RESUMO Esta pesquisa teve como objetivo avaliar a incorporação da nanossílica (NS) em argamassas de reboco produzidas com agregado fino reciclado (RFA). Inicialmente, foi realizado um estudo em pastas cimentícias substituindo o cimento Portland por NS nos teores de 0%, 0,4%, 0,6%, 0,8% e 1,0%. As amostras foram submetidas a análises de espalhamento, reologia, calorimetria, difração de raios X (DRX), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e resistência à compressão aos 28 dias. Os resultados demonstraram que as pastas com 0,4% NS e 0,6% NS apresentaram aumento de resistência de 55% e 58%, respectivamente, devido à maior formação de silicato de cálcio hidratado (C-S-H), quando comparada à pasta de referência. Diante disso, foram produzidas as amostras de RFA, substituindo o cimento Portland por 0% NS, 0,4% NS e 0,6% NS. Aos 28 dias, o desempenho mecânico, a microestrutura e a durabilidade foram avaliados por meio da resistência à flexão e compressão, microscopia eletrônica de varredura (MEV), módulo de elasticidade dinâmico e absorção de água por capilaridade. A partir dos resultados, concluiu-se que as amostras de RFA com 0,4% NS resultaram no teor ótimo de nanossílica, produzindo um aumento na resistência à compressão e redução na sorptividade de água, em relação às demais misturas. As imagens de MEV sugerem que NS reagiu com a portlandita formada a partir da hidratação do cimento, resultando em um enchimento eficiente dos poros do RFA, melhorando o desenvolvimento microestrutural das amostras.

ABSTRACT This paper evaluated the incorporation of nanosilica (NS) in rendering mortars produced with recycled fine aggregate (RFA). Initially, a study was carried out on cementitious pastes, replacing Portland cement with NS at levels of 0%, 0.4%, 0.6%, 0.8%, and 1.0%. The samples were submitted to scattering, rheology, calorimetry, x-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and compressive strength analysis at 28 days. The results demonstrated that the pastes with 0.4% NS and 0.6% NS presented an increase in strength of 55% and 58%, respectively, due to a greater formation of calcium silicate hydrate (C-S-H), when compared with the reference paste. From that, the RFA samples were produced, replacing Portland cement with 0% NS, 0.4% NS, and 0.6% NS. At 28 days, mechanical performance, microstructure, and durability were evaluated by means of flexural strength and compression, scanning electron microscopy (SEM), dynamic elasticity module, and water absorption by capillarity. From the results, it was concluded that the RFA samples with 0.4% NS resulted in the optimal nanosilica content, increasing compressive strength values and reducing the sorptivity, in relation to the other mixtures. The SEM images suggest that NS reacted with portlandite formed of the cement hydration, improving the microstructural development of the samples.

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.

resumo: Concretos de ultra-alto desempenho com microfibras metálicas têm sido bastante estudados com objetivo de produzir estruturas mais eficientes e duráveis. O desempenho deste material é dependente das características da interface entre as microfibras e a matriz cimentícia. Este trabalho tem como objetivo investigar as propriedades micro-nanomecânicas da zona de transição interfacial entre as microfibras metálicas e a matriz cimentícia de materiais cimentícios de ultra-alto desempenho através das variáveis relação água/cimento e distância da fibra. Os resultados obtidos mostram a formação silicatos de cálcio hidratados de alta densidade (HD C-S-H) em maior quantidade do que silicatos de cálcio hidratados de baixa densidade (LD C-S-H) para relações água/cimento de 0,2 e 0,3. As propriedades medidas na interface entre as microfibras metálicas e a matriz cimentícia foram muito semelhantes àquelas medidas na pasta de cimento. Também não foram observadas diferenças significativas no módulo de elasticidade, dureza e composição química conforme a distância da fibra foi variada. Sendo assim, os autores concluem que não há ocorrência de uma região mais fraca na zona de transição entre a pasta e as microfibras.

abstract: Ultra-high performance concretes with steel microfibers have been studied in depth with the aim of producing more efficient and durable structures. The performance of these materials depends on the characteristics of the interface between microfibers and cementitious matrix. This research investigates the micro-nanomechanical properties of the interfacial transition zone between the steel microfibers and the matrix of ultra-high performance cementitious composite. The effect of the water/cement ratio and distance from the microfiber were analyzed. The results confirm the formation of high-density calcium-silicate-hydrate (HD C-S-H) matrix at higher concentrations than low-density calcium-silicate-hydrate (LD C-S-H) for w/c ratios of 0.2 and 0.3. The properties in cementitious matrix interface with steel microfibers were very similar to that measured for the cement paste, and no significant difference was observed regarding the distance to the microfibers in relation to the elastic modulus, hardness and chemical composition. Thus, the authors can conclude that the formation of a less resistant region does not occur at the interfacial transition zone cement paste/microfibers.

