Abstract The production of eco-efficient cement-based materials is essential to reduce CO2 emissions from the construction industry. A substantial reduction in global CO2 emissions can be achieved by using clinker in mortar and concrete more efficiently and using low-CO2 minerals as partial replacements for Portland cement. However, the proportioning of eco-efficient composites is complex and the reduction in clinker content may affect its properties. This paper aims to optimize the mix design of high-strength mortars containing supplementary cementitious materials (limestone filler, fly ash, metakaolin, silica fume). The compressible packing model associated with a simplex mixture design were used together with chemical parameters, to limit the amount of active SCMs for the model iterations. The results show a significant decrease in the environmental impact of the mortars, which presented compressive strengths between 76 and 118 MPa at 91 days and binder indexes between 10 and 15 kg/m3/MPa. The reactivity of the SCMs (based on the modified Chapelle test) were successfully used to establish the Portland cement substitution (up to 13%), preventing the presence of unreacted SCMs and optimizing the use of limestone filler and sand, which have a lower environmental impact. The high-performance blends reached 8.73 kg CO2e/MPa, up to a 30% reduction in CO2e emissions compared to the mortar with only Portland cement. ecoefficient eco efficient cementbased based CO industry lowCO2 lowCO low low-CO However properties highstrength high strength ash metakaolin fume. fume . fume) parameters iterations 7 11 9 1 kgm3MPa kgmMPa m3 m kg/m3/MPa test 13%, 13 13% , 13%) sand highperformance performance 873 8 73 8.7 CO2eMPa COeMPa e CO2e/MPa 30 COe kgm 87 8. eMPa 3

Resumo A produção de materiais ecoeficientes à base de cimento é essencial para reduzir as emissões de CO2 na indústria da construção civil. Pode-se alcançar reduções importantes nas emissões globais de CO2 pelo uso mais eficiente do clínquer em argamassas e concretos, e pela utilização de adições minerais de baixo teor de CO2 como substitutos parciais do cimento Portland. No entanto, a dosagem de compósitos ecoeficientes é complexa e a redução do teor de cimento pode afetar suas propriedades. Este artigo tem como objetivo otimizar a dosagem de argamassas contendo adições minerais (fíler de calcário, cinza volante, metacaulim, sílica ativa). O modelo de empacotamento compressível associado a um planejamento de mistura simplex foi utilizado juntamente com parâmetros químicos, para limitar a quantidade de adições minerais reativas para as iterações do modelo. Os resultados mostram uma redução significativa no impacto ambiental das argamassas, que apresentaram resistências à compressão entre 76 e 118 MPa aos 91 dias e índices de ligante entre 10 e 15 kg/m3/MPa. A reatividade das adições minerais (baseada no teste de Chapelle modificado) foi utilizada com sucesso para estabelecer a substituição do cimento Portland (até 13%), evitando a presença de adições minerais sem reagir e otimizando o uso de fíler calcário e areia, que apresentam menor impacto ambiental. As misturas de alto desempenho atingiram 8,73 kg CO2e/MPa, redução de até 30% nas emissões de CO2 comparativamente às argamassas contendo apenas cimento Portland. CO civil Podese Pode se concretos entanto propriedades volante metacaulim ativa. ativa . ativa) químicos 7 11 9 1 kgm3MPa kgmMPa m3 m kg/m3/MPa baseada modificado 13%, 13 13% , 13%) areia 873 8 73 8,7 CO2eMPa COeMPa CO2e CO2e/MPa 30 kgm 87 8, eMPa COe 3

Abstract Wet packing methods evaluate the packing density of fine materials through the determination of the apparent density and voids content of pastes with different water to solids (w/s) ratios. Its goal is to estimate the minimum water demand to achieve the maximum solids concentration in the mixture, a parameter applied to the mix design of cementitious composites based on particle packing theories. Since most methods based on apparent density are time-consuming and require a high volume of materials, this paper aims to evaluate the mixing energy method as an alternative for the wet packing method and to adapt it to be used for SCMs (supplementary cementitious materials). With a reduced time and material to perform the test, results demonstrate a better precision of the mixing energy due to its discrete measurement. The ideal water flow and initial volume of materials to perform the test on cement and SCMs are discussed. w/s ws w s (w/s ratios mixture theories timeconsuming consuming supplementary materials. . materials) measurement discussed

