Abstract Self-healing consists of closing cracks and recovering the watertight properties of cement-based materials and can occur by hydration of the materials of the mixture (autogenous) or by materials added to the mixture for this purpose (autonomous). This study consists of the use of stimulated self-healing as a way of mitigating sulfate attack (sodium and magnesium), with the evaluation of the influence of crystalline admixture in this process. For that, cycles of sulfate attack and self-healing (by wetting and drying cycles in water) were performed, aiming to evaluate the behavior of mortars with three types of cement: Portland, supersulfated, and alkali-activated. The results showed that self-healing was not sufficient to close cracks due to sulfate attack. This behavior was associated with the hypothesis that the high calcium content of the crystalline admixture reacted with the sulfates and formed expansive products, increasing the attack rate.

Resumo A autocicatrização consiste no fechamento de fissuras e recuperação da estanqueidade dos materiais à base de cimento e pode ocorrer por hidratação dos materiais da mistura (autógena) ou por materiais adicionados à mistura para esse fim (autônoma). Este estudo consiste na utilização de autocicatrização autógena estimulada como forma de atenuar o ataque por sulfatos (sódio e magnésio), com a avaliação da influência de adição cristalizante neste processo. Para isso, foram realizados ciclos de ataque sulfatado e autocicatrização (ciclos de molhagem e secagem), com o objetivo de avaliar o comportamento de argamassas com três tipos de cimento: Portland, supersulfatado e álcali ativado. Os resultados mostraram que a autocicatrização não foi suficiente para fechar trincas devido ao ataque por sulfatos. Esse comportamento foi associado à hipótese de que o alto teor de cálcio da adição cristalizante reagiu com os sulfatos e formou produtos expansivos, aumentando a taxa de ataque.

RESUMO O cimento supersulfatado (CSS) se destaca por utilizar uma pequena ou quase nenhuma quantidade de clínquer (responsável pela alta liberação de CO2 na atmosfera na produção de cimento Portland - CP), e também, por apresentar boa resistência em ambientes com altas concentrações de sulfato. Neste trabalho foi verificada a variação dimensional das amostras de CSS (constituída por escória, gipsita ou fosfogesso como fonte de sulfato de cálcio), expostas à solução de sulfato de sódio, como proposto na NBR 13583 (ABNT/2014), comparando os resultados obtidos com os do CP. O ensaio de variação dimensional mostrou que a amostra de CP foi a que apresentou a maior expansão. Dentre as amostras de CSS, observou-se que a maior expansão foi observada naquela constituída por fosfogesso como fonte de sulfato de cálcio. As análises de microestrutura (DRX, DSC e MEV) identificaram etringita e gipsita como fases expansivas nas amostras de CP, que justifica a sua maior expansão dentre todas. No entanto, a maior expansão do CSS à base de fosfogesso foi atribuída ao maior tempo de formação da etringita e não à quantidade formada, mas que necessitaria de mais investigação para confirmar a hipótese.

ABSTRACT Supersulfated cement (SSC) is made with a small or almost no amount of clinker (responsible for the high release of CO2 into the atmosphere in the production of Portland cement - PC), and also for presenting good resistance in environments with high concentrations of sulfate. In this work, the length variation of the SSC samples (made from slag, gypsum or phosphogypsum as a calcium sulfate source), exposed to the sodium sulfate solution, as proposed in NBR 13583 (ABNT / 2014), comparing the results obtained with of the CP. The dimensional variation test showed that the PC sample showed the greatest expansion. Among the CSS samples, it was verified that the greatest expansion was observed in that containing phosphogypsum as a source of calcium sulfate. The microstructure analyzes (XRD, DSC and SEM) identified ettringite and gypsum as expansive phases in the PC samples, which justifies their greatest expansion among all. However, the greater expansion of SSC made with phosphogypsum was attributed to the longer time of formation of ettringite and not to the amount formed, but which would require more research.