Resumo O lodo de estação de tratamento de água (ETA), principal resíduo gerado pelas atividades de potabilização da água, quando calcinado possui compostos químicos semelhantes aos encontrados nas matérias-primas cimentantes, viabilizando sua utilização como material cimentício suplementar (MCS). Este trabalho teve como objetivos: a) caracterização química e física do lodo calcinado a temperatura de 700 °C (LETAC) durante 1 hora, proveniente de uma ETA localizada em Venâncio Aires (RS); b) avaliação da influência da sua incorporação, em percentuais de 10% e 25% como MCS em pastas e em argamassas. Foram realizados ensaios microestruturais e mecânicos. Os resultados obtidos na calorimetria indicam que o resíduo apresenta efeito fíler e químico. A partir da análise termogravimétrica, verificou-se que a incorporação do lodo nas pastas de cimento promoveu um consumo de hidróxido de cálcio (redução de 40% na composição com 25% de LETAC) e consequente formação de C-S-H. Os resultados do DRX mostram que a quantidade de fases amorfas foi superior em 11% na pasta com 25% de LETAC, confirmando o desenvolvimento adicional de C-S-H. Quanto às propriedades mecânicas, não foram verificadas perdas significativas de resistência à compressão em pastas quando utilizado o resíduo em até 25% de substituição.

Abstract When sludge from water treatment plants (WTP), is calcined, it has chemical compounds similar to those found in cementing raw materials, enabling its use as supplementary cementitious material (SCM). The aims of this study are as follows: 1) chemical and physical characterisation of calcined sludge originated from a WTP located in Venâncio Aires (RS) at a temperature of 700 ° C (LETAC) for 1 hour,, 2) evaluation of the influence of its incorporation, in percentages of 10% and 25% , as SCM in pastes and mortars. Microstructural and mechanical tests were performed. The calorimetry results indicate that the waste has a filler and chemical effect. The thermogravimetric analysis showed that the incorporation of sludge in cement pastes promoted the consumption of calcium hydroxide (40% reduction in the composition with 25% of LETAC) and consequent formation of C-S-H. The results of the DRX show that the amount of amorphous phases was 11% higher in the paste with 25% of LETAC, confirming the additional development of C-S-H. Concerning the mechanical properties, no significant loss of compressive strength was observed in pastes when waste substitution of up to 25% was used.

RESUMO: A principal fase do cimento Portland endurecido é o silicato de cálcio hidratado (C-S-H), que influencia as propriedades físicas e mecânicas dos materiais de construção. Nesta pesquisa, silicato de cálcio hidratado (C-S-H) foi sintetizado, com adição de poli(ácido metacrílico) com sódio (PMA), para o desenvolvimento de nanocompósitos C-S-H/polímero. Entre os polímeros disponíveis, o PMA é indicado na literatura como um daqueles viáveis para a produção de nanocompósitos C-S-H/polímero. No entanto, não existe consenso sobre o tipo de interação que pode ocorrer. Os compostos foram caracterizados por DRX, FT-IR, TGA, teor de carbono (CHN), MET, MEV e módulo de elasticidade e a dureza foi medida por nanoindentação instrumentada. Foi verificada uma mudança significativa nas propriedades nanomecânicas do C-S-H com PMA, resultando na redução do módulo de elasticidade e dureza. O conjunto de resultados apresentados não confirma a intercalação do PMA na nanoestrutura do C-S-H, mas mostrou evidências do potencial de intercalação, uma vez que mudanças significativas foram verificadas na microestrutura.

