seems to have contributed predominantly to the formation of nucleation points, presenting low calcium hydroxide consumption.

ABSTRACT This work evaluated the efficiency and workability manteinance of a polyfunctional (lignosulfonate-based) and a superplasticizer (polycarboxylate-based) admixture in high-performance pastes (water/cement ratios of 0.30, 0.33 and 0.36) produced with two types of Portland cement (one pozzolanic and one high early strength). The workability of the pastes was evaluated by the mini slump test immediately after mixing, and after 20 and 40 minutes. Furthermore, the mechanical strength of pastes with fixed w/c ratio (0.36) and mini slump (130 mm), produced with the different combinations of cements and admixtures, was evaluated. The results showed that the CP IV+lignosulfonate and CP V-ARI+polycarboxylate mixes presented the best workability maintenance over time. The pastes produced with CP V-ARI presented 28-day strengths about 22% higher than those produced with CP IV, for both admixtures. In turn, the lignosulfonate-containing pastes showed strengths about 10% higher than those produced with the polycarboxylate-based admixture. Overall, it was possible to obtain the same workability for high-performance Portland cement pastes produced with both admixtures and cements; however, the workability mantainance and mechanical strength highly depends on the combination of cement and admixture used.

Resumo Nanotubos de carbono (NTCs) são potenciais candidatos a melhorar o balanço térmico do concreto, reduzindo as tensões internas causadas pelo aquecimento diferencial em elementos maciços de concreto. Quanto maior a relação de aspecto (RA) e o teor de NTCs, maior será a condutividade térmica (CT) esperada. Porém, uma RA elevada pode prejudicar a dispersão adequada do NTCs na matriz cimentícia, potencialmente prejudicando a trabalhabilidade e resistência mecânica do compósito. Este estudo avaliou o efeito do RA (35, 250, 900 e 3500) e teor (0,05% e 0,10%) de NTCs na CT, reologia (squeeze flow) e resistência mecânica das pastas de cimento. Os resultados mostraram que a incorporação de 0,05% NTC aumentou a CT da pasta em até 15% para uma RA de 250, mas o aumento da RA reduziu progressivamente a CT do compósito. Por sua vez, a incorporação de 0,10% NTC não resultou em ganhos significativos de CT. A tensão de escoamento e a viscosidade das misturas aumentaram progressivamente com o aumento do teor de NTC e da RA, em até 119% em comparação com a pasta de cimento sem NTCs. Nenhuma diferença significativa foi observada na resistência à compressão de 28 dias com incorporação de 0,05% NTCs, enquanto 0,10% NTCs levou a pequenas reduções de resistência para algumas misturas. Em relação à resistência à flexão, a incorporação de 0,05% de qualquer um dos NTCs diminuiu a resistência das misturas, enquanto a incorporação de 0,10% geralmente compensou essa redução, exceto pela RA mais baixa. No geral, os NTCs com RA intermediária (~250) foram eficazes em melhorar a condutividade térmica da pasta de cimento, aumentando-a em 15% com teor relativamente baixo (0,05%), enquanto não prejudicou significativamente o desempenho fresco e mecânico do compósito.

Abstract: Carbon nanotubes (CNTs) are potential candidates to enhance the heat balance of concrete, reducing internal stresses caused by differential heating in massive concrete elements. The higher the aspect ratio (AR) and content of CNTs, the greater the expected thermal conductivity (TC). However, high AR may impair the proper dispersion of CNTs in cementitious matrix, potentially harming the workability and mechanical strength of the composite. This work evaluated the effect of the AR (35, 250, 900, and 3500) and content (0.05% and 0.10%) of CNTs on the TC, rheology (squeeze flow), and mechanical strength of cement paste. Results showed that 0.05% CNT increased the TC of paste by up to 15% for AR of 250, but further increasing AR progressively reduced the TC of the composite. In turn, 0.10% CNT incorporation did not result in significant TC gains. The yield stress and viscosity of the mixes progressively increased as CNTs content and AR increased, by up to 119% compared with plain cement paste. No significant differences were observed in 28-day compressive strength with 0.05% CNT incorporation, while 0.10% CNT led to slight strength reductions for some mixes. Regarding flexural strength, 0.05% incorporation of either CNT decreased the strength of the mixes while 0.10% incorporation generally compensated this reduction, except for the lowest aspect ratio. Overall, CNTs with intermediate AR (around 250) was effective in improving the thermal conductivity of cement paste, increasing it by 15% with relatively low content (0.05%) while did not significantly impair the fresh and mechanical performance of the composite.