RESUMO O uso de escórias de alto forno (EAF) como matéria-prima em cimento Portland (CP) tem sido considerado há décadas visando à redução da emissão de CO2 e da exploração de reservas de calcário e argila envolvidos na produção do clínquer. Recentemente, o interesse por cimentos isentos ou com baixo teor de clínquer tem crescido, como é o caso de cimentos supersulfatados (CSS), os quais são compostos majoritariamente por escórias de alto forno, em até 90%. As características químicas exigidas para a escória para uso em CSS, no entanto, não são as mesmas exigidas para uso em CP. Uma das características mais importantes das escórias é a relação do teor de CaO e SiO2. Escórias geradas em fornos a carvão vegetal, apresentam relação CaO/SiO2 baixa, sendo assim consideradas ácidas e aquelas geradas em fornos a carvão mineral são consideradas básicas. Este trabalho tem por objetivo avaliar o comportamento do CSS obtido de duas escórias, A e B, geradas em fornos a carvão vegetal e mineral. A cura térmica também foi empregada como forma de intensificar a cinética de hidratação e aumentar as propriedades mecânicas. Os resultados mostraram que, embora ambas as escórias atendessem às condições estipuladas pela norma europeia (EN 15743), a B se mostrou mais adequada para uso em CSS. Através da cura térmica à 40 °C, foi possível aumentar a formação de silicato de cálcio hidratado (CSH) e consequentemente a resistência mecânica do CSS feito com escória A. O menor teor de cálcio da escória A foi a provável causa da sua baixa reatividade.

ABSTRACT The use of blast furnace slag (BFS) as a raw material in Portland cement (PC) has been considered for decades to reduce CO2 emissions and the exploitation of limestone and clay reserves involved in clinker production. Recently, interest in free or low clinker cements has grown, such as supersulfated cements (SSC), which are composed mostly of blast furnace slag, up to 90%. The chemical characteristics required for slag for use in SSC, however, are not the same as those required for use in PC. One of the most important characteristics of the slag is the ratio of the CaO and SiO2 content. Slags generated in charcoal kilns have a low CaO/SiO2 ratio and are considered acidic and those generated in coal kilns are considered basic. This study aims to evaluate the behavior of SSC obtained from two slag, A and B, generated in kilns with charcoal and mineral. Thermal curing was also used to improve the hydration kinetics and mechanical properties. The results showed that, although both slags met the standard limits of (EN 15743), the B was more suitable for use in SSC. Using thermal cure at 40 °C, it was possible to increase the formation of calcium silicate hydrate (CSH) and consequently the mechanical resistance of the SSC made with slag A. The lower calcium content of slag A was the probable cause of its low reactivity.

RESUMO Devido à extração de matérias primas não renováveis e ao lançamento de CO2 na atmosfera pela produção de Cimento Portland, os cimentos álcali-ativados (CAT) vêm ganhando espaço no cenário mundial já que o seu processo de obtenção não envolve calcinação dos matérias-primas e utiliza diversos subprodutos. Assim, eles são considerados como um produto de baixo impacto ambiental e com boas propriedades de engenharia. Os CAT‘s podem ser obtidos majoritariamente de escória de alto forno, a qual pode ter de origem em fornos a carvão vegetal ou a coque, o que modifica sua composição química. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da composição química da escória de alto no comportamento do CAT e investigar a eficiência da cura térmica no melhoramento da resistência à compressão. Para a produção do CAT, foram empregadas duas escórias, A e B, provenientes de fornos a carvão vegetal e a coque, respectivamente, além do hidróxido de sódio como ativador alcalino. As amostras foram submetidas à cura térmica por um período de 24h nas temperaturas de 400 C e 600 C e avaliadas nos testes de resistência à compressão, de calorimetria e de análises de microestrutura aos 3, 7 e 28 dias. Os resultados mostraram que a escória A se mostrou mais reativa e mais influenciada pela temperatura de cura. As argamassas feitas com escória A (CAT/A) apresentaram desempenho mecânico superior ao da escória B (CAT/B), em todas as temperaturas. As análises de microestrutura mostraram que no CAT/A houve formação majoritária de CSH, enquanto que no CAT/B, de CSH e dehidrotalcita. A cura térmica não foi eficiente para melhorar o comportamento mecânico da do CAT/B.Palavras-chave: cimento álcali ativado, escória de alto forno, cura térmica.