ABSTRACT: The principal phase of hardened Portland cement pastes is calcium silicate hydrate (C-S-H), which influences the physical and mechanical properties of construction materials. In this work, calcium silicate hydrate (C-S-H) was synthesized, with the addition of poly-methacrylic acid with sodium (PMA), for the development of C-S-H/ polymer nanocomposites. Among the polymers available, PMA is indicated in the literature as one of those viable for producing C-S-H/polymer complexes. However, no consensus exists regarding the type of interaction this produces. The resulting compounds were characterized by XRD, FT-IR, TGA, carbon content (CHN), TEM, SEM and elastic modulus and hardness were measured by instrumented indentation. A significant change was verified in the nanomechanical properties of C-S-H with PMA, resulting in reduction in the elastic modulus and hardness. The set of results presented do not confirm the intercalation of PMA in the interlayer space of C-S-H, but presented evidence of the potential for intercalation, since changes in the microstructure clearly occurred.

RESUMO A crescente geração de resíduos resulta em uma intensa preocupação quanto à disposição final destes materiais. Os advindos da indústria de cerâmica vermelha despertaram o interesse para o uso em argamassas e concretos, pois, devido a sua composição, são capazes de gerar reação pozolânica. Neste trabalho, foram realizados testes com os resíduos coletados em três empresas (A, B e C) da região sul de Santa Catarina, caracterizando-os e, posteriormente, produzindo argamassas com 10% de substituição e adição em relação à massa de cimento. Partindo de um planejamento experimental de misturas, verificou-se a influência de cada resíduo na resistência à compressão e tração das argamassas. Embora as análises químicas e os difratogramas de raios X tenham demonstrado características semelhantes para ambos os resíduos, as amostras contendo apenas o resíduo C conciliaram maiores valores de resistência à compressão e tração. Apesar das diferenças observadas nas propriedades mecânicas entre as misturas, a análise estatística do planejamento experimental comprovou que, ao trabalhar com um traço de 10%, as resistências não são significativamente alteradas pela composição da adição/substituição. Exceto para as composições com 10% de adição, não houve evidências estatísticas de que as propriedades mecânicas das misturas que combinam os piores resultados de resistência à compressão e tração são diferentes da amostra de referência. Os resultados indicam que parte do cimento pode ser substituída pelo resíduo de cerâmica vermelha sem prejuízos ao desemprenho mecânico da argamassa e que, ao se trabalhar com adições, há um aumento da resistência à compressão, viabilizando sua incorporação e criando um meio para a reciclagem deste material.

ABSTRACT The increasing generation of wastes results in great concerns about the final disposition of certain materials. The waste from the red-ceramic industry has aroused interest for its potential use in concretes and mortars because of its composition, as well as its capability to generate a pozzolanic reaction. In this work, tests were done with the wastes collected in 3 industries (A, B and C) from the southern Santa Catarina State (Brazil). The wastes were characterized, and subsequently, mortars were produced with 10% substitution and addition in relation to the cement mass. With the use of an experimental design of mixtures, the influence of each waste on the compressive and tensile strengths of the mortars was verified. Although the chemical compositions and the X-ray diffractograms demonstrated similar characteristics for both wastes, the samples containing only C waste obtained better values of compressive and tensile strengths. Despite the differences observed in the mechanical properties between the mixtures, the statistical analysis of the experimental design proved that with 10% addition/substitution, the mechanical strengths were not significantly changed by the composition. Except for the composition with the addition of 10% waste, there was no statistical evidence that the mechanical properties of the mixtures combining the worst results of compressive and tensile strengths were different than the reference sample. The results showed that a part of the cement can be substituted by red-ceramic waste without affecting the mechanical performance of the mortar, and that with the additions, there is an increase in the compressive strength, enabling its incorporation and creating a way for the recycling of the material.