ABSTRACT The modulus of elasticity of concrete is often calculated as a function of the compressive strength, and as a deterministic value. However, variations in the aggregates properties may result in module values different than those estimated, which may lead to excessive deformation and eventual instability of the structure. In this work, the influence of the coarse aggregate batch variation on the variability of the modulus of elasticity of the concrete was investigated. Three different aggregate sources (one of granite origin and two of gneiss origin), three water/cement ratios (w/c) and five different batches of each aggregate were investigated. The compressive strength and static modulus of elasticity of the concretes were determined at 28 days. The analysis of variance (ANOVA) showed that the variable "batch" had a significant influence on the modulus of elasticity of the concrete, indicating that this property is a probabilistic variable indeed. The normality of the distribution of its values was attested, and values of characteristic modulus of elasticity were proposed, which were from 6 to 10% lower than the mean values. In addition, the use of gneissic aggregates led to modulus of elasticity values 30% higher than those of the concretes with granitic aggregates and equivalent compressive strengths, while the reduction of the w/c ratio from 0.71 to 0.46 increased the modulus of elasticity in about 5%.

Resumo O uso de argamassas estabilizadas vem ganhando espaço devido ao seu potencial de reduções no desperdício e aumento na produtividade. Entretanto, estudos referentes ao emprego deste material em alvenaria estrutural são praticamente inexistentes. Assim, este trabalho investigou a viabilidade técnica do emprego de argamassas estabilizadas com resistências nominais à compressão de 6, 9 e 14 MPa e tempos de armazenamento de 0 e 36 horas, em alvenaria estrutural de blocos de concreto. As propriedades das argamassas foram avaliadas no estado fresco após 0 e 36 horas, através do abatimento do tronco de cone, consistência e plasticidade pelo Gtec teste, e teor de ar incorporado. As resistências à compressão e à flexão das argamassas foram determinadas aos 28 dias. Adicionalmente, foram ensaiados prismas de três fiadas para a determinação da resistência à compressão e módulo de elasticidade, e quatro fiadas para a determinação da resistência à flexão, aos 28 dias. As argamassas de 6 e 9 MPa apresentaram manutenção satisfatório nas propriedades do estado fresco de 0 para 36 horas, e no estado endurecido para ambas as idades de moldagem, opostamente a de 14 MPa. Em relação aos prismas, o aumento do tempo de armazenamento não alterou significativamente as propriedades investigadas, para uma confiabilidade de 95%.

Abstract Ready-mixed mortars have been increasingly used due to their potential for waste reductions and productivity increases. However, research regarding their use in structural masonry applications are practically non-existent. Thus, this work investigated the technical feasibility of using ready-mixed mortars with nominal compressive strengths of 6, 9 and 14 MPa and storage times of 0 and 36 hours in concrete block structural masonry. The fresh state properties of the mortars were evaluated at 0 and 36 hours through the slump test, consistency and plasticity by the Gtec test, and entrained air content. The compressive and flexural strengths of the mortars were determined at 28 days. In addition, three-row prisms were tested for compressive strength and modulus of elasticity, and four-row prisms for flexural strength in the bending test, all at 28 days. The results showed that the 6 and 9 MPa ready-mixed mortars showed satisfactory maintenance of the fresh properties from 0 to 36 hours and adequate hardened properties for both casting ages, in contrast to the 14 MPa mortar. Regarding the prism tests, the increase in storage time did not significantly affect the properties evaluated for a reliability of 95%.