Resumo Os métodos de empacotamento via úmida avaliam a densidade de empacotamento de materiais finos através da determinação da densidade aparente e teor de vazios de pastas com diferentes relações água/sólidos (a/s). Seu objetivo é estimar a demanda mínima de água para atingir a concentração máxima de sólidos na mistura, um parâmetro aplicado à dosagem de compósitos cimentícios utilizando teorias de empacotamento de partículas. Como a maioria dos métodos baseados na densidade aparente são demorados e requerem um grande volume de materiais, este trabalho visa avaliar o método de energia de mistura como uma alternativa ao método de empacotamento via úmida e adaptá-lo para ser usado para MCSs (materiais cimentícios suplementares). Com um tempo reduzido e menor quantidade de material realizar o teste, os resultados demonstram uma melhor precisão do método da energia de mistura, devido à sua medição discreta. O fluxo de água ideal e o volume inicial de materiais para realizar o teste em cimento e MCSs são discutidos. águasólidos a/s. as a/s . s (a/s) partículas adaptálo adaptá lo suplementares. suplementares suplementares) discreta discutidos (a/s

Resumo Um dos principais parâmetros utilizados no monitoramento da corrosão do aço em estruturas de concreto armado é a resistividade elétrica. O objetivo deste estudo é comparar a resistividade elétrica medida pelo método dos quatro eletrodos com a que pode ser calculada mediante os resultados do ensaio de migração de cloretos, baseada nas leis de Ohm. Dessa forma, é possível validar a obtenção dessa propriedade por meio dos resultados do ensaio de migração de cloretos. Para isso, foram moldados corpos de prova de concreto com a substituição parcial do cimento Portland, no teor de 10% em massa, pelas seguintes adições pozolânicas: sílica ativa, cinza da casca do arroz, metacaulim e cinza volante. Os resultados mostraram que as adições pozolânicas influenciaram os valores de resistividade elétrica obtidos, e amostras contendo adições mais reativas atingiram resistividades elétricas superiores às do traço de referência. A comparação das técnicas indicou que os valores não foram significativamente diferentes entre si. Isso implica que a resistividade elétrica do concreto pode ser obtida de forma confiável quando se realiza o ensaio de migração de íons cloretos.

Abstract One of the main parameters used for the monitoring of steel corrosion in reinforced concrete structures is electrical resistivity. This study aims to compare the electrical resistivity measured by the four-electrodes method with the resistivity calculated by the chloride migration test, based on Ohm's laws. In this way, it would be possible to validate obtaining this property by chloride migration test results. For this purpose, concrete specimens were cast with the partial replacement of Portland cement, 10% by mass, by the following supplementary cementitious materials: silica, rice husk ash, metakaolin and fly ash. The results showed that the supplementary cementitious materials have an influence on the electrical resistivity values obtained, and samples containing more reactive additions reached electrical resistivities higher than the reference mix sample. A comparison of the techiques indicated that the values did not differ significantly. That implies that the electrical resistivity of concrete can be reliably obtained by performing the chloride ion migration test.

Resumo A cerâmica vermelha, devido à baixa resistência à compressão e alta porosidade, dificulta sua utilização como agregado artificial na produção de argamassas e concretos. No entanto, por possuir uma composição rica em silício, o material cerâmico dos blocos e telhas foi estudado como possível adição pozolânica no concreto e também como matéria-prima em ligantes álcali-ativados. O objetivo deste trabalho é avaliar o teor de hidróxido de cálcio (portlandita) fixado na reação de álcali ativação e a microestrutura das misturas formadas pelos resíduos de cerâmica vermelha provenientes de resíduos de construção e demolição (RCD) e cal hidratada, variando a razão atômica entre os silício e cálcio das misturas. Os resultados indicam que uma maior disponibilidade de cal está diretamente relacionada ao teor de compostos hidratados e à porosidade. O aumento da relação silício/cálcio resultou em uma redução no teor de cal disponível em 40% e em um aumento, em volume, de microporos em 7%.