RESUMO A corrosão de armadura é um dos maiores problemas que reduzem a durabilidade das estruturas de concreto, causada, frequentemente, pelo processo de carbonatação e ataque de íons cloretos, presentes em ambientes agressivos e marinhos. Estima-se que 90% dos problemas patológicos em estruturas de concreto no mundo tem como consequência a corrosão de armadura. Dessa forma, a pesquisa por materiais com resistência a este processo de deterioração é fundamental para melhorar a durabilidade e a eficiência das estruturas de concreto. Neste contexto, foi estudado o efeito de três aditivos químicos, um comercial à base de sais de nitrito, o molibdato de sódio (MoNa2O4) e o tungstato de sódio (Na2O4W.2H2O), utilizados nos teores de 1% e 2% em relação à massa de cimento. Foram preparados corpos de prova cilíndricos de argamassa (classe de resistência de 30 MPa) com aço embebidos neste, para serem submetidos ao ensaio eletroquímico de polarização potenciodinâmica. A utilização do aditivo comercial não foi eficiente na redução das taxas de corrosão, porém, o efeito do tempo de cura, reduziu a taxa média de corrosão de 4,7 mm/ano aos 60 dias, para 1,6 mm/ano, aos 90 dias. Os melhores resultados foram obtidos para os aditivos de molibdato e tungstato, nos quais foi observado um índice de eficiência do aditivo de 50%, para adição de 1% de molibdato, e de 29%, para adição de 2% de tungstato.

ABSTRACT Concrete reinforcement corrosion is one of the most important problems that diminish the durability of concrete structures, and it is often caused by the carbonation process and chloride ion attack in aggressive and marine environments. It is estimated that 90% of pathological problems affecting concrete structures worldwide lead to reinforcement corrosion. The research for materials with resistance to this deterioration process is fundamental to improve the durability and efficiency of concrete structures. In this context, the effect of three chemical additives, a commercial one based on nitrite salts, sodium molybdate (MoNa2O4) and sodium tungstate (Na2O4W.2H2O), used in contents of 1% and 2% in relation to the cement mass. Cylindrical, steel embedded, mortar samples (30 MPa strength class) were submitted to the potentiodynamic polarization test. The use of commercial additive was not efficient in reducing corrosion rates, but the effect of curing time reduced the mean corrosion rate from 4.7 mm/year at 60 days to 1.6 mm/year, at 90 days. The best results were obtained for the tungstate and molybdate additives, in which the addition of 1% of molybdate additive presented an efficiency rate of 50%, while 2% of tungstate additive presented an efficiency rate of 29%.

Fiber-reinforced concrete represents the current tendency to apply more efficient crack-resistant concrete. For instance, polyethylene terephthalate (PET) is a polyester polymer obtained from recyclable bottles; it has been widely used to produce fibers to obtain cement-based products with improved properties. Therefore, this paper reports on an experimental study of recycled-bottle-PET fiber-reinforced concrete. Fibers with lengths of 10, 15 and 20 mm and volume fractions of 0.05, 0.18 and 0.30% related to the volume of the concrete were used. Physical and mechanical characterization of the concrete was performed, including the determination of compressive strength, flexural strength, Young's modulus and fracture toughness as well as analysis using mercury intrusion porosimetry (MIP) and scanning electron microscopy (SEM). Flexure and impact tests were performed after 28 and 150 days. No significant effect of the fiber addition on the compressive strength and modulus of elasticity was observed. However, the Young's modulus was observed to decrease as the fiber volume increased. At 28 days, the concrete flexural toughness and impact resistance increased with the presence of PET fibers, except for the 0.05 vol.% sample. However, at 150 days, this improvement was no longer present due to recycled-bottle-PET fiber degradation in the alkaline concrete environment, as visualized by SEM observations. An increase in porosity also has occurred at 365 days for the fiber-reinforced concrete, as determined by MIP.

A corrosão é um fenômeno que afeta toda a sociedade, atribuindo-se uma grande importância sócio-econômica aos seus efeitos. Na área da engenharia, existem diversas conseqüências do processo corrosivo, como ocorre no aço de reforço das estruturas de concreto. Na intenção de oferecer segurança e durabilidade às estruturas, empresas do ramo químico e de produtos para construção civil disponibilizam no mercado diferentes formas de proteção à corrosão. Este trabalho apresenta análises de medidas de potencial realizadas em amostras de concreto armado, com diferentes relações água/cimento, produzidos com e sem inibidores de corrosão e expostos a dois ambientes com cloretos: em campo, exposto às intempéries da atmosfera marinha do litoral sul de Santa Catarina; em laboratório, a um processo cíclico de aceleração da corrosão através de imersão parcial (solução contendo cloretos) e secagem em estufa. Nas duas situações, foram mantidas as amostras por um período de 63 dias. A corrosão por cloretos em laboratório mostrou-se o sistema mais agressivo e eficiente para avaliar o potencial de corrosão. Os resultados buscaram caracterizar a eficiência dos inibidores de corrosão utilizados, que foram denominados de inibidor A, inibidor B e inibidor C e, ao fim das análises, foi possível classificá-los quanto ao desempenho em ambientes contaminados por cloretos em: Inibidor B > Inibidor C > Inibidor A. A redução da relação água/cimento (0,45) melhorou o desempenho do concreto de referência e dos três tipos de inibidores de corrosão utilizados. Evidenciou-se modificação das propriedades mecânicas dos concretos com inibidores, o que pode conduzir ao desenvolvimento de concretos mais impermeáveis e duráveis.