RESUMO A construção de grandes edifícios tem requerido a execução de blocos de fundação de grandes dimensões, com volumes que chegam a milhares de m3 de concreto. Em geral, estas estruturas são executadas em concretos autoadensáveis e/ou de altas resistências, resultando em elevados consumos de aglomerante. Nesses casos, o emprego de cinza volante em substituição ao cimento Portland é uma alternativa bastante difundida, tanto para a redução do calor de hidratação quanto para a mitigação da formação da etringita tardia. Contudo, os elevados consumos de aglomerante geralmente empregados em tais concretos resultam em altas temperaturas, pondo em dúvida a eficácia desta adição mineral para a redução do calor liberado. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo avaliar simultaneamente o efeito da substituição do cimento Portland por cinza volante na elevação adiabática de temperatura e na resistência à compressão de concretos. Para isso, foram produzidos concretos com três classes de resistência à compressão (35, 45 e 55 MPa) e quatro teores de substituição do cimento por cinza volante (0, 15, 30 e 45%). A elevação de temperatura das misturas foi monitorada por um calorímetro adiabático, durante 72 horas. Aos 28 dias, foram determinadas as resistências à compressão de corpos de prova curados no regime adiabático e à temperatura ambiente. Ainda, foram confeccionadas pastas de cimento com as mesmas relações água/aglomerante e teores de substituição de cimento dos concretos, sumbetidas à análise termogravimétrica (TGA) aos 28 dias. Os resultados mostraram que, independente da classe de resistência ou do teor de substituição da cinza volante, os coeficientes de elevação adiabática (correspondente à variação de temperatura dividida pelo consumo de aglomerante/m3 de concreto) foram bastante semelhantes. O regime adiabático promoveu uma redução na resistência à compressão aos 28 dias, na ordem de 10% em comparação à cura à temperatura ambiente. Por fim, a atividade pozolânica da cinza volante foi confirmada pela TGA. Diante dos resultados, pode-se concluir que o emprego de cinza volante em grandes massas de concreto com elevados consumos de aglomerante torna-se uma alternativa pouco eficiente para a redução da liberação de calor. Contudo, seu uso é indicado devido aos benefícios na resistência à compressão e na prevenção da formação de etringita tardia.

ABSTRACT The construction of high buildings has required the execution of pile caps that reach thousands of m3 of concrete. In general, these structures are built using self-compacting and/or high compressive strength concretes, resulting in high binder contents. In these cases, the use of fly ash replacing Portland cement is a well-known alternative, both for the reduction of hydration heat and for the mitigation of delayed ettringite formation. However, the high binder contents generally used in such concretes results in high temperatures, creating an uncertainty about the efficacy of this mineral admixture for the reduction of the hydration heat. Thus, the current work aims to evaluate the effect of the replacement of Portland cement by fly ash in the adiabatic elevation of temperature and in the compressive strength of concretes. In this regard, concretes were produced with three classes of compressive strength (35, 45 and 55 MPa) and four cement replacement ratios by fly ash (0, 15, 30 and 45%). The temperature elevation of the concretes was monitored by an adiabatic calorimeter for 72 hours. At 28 days, the compressive strength of specimens cured in the adiabatic condition and at room temperature were determined. Finally, the pozzolanic activity of fly ash was evaluated by thermogravimetric analysis (TGA). It was found that, regardless of the resistance class or the replacement content of fly ash, the adiabatic elevation coefficients (corresponding to the temperature variation divided by the consumption of binder / m3 of concrete) were quite similar. The adiabatic condition promoted a reduction in compressive strength at 28 days, on the order of 10% compared to curing at room temperature. Also, the pozzolanic activity of fly ash was confirmed by TGA. Considering the results, it can be concluded that the use of fly ash in large masses of concrete with high binder contents becomes an inefficient alternative for the reduction of the heat release. However, its use is indicated because of the benefits in compressive strength and prevention of delayed ettringite formation.