ABSTRACT Due to the extraction of nonrenewable raw materials and the release of CO2 into the atmosphere by the production of Portland cement, the alkali-activated cements (AAC) have been gaining ground in the world scenario since their production process does not involve calcination of the raw materials and uses various byproducts. Thus, they are considered as a low environmental impact product and with good engineering properties. The AAC‘s can be obtained mainly from blast furnace slag (BFS), which may have origin in charcoal ovens or coke, which modifies their chemical composition. The objective of this work was to evaluate the influence of the chemical composition of BFS on the behavior of the AAC and to investigate the thermal cure efficiency in the improvement of the compressive strength. For the production of AAC, two slag, A and B, were used from charcoal kilns and coke, respectively, in addition to sodium hydroxide as an alkaline activator. The samples were subjected to thermal cure for a period of 24 hours at temperatures of 40 oC and 60o C, which were subjected to the compressive strength, calorimetry and microstructure analyzes at 3, 7 and 28 days. The results showed that slag A was more reactive and more influenced by the cure temperature. The AAC made with BFS- A (AAC / A) slag presented higher mechanical performance than B (AAC / B) at at all temperatures. Microstructure analyzes showed that in AAC/A there was a majority formation of CSH, while in CAT/B, CSH and hydrotalcite. Thermal curing was not efficient to improve the mechanical behavior of CAT / B.

RESUMO O lodo gerado durante o processo de tratamento da água para abastecer a população é descartado na maioria das vezes, de forma inadequada, nos corpos hídricos, causando negativos impactos ambientais. Neste contexto, o presente estudo visou à valorização do lodo de estação de tratamento de água (ETA) através da sua incorporação em cimento Portland. A metodologia consistiu em produzir pastas de cimento Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI) contendo lodo de ETA em teores de substituição de 0, 10 e 20%. A resistência mecânica e os compostos hidratados foram avaliados por meio de testes de DRX, TG/DTG e MEV, além de calorimetria por condução. A substituição do cimento CPV-ARI por lodo de ETA reduziu a resistência à compressão, principalmente aos 7 dias. Foi possível observar uma maior formação de etringita nas amostras contento lodo de ETA, o que provavelmente influenciou negativamente o comportamento mecânico. No entanto, a incorporação dos compostos presentes no lodo de ETA na matriz cimentícia foi observada, mostrando que o emprego do lodo de ETA no cimento Portland pode indicar uma alternativa segura para a sua destinação final.

ABSTRACT The sludge generated during the water treatment process to supply the population is most often improperly disposed of in the water bodies, causing negative environmental impacts. In this context, the present study aimed at the valorization of the water treatment plant sludge (ETA) through its incorporation in Portland cement. The methodology consisted of producing of Portland cement pastes (CP V-ARI) containing ETA sludge in substitution contents of 0, 10 and 20%. Mechanical strength and hydrated compounds were evaluated by XRD, TG / DTG and SEM tests, as well as conduction calorimetry. Replacing CPV-ARI cement by ETA sludge reduced compressive strength, especially at 7 days. It was possible to observe a higher formation of ettringite in the samples containing ETA sludge, which probably negatively influenced the mechanical behavior. However, the incorporation of the compounds present in the ETA sludge in the cementitious matrix was observed, showing that the use of ETA sludge in Portland cement may indicate a safe alternative for its final destination.

RESUMO O Cimento supersulfatado (CSS) é conhecido por ser um aglomerante de baixo impacto ambiental devido aos materiais que o compõem. Os principais constituintes do CSS são escória de alto forno (até 90%), sulfato de cálcio (10-20%) e uma pequena quantidade de ativador alcalino (até 5%). Estudos destacam a substituição da fonte de sulfato de cálcio natural, gipsita, por uma fonte alternativa, como o fosfogesso. No Brasil, a produção deste material é cerca de 4,5 milhões de toneladas por ano. Pelo fato do CSS compreender um maior teor de sulfato de cálcio (20%) em sua composição, em relação ao cimento Portlant, permite um maior consumo de fosfogesso. Esta pesquisa aborda o uso do fosfogesso como fonte alternativa de sulfato de cálcio na elaboração de CSS, a fim de relatar os efeitos que diferentes teores de sulfato de cálcio (10 e 20%) e de ativador alcalino (0,2, 0,5 e 0,8%) exercem no desempenho deste tipo de cimento, bem como na formação de compostos hidratados. A análise dos resultados mostrou que CSS feito com fosfogesso atendeu aos requisitos mínimos de resistência à compressão exigidos pela norma europeia para cimentos supersulfatados (EN 15743/2010). Foram observadas baixas taxas de calor de hidratação, as quais foram influenciadas principalmente pelo teor de ativador alcalino. O excesso de ativador alcalino (KOH) teve implicações distintas nas pastas com diferentes percentuais de sulfato de cálcio. Naquelas com baixo teor (10%), 0,8% de KOH implicou queda de resistência, enquanto que naquelas com alto teor de sulfato de cálcio (20%), o alto ter de KOH implicou a instabilidade da etringita.

