Mitigação da reação álcali-sílica em compósitos cimentícios com o uso de cinza volante e de escória granulada de alto forno do Complexo Industrial e Portuário do Pecém (Ceará)
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) |
Texto Completo: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60491 |
Resumo: | The alkali-silica reaction (ASR) in cementitious composites (mortars and concrete) is manifested by the chemical association of the matrix pores solution, which is strongly basic and rich in alkalis, and the reactive phases of certain aggregates. In order for the process to start, high relative humidity and a high concentration of total alkalis are required. ASR is one of the most common forms of alkali-aggregate reaction (AAR) in the world. The degradation resulting from this reaction involves expansion, cracking, exudation and decreased mechanical performance of the structure. In Brazil, the most advanced studies started after the building collapse in the city of Recife (PE), in 2004, culminating in the loss of human lives. Although AAR was not the main cause of the collapse, it aggravated the problem and served as a warning to professionals. Building foundation blocks have already been identified in Fortaleza (CE) with the occurrence of this reaction. Some studies have shown that the use of mineral additions, also called supplementary cementitious materials (SCM), can reduce or eliminate this pathological manifestation. Therefore, the study aimed at incorporating regional SCM, such as fly ash and granulated blast furnace slag from the Pecém Industrial and Port Complex, Ceará, in cementitious composites to assess the ASR mitigation capacity considering the incorporation of SCM during the cementitious composites production and during the manufacture of various types of Portland cements. The physical, chemical, mineralogical and microstructural properties of the SCM and the potentially reactive fine aggregate were analyzed. Mortar bars were produced to assess the ASR mitigation rate by the accelerated method and to identify the formation of possible reaction gels, cracks and warps. Chemical, mineralogical and microstructural tests were carried out on hardened mortars samples containing possible gels from ASR. Additionally, a statistical analysis was carried out to identify the influence of the CaO/SiO2 ratio and alumina on the expansion mitigation rate. The incorporation of SCM occurred as a partial replacement to standard cement in the percentages of 15%, 30% and 50% for fly ash and 35%, 45% and 55% for granulated blast furnace slag. Different types of Portland cements that contain such SCM in their compositions, from different manufacturers, available in the micro region of Fortaleza, Ceará, were also analyzed: CP II-Z-32-RS, CP II-E-32-RS, CP III-40 -RS and CP IV-32-RS. The results indicated a positive evaluation in the ASR development mitigation by the use of regional SCM, considering the incorporation during the commercial cement manufacture or during the mortars production. Considering that the production of these industrial by-products exceeds the flow currently given and that there is a concern of the technical environment with the seriousness of this pathological manifestation, such results are good indicators of alternative use in the civil construction chain of Fortaleza, Ceará. |
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Mitigação da reação álcali-sílica em compósitos cimentícios com o uso de cinza volante e de escória granulada de alto forno do Complexo Industrial e Portuário do Pecém (Ceará)Mitigation of the alkali-silica reaction in cementitious composites using fly ash and granulated blast furnace slag at the Pecém Industrial and Port Complex (Ceará)Degradação de estruturasReação álcali-sílicaMitigaçãoCinza volanteEscória granulada de alto fornoThe alkali-silica reaction (ASR) in cementitious composites (mortars and concrete) is manifested by the chemical association of the matrix pores solution, which is strongly basic and rich in alkalis, and the reactive phases of certain aggregates. In order for the process to start, high relative humidity and a high concentration of total alkalis are required. ASR is one of the most common forms of alkali-aggregate reaction (AAR) in the world. The degradation resulting from this reaction involves expansion, cracking, exudation and decreased mechanical performance of the structure. In Brazil, the most advanced studies started after the building collapse in the city of Recife (PE), in 2004, culminating in the loss of human lives. Although AAR was not the main cause of the collapse, it aggravated the problem and served as a warning to professionals. Building foundation blocks have already been identified in Fortaleza (CE) with the occurrence of this reaction. Some studies have shown that the use of mineral additions, also called supplementary cementitious materials (SCM), can reduce or eliminate this pathological manifestation. Therefore, the study aimed at incorporating regional SCM, such as fly ash and granulated blast furnace slag from the Pecém Industrial and Port Complex, Ceará, in cementitious composites to assess the ASR mitigation capacity considering the incorporation of SCM during the cementitious composites production and during the manufacture of various types of Portland cements. The physical, chemical, mineralogical and microstructural properties of the SCM and the potentially