Corrosion is a phenomenon that affects the whole of society, such that great socioeconomic importance is attributed to its effects. In the area of the engineering, numerous consequences of the corrosive process exist, like that which occurs in steel reinforcement of concrete structures. With the intention of providing structural safety and durability, the chemical industry and companies that supply construction products market different forms of protection against corrosion. This work presents analyses of measurements of corrosive potential conducted on samples of steel-reinforced concrete, with different water/cement ratios, fabricated with and without corrosion inhibitor and exposed to two environments containing chloride: in the field, exposed to the unpredictable weather of the marine environment of the southern coastal region of Santa Catarina; and in the laboratory, exposed to a cyclical process of corrosion acceleration through partial immersion (solution containing chloride) and drying in a heater. The specimens were maintained for a period of 63 days in the respective environments. Corrosion by chloride solution in the laboratory proved to be the most aggressive and efficient system for evaluating corrosive potential. The results aimed to characterize the efficiency of the corrosion inhibitors used, denominated inhibitor A, inhibitor B and inhibitor C. After completing the analyses, it was possible to classify these regarding their performance in environments contaminated by chloride: inhibitor B > inhibitor C > inhibitor A. Reduction in the water/cement ratio (0.45) improved the performance of the reference concrete and the three types of corrosion inhibitors studied. Modification of the mechanical properties of the concretes with corrosion inhibitors was verified, which could lead to the development of more impermeable and durable concrete.

Resumo O silicato de cálcio hidratado (C-S-H), principal fase proveniente da hidratação do cimento Portland, tem grande influência na maioria das propriedades físicas e mecânicas dos materiais cimentícios. No entanto, até o momento, não existem modelos estruturais relacionando sua composição química, nano e microestrutura com suas propriedades físico-químicas e mecânicas. Neste trabalho, utilizou-se a técnica de indentação instrumentada para avaliar as propriedades nanomecânicas de dois C-S-H de síntese, com relações Ca/Si diferentes. Os resultados mostraram que é possível estimar com precisão o módulo de elasticidade e a dureza utilizando-se somente 16 pontos indentados, com vários ciclos de carga para cada indentação, e que a intensidade da carga de indentação não se mostrou um fator significativo. Mostrou-se também que o módulo de elasticidade do C-S-H aumenta quando a relação Ca/Si diminui, confirmando os cálculos baseados nos métodos de campo de forças, de Manzano et al. (2009). Porém, constatou-se que micro e nanoporosidade influenciam de maneira significativa o resultado. Por fim, há uma discussão sobre alguns dos parâmetros a serem controlados para poder modificar as características mecânicas do gel de C-S-H produzido pela hidratação do cimento Portland.

Abstract Calcium silicate hydrate (C-S-H), the main product from portland cement hydration, has a great influence on most physical and mechanical properties of cement based materials. However, until now, there are no structural models relating chemical composition, micro and nanostructure with its physical-chemical and mechanical properties. In this study, we used the technique of instrumented indentation to evaluate the nanomechanical properties of two synthetic C-S-H with different Ca/Si ratio. The results showed that it is possible to estimate with a good accuracy the elastic modulus and hardness using only 16 indented points, with several cycles of loading for each indentation, and that the intensity of the indentation load is not significant. It was also shown that the C-S-H elastic modulus increases when the Ca/Si ratio decreases, confirming the calculations based on field forces methods of Manzano et al. (2009). However it was found that micro and nanoporosity have a significant effect on the result. Finally, a discussion about some of the parameters to be controlled to modify the mechanical characteristics of the C-S-H gel produced by the portland cement hydration is presented.