Abstract Red ceramics, due to the low compressive strength and high porosity, make it difficult to use it as an artificial aggregate in the production of mortars and concretes. However, since it has a silicon-rich composition, the ceramic material from blocks and tiles has been studied as a possible supplementary cementitious material in concrete and also as a raw material in alkali-activated binders. This paper aims to evaluate the content of calcium hydroxide (portlandite) fixed in the alkali activation reaction and the microstructure of red clay waste from construction and demolition waste (CDW) and hydrated lime mixtures, varying the atomic ratio between the silicon and the calcium. The results indicated that higher availability of lime is directly related to the content of hydrated compounds and its porosity. The increase in the silicon/calcium ratio resulted in a reduction of available lime content by 40% and an increase, in volume, of micropores by 7%.

Resumo O monitoramento estrutural pode detectar anomalias no tempo, permitindo a implementação de ações de manutenção e reparação mais eficientes em estruturas de obras de arte. Uma alternativa no monitoramento e avaliação de estruturas em engenharia civil é a utilização de fibras óticas inscritas com redes de Bragg (FBG ou Fiber Bragg Grating). Este trabalho visa comparar as técnicas disponíveis para estimar o módulo elástico de compósitos cimentícios, bem como contribuir para a aplicação de sensores de fibra ótica na avaliação da tensão, frequência natural de vibração, coeficiente de amortecimento e módulo elástico de vigas de argamassa. Os sensores FBG fabricados e calibrados pelos autores apresentaram uma boa precisão na medição destes parâmetros em amostras de argamassa. Os resultados mostram que os sensores FBG e strain gauges apresentam resultados semelhantes para a deformação específica e estimativa do módulo elástico (estático e dinâmico), portanto, FBGs nuas poderiam ser investigadas mais detalhadamente em testes não-destrutivos.

Abstract Structural health monitoring can detect anomalies in time, allowing the implementation of more efficient maintenance and repair actions in special engineering structures. An alternative in the monitoring and evaluation of structures in civil engineering is the use of optical fibers inscribed with Bragg gratings (FBG or Fiber Bragg Grating). This paper aims to compare available techniques to estimate the elastic module of cementitious composites, as well as contribute to the application of optical fiber sensors in the monitoring of strain, natural vibration frequency, damping coefficient and elastic modulus of mortar beams. The FBG sensors manufactured and calibrated by the authors presented a good precision for measuring those parameters in mortar samples. The results show that FBG sensors and strain gauge sensors present a similar result for strain and estimation of the elastic module (static and dynamic), therefore, bare FBGs could be further investigated for non-destructive testing.

RESUMO A utilização de adições pozolânicas de elevada reatividade, como a sílica ativa, vem sendo amplamente estudada com o intuito de consolidar a sua eficiência em relação ao comportamento mecânico e a durabilidade da matriz cimentícia de concretos e argamassas. O presente estudo tem como objetivo investigar o efeito químico da sílica ativa através da quantificação da reatividade efetiva da sílica ativa incorporada em pastas cimentícias com relação água/aglomerante de 0,58, considerando a substituição parcial de 5, 10, 15 e 20% da quantidade total de cimento. Ao longo de 105 dias de hidratação, o teor de portlandita remanescente foi quantificado através de perda gravimétrica simplificada realizada em um forno mufla. Após o período de análise, foi possível identificar que o ensaio Chapelle modificado, indicado pela NBR 15895 (2010), não representa de forma efetiva a atuação pozolânica da sílica ativa nos compósitos cimentícios, visto que houve a permanência de aglomerações do material anidro na matriz cimentícia. Adicionalmente, existe uma menor mobilidade iônica na matriz cimentícia porosa com água nos poros, quando comparada com uma solução aquosa, sendo necessário um estudo da composição do aglomerante em estado endurecido para a quantificação da atividade pozolânica efetiva da sílica ativa utilizada como material suplementar cimentício.