ABSTRACT Supersulfated Cements (SSC) are composed from blast furnace slag (90%), calcium sulfate (10-20%) and a small amount of alkali activator (up 5%). Gypsum is a conventional source of calcium sulfate, however, it can be replaced by phosphogypsum (PG), a byproduct from the production of phosphoric acid (H3PO4) with similar chemical and mineralogical composition of the gypsum. In Brazil, the production of this material is about 4.5 million tons per year. Because the SSC contains a higher calcium sulfate content (20%) in relation to Portland cement, a higher consumption of phosphogypsum is possible. The goal of this study was to investigate the phosphogypsum (PG) as an alternative source of calcium sulfate in order to obtain CSS. In addition to use of PG, the effects of both calcium sulfate and alkali activator content on the process of hydration were investigated. The results showed that SSC made with phosphogypsum met the minimum compressive strength required by the European standard for SSC (EN 15743/2010). Low heat of hydration rates mainly influenced by the low alkali activator content was observed. The excess of alkali activator (KOH) had different influences according to calcium sulfate content. In pastes made with low content (10%), 0.8% of KOH reduced the compressive strength, while in those with a high calcium sulfate content (20%) the high alkaline content resulted in the instability of ettringite.

RESUMO A busca por aglomerantes de menor impacto ambiental, relacionado principalmente à emissão de CO2, tem crescido na última década, em especial, por aqueles isentos de clínquer. Cimentos álcali ativados (CAT's) são obtidos através da mistura de materiais sílico-cálcico-aluminosos com um ativador alcalino e, portanto, podem reduzir em até 80% a emissão de CO2 quando comparados com o Cimento Portland (CP). Pesquisas recentes têm mostrado que CAT's podem apresentar propriedades físicas e mecânicas equivalentes ou superiores àquelas apresentadas pelo CP, entretanto, a ativação da matéria prima é complexa, pois depende das suas características. Trabalhos recentes têm mostrado a forte influência das características da matéria-prima no desempenho do CAT, porém, pouco mencionada na literatura. Assim, este estudo teve como objetivo avaliar a influência das características da escória de alto forno, finura e composição química, no comportamento dos CAT's, visando contribuir no entendimento dos seus mecanismos de hidratação. Para tanto, foram empregadas duas escórias, A e B, as quais foram submetidas a diferentes tempos de moagem e, ativadas com 5% de NaOH. Foram confeccionadas argamassas e pastas para testes de resistência à compressão (7 e 28 dias), monitoramento do calor de hidratação e investigação da microestrutura (DRX e DSC). Os resultados mostraram que as argamassas confeccionadas com escória A obtiveram ótimo desempenho mecânico, com valores próximos a 48MPa aos 28 dias, bastante superior à escória B, independente da finura e com maior formação de CSH. A hipótese provável desse estudo é que o sistema formado no CAT com escória A, por apresentar maior teor de Al2O3, poderia propiciar a formação de CSH com maior incorporação de Al e menor cristalinidade, contribuindo na resistência mecânica.

ABSTRACT New binders are being developed for concrete in order to reduce the environmental impact mainly related to CO2 emissions. Alkali -activated cements (CATs) are obtained from lime-aluminosilicate materials and an alkali activator and can reduce by 80% the emission of CO2 compared to Portland Cement (PC). Papers have also shown physical and mechanical properties similar or higher than those presented by the PC, however, the activation of raw material is complex. Recent papers have also have showed a strong influence of the characteristics of raw material on the performance of CAT, however, little mentioned in the literature.. Therefore, this paper aimed to analyze the influence of characteristics of blast furnace slag (fineness and chemical composition) on the behavior of activated alkali cements. For this purpose, two slags were used, A and B, which were submitted to different milling times; and activated using 5% of NaOH. Mortars and pastes were prepared for compressive strength testing (7 and 28 days), measurements of heat of hydration and investigation of microstructure (XRD and DSC) were made. The results showed that the mortar made with slag A reached a very good mechanical performance, close to 48MPa at 28 days, and higher formation of CSH, in opposite of slag B. The probable hypothesis of this study is that the system formed in CAT made with slag A (containing more Al2O3) could provide CSH with a greater incorporation of Al and a lower crystallinity, increasing the mechanical strength.