reactive fine aggregate were analyzed. Mortar bars were produced to assess the ASR mitigation rate by the accelerated method and to identify the formation of possible reaction gels, cracks and warps. Chemical, mineralogical and microstructural tests were carried out on hardened mortars samples containing possible gels from ASR. Additionally, a statistical analysis was carried out to identify the influence of the CaO/SiO2 ratio and alumina on the expansion mitigation rate. The incorporation of SCM occurred as a partial replacement to standard cement in the percentages of 15%, 30% and 50% for fly ash and 35%, 45% and 55% for granulated blast furnace slag. Different types of Portland cements that contain such SCM in their compositions, from different manufacturers, available in the micro region of Fortaleza, Ceará, were also analyzed: CP II-Z-32-RS, CP II-E-32-RS, CP III-40 -RS and CP IV-32-RS. The results indicated a positive evaluation in the ASR development mitigation by the use of regional SCM, considering the incorporation during the commercial cement manufacture or during the mortars production. Considering that the production of these industrial by-products exceeds the flow currently given and that there is a concern of the technical environment with the seriousness of this pathological manifestation, such results are good indicators of alternative use in the civil construction chain of Fortaleza, Ceará.A reação álcali-sílica (RAS) em compósitos cimentícios (argamassas e concretos) se manifesta pela associação química da solução contida nos poros da matriz, fortemente básica e rica em álcalis, e de fases reativas de certos agregados. Para que o processo desencadeie são necessárias, ainda, alta umidade relativa e alta concentração de álcalis totais. A RAS é uma das formas de reação álcali-agregado (RAA) com maior ocorrência mundial. As degradações decorrentes desta reação envolvem expansão, fissuração, exsudação e queda do desempenho mecânico da estrutura. No Brasil, os estudos mais aprofundados iniciaram após o colapso de um edifício na cidade do Recife (PE), em 2004, culminando na perda de vidas humanas. Embora a RAA não tenha sido a causa principal do colapso, ela agravou o problema e serviu de alerta aos profissionais. Em Fortaleza (CE) também já foram identificados blocos de fundações de edifícios com a ocorrência desta reação. Alguns estudos têm mostrado que o uso de adições minerais, também denominadas de materiais cimentícios suplementares (MCS), pode conduzir à diminuição, quiçá à eliminação, desta manifestação patológica. Portanto, o estudo visou a incorporação de MCS regionais, como a cinza volante e a escória granulada de alto forno do Complexo Industrial e Portuário do Pecém, Ceará, em compósitos cimentícios para avaliar a capacidade de mitigação da expansão por RAS considerando a incorporação dos MCS durante a produção dos compósitos cimentícios e durante a fabricação de diversos tipos de cimentos Portland. Para tal, foram analisadas as propriedades físicas, químicas, mineralógicas e microestruturais dos MCS e do agregado miúdo potencialmente reativo; produzidas barras de argamassas para avaliar a taxa de mitigação da expansão por RAS pelo método acelerado e identificar a formação de possíveis géis da reação, fissuras e empenamentos; e realizados ensaios químicos, mineralógicos e microestruturais em amostras das argamassas endurecidas contendo possíveis géis da RAS. Adicionalmente foi realizada uma análise estatística para identificar a influência da relação CaO/SiO2 e da alumina na taxa de mitigação da expansão. Os MCS foram incorporados como substituição parcial ao cimento padrão nas porcentagens de 15%, 30% e 50% para a cinza volante e 35%, 45% e 55% para a escória granulada de alto forno. Também foram analisados diferentes tipos de cimentos Portland disponíveis na microrregião de Fortaleza, Ceará, de diferentes fabricantes, que contêm tais MCS em suas composições: CP II-Z-32-RS, CP II-E-32-RS, CP III-40-RS e CP IV-32-RS. Os resultados indicaram uma avaliação positiva na mitigação do desenvolvimento da RAS pelo uso dos MCS regionais, seja considerando a incorporação durante a fabricação de cimentos comerciais ou durante a produção das argamassas. Tendo em vista que a produção destes subprodutos industriais supera a vazão atualmente dada e que há uma preocupação do meio técnico com a gravidade desta manifestação patológica, tais resultados são bons indicadores de uso alternativo na própria cadeia da construção civil de Fortaleza, Ceará.Deus, Ênio Pontes deCabral, Antonio Eduardo BezerraMoreira, Kelvya Maria de Vasconcelos2021-09-16T09:37:47Z2021-09-16T09:37:47Z2021info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfMOREIRA, Kelvya Maria de Vasconcelos. Mitigação da reação álcali-sílica em compósitos cimentícios com o uso de cinza volante e de escória granulada de alto forno do complexo industrial e portuário do Pecém (Ceará). 2021. 152f. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência e Materiais) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Materiais, Fortaleza, 2021.http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60491porreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-09-16T19:51:44Zoai:repositorio.ufc.br:riufc/60491Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2024-09-11T18:43:07.567452Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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