ABSTRACT The use of supplementary cementitious materials with a pozzolanic character, such as silica fume, has been widely studied in order to consolidate its mechanical efficiency and increase in the durability of concretes and mortars. The present paper aims to investigate the chemical effect of silica fume by quantifying the effective reactivity of silica fume incorporated in cementitious pastes with a water/binder ratio of 0.58, considering the partial replacement of cement in 5, 10, 15 e 20%. Over 105 days of hydration, the remaining portlandite content was quantified through a simplified gravimetric loss, which was performed in a muffle furnace. After the analysis period, it was possible to identify that the modified Chapelle test, indicated by NBR 15895 (2010), does not effectively represent the pozzolanic activity of silica fume in cementitious composites, since there were many agglomerations of anhydrous material. Moreover, there is less ion mobility in the hardened porous composite than in an aqueous solution, requiring a study of the composition of the hardened binder to quantify the effective pozzolanic activity if the silica fume used as supplementary cementitious material.

RESUMO O lodo gerado nas estações de tratamento de água é resultado de várias operações que visam adequação da água aos padrões legais de potabilidade. Apesar de haver alternativas para o tratamento do lodo, as soluções de disposição final usualmente empregadas como descarte direto em cursos d’água, ainda representam grandes impactos e sobrecarregam os sistemas envolvidos. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a viabilidade técnica da incorporação de lodo de uma estação de tratamento de água na produção de peças de concreto para pavimentação intertravada. Foi avaliada a influência da umidade do lodo no comportamento do concreto. As peças de concreto para pavimentação intertravada com teores em relação a massa de cimento de 2,5%, 5,0% e 7,5% de lodo no estado natural e 5,0% de lodo seco em estufa foram avaliadas por meio de ensaios de resistência à compressão axial, resistência à tração na flexão, índice de vazios, absorção de água e massa específica. Com os resultados obtidos comprovou-se que teores de até 5,0% de adição não geram alterações significativas nas propriedades do concreto. Portanto, seria viável a adição do lodo de estações de tratamento de água em peças de concreto para pavimentação intertravada, desde que limitada a teores baixos. A incorporação de resíduos industriais em materiais de construção se mostra uma alternativa viável para minimizar o passivo ambiental resultante de processos de produção e tratamento de outros materiais.

ABSTRACT The sludge generated in the water treatment plants is the result of several operations that aim the adequacy of water to the legal standards of potability. Although there are alternatives for water treatment sludge, the usual final disposal solutions, as direct discharge into watercourses, still represent large impacts and overload the systems involved. The present paper aims to evaluate the technical viability of the incorporation of sludge from water treatment plants into interlocking concrete pavers. The influence of sludge moisture on the concrete behavior was also evaluated. Interlocking concrete pavers with cement mass contents of 2.5%, 5.0% and 7.5% of sludge at its natural moisture and 5.0% of dried sludge were evaluated by tests of compression strength, tensile strength by flexion, voids index, water absorption and density. The results showed that contents of up to 5.0% of addition do not generate significant changes in the properties of the concrete. Therefore, it would be possible to add sludge from water treatment plants in on interlocking concrete pavers, since limited to low levels. The incorporation of industrial waste into building materials is a viable alternative to minimize the environmental liabilities resulting from processes of production and treatment of other materials.

RESUMO A incorporação de resíduos de construção e demolição (RCD) como agregados em concretos requer bom conhecimento das propriedades dos materiais envolvidos. O objetivo da presente pesquisa foi caracterizar um produto específico de uma usina de reciclagem de RCD, a Usina de Recicláveis Sólidos Paraná (USIPAR), localizada em Almirante Tamandaré, PR, conhecido comercialmente como bica corrida. O agregado reciclado foi caracterizado quanto à sua granulometria e demais características físicas. A fração miúda do agregado reciclado foi escolhida para substituir o agregado natural. Demais características desta fração foram estudadas, como teor de material pulverulento, massa específica e absorção de água. Foram produzidos concretos com diferentes taxas de substituição (0%, 25%, 50%) de agregado natural por agregado reciclado. As propriedades do concreto foram então avaliadas e verificou-se que o aumento do teor de substituição de agregado natural por agregado reciclado reduziu a trabalhabilidade, a massa específica seca e saturada do concreto e o módulo de elasticidade, bem como aumentou a absorção e o índice de vazios. A massa específica real do concreto não foi influenciada pelo teor de substituição. Com relação às resistências à compressão e à tração, a substituição de agregado natural pelo agregado reciclado levou a um decréscimo na resistência do concreto. O concreto com 50% de teor de substituição obteve uma maior resistência à compressão axial que o concreto com teor de substituição de 25%, e mesma resistência à tração por compressão diametral que o concreto controle.

ABSTRACT The incorporation of construction and demolition waste (C&D waste) as aggregate in concrete requires good understanding of the properties of the materials involved. The purpose of this study was to characterize a specific product of a C&D waste recycling plant, the Usina de Recicláveis Sólidos do Paraná (USIPAR), located in Almirante Tamandaré, PR. The recycled aggregate was characterized in respect to their particle size and other physical characteristics. The fine fraction of recycled aggregate was chosen to replace the natural aggregate. Other characteristics of this fraction were evaluated, such as pulverulent material content, specific weight and water absorption. Concretes were produced with different substitution rates of natural aggregate by recycled aggregate (0%, 25%, 50%). The properties of the concrete produced were analyzed and was found that increasing the substitution rate of natural aggregate by recycled aggregate reduced the workability, the dry specific weight and saturated specific weight, and modulus of elasticity of concretes, as well as in creased absorption and void ratio of concretes. The real specific weight of the concrete was not influenced by the replacement content. In regard to the compression and tension strength, the replacement of natural aggregate by recycled aggregate led to a decrease in concrete strength. The concrete with a 50% replacement level obtained a greater compressive strength than the concrete with 25% replacement level, and the same tensile strength as the reference concrete.

RESUMO O objetivo deste artigo foi avaliar as propriedades do concreto com adição de diferentes teores de lodo de Estação de Tratamento de Água (ETA), de modo a diminuir este passivo ambiental gerado pelas empresas de saneamento. No presente estudo, foram confeccionados corpos de prova de concreto com teores de 5% e 10% de lodo de ETA em substituição à areia. O lodo utilizado na fabricação do concreto foi proveniente de uma ETA, responsável pelo tratamento de água de parte de Curitiba, na qual é utilizado sulfato de alumínio como coagulante. Primeiramente foi feita caracterização físico-química do lodo coletado com determinação de pH, temperatura, turbidez, DQO, ST, teor de umidade e massa específica. Em seguida, foram moldados corpos de prova com dimensões de (10x20) cm e com os respectivos teores de lodo a serem incorporados e avaliadas as propriedades no estado endurecido do concreto: resistência à compressão, resistência à tração por compressão axial e absorção de água. Considerando os resultados obtidos, apenas as amostras com 5% de lodo de ETA apresentaram condições satisfatórias de resistência à compressão axial quando comparadas ao concreto referência, com 15,5 MPa aos 28 dias e perda de resistência próxima a 11%. Portanto, o concreto confeccionado com substituição de 5% de agregado miúdo por lodo de ETA pode ser utilizado com finalidade não estrutural, se consideradas apenas as propriedades mecânicas do material. Estudos como este são fundamentais para criar soluções para os resíduos gerados nas Estações de Tratamento de Água.

ABSTRACT The objective of this paper was to evaluate concrete properties after adding different proportions of sludge from a Water Treatment Plant (WTP), thus decreasing the generation of this environmental pollutant, which is originated by sanitation companies. In the present study, test specimens of concrete containing 5% and 10% of sludge from a WTP in substitution of sand, with the reference trace were made. The sludge used for concrete production was from a WTP partially responsible for the water treatment of Curitiba, where aluminum sulphate is used as coagulant. Firstly, a physical-chemical characterization of the collected sludge was performed determining the pH, analyzing the temperature, turbidity, COD, TS, humidity proportions and specific mass. Posteriorly, test specimens were made with dimensions of (10x20) cm and with the respective content of sludge to be incorporated. It was also evaluated the concrete hardened properties: compressive strength, tension strength of cylindrical specimens submit to diametrical compression and absorption. Considering the results, only sample with 5% of WTP sludge showed satisfactory conditions of resistance and axial compression when compared with the reference, with 15.5 MPa at 28 days and resistance loss around 11%. Therefore, the concrete made with the substitution of 5% of small aggregate may be used for non-structural finality, considering only the mechanical properties of the material because it is not possible to state about its durability. Studies like this are crucial in order to create solutions for the sludge generated in Water Treatment Plants.