Matrizes cimentícias de concreto de ultra-alto desempenho com fíler calcário

Abstract

O concreto de ultra-alto desempenho (CUAD) é um material cimentício que apresenta resistências à compressão acima de 120 MPa, com elevada durabilidade e trabalhabilidade. O CUAD utiliza alta quantidade de cimento e sílica ativa em sua composição, gerando elevado custo e impacto ambiental. Desse modo, há interesse científico e tecnológico no uso de elevadas quantidades de fíler calcário (FC) em CUAD. Neste trabalho foram estudadas as influências de diferentes teores de fíler calcário em substituição ao cimento (25, 50 e 75%) e tamanhos de fíler calcário (D50 de 8, 16 e 32 µm) em pastas de CUAD. O tratamento térmico a 90 oC durante 48 horas foi avaliado. O empacotamento granular, comportamento reológico, hidratação do cimento, resistência mecânica, porosidade e microestrutura foram analisados. O empacotamento aumentou com a diminuição do tamanho do FC. Os ensaios reológicos apresentaram ajuste não linear de Herschel-Bulkley. O aumento da quantidade de FC e a diminuição de seu tamanho, diminuíram a viscosidade aparente e a tensão de escoamento. O aumento da quantidade de FC nas pastas, aumentou o grau de hidratação do clínquer. A resistência à compressão das pastas com 25% de FC foram equivalentes à da referência. Resistências à compressão de 120 e 63 MPa, aos 91 dias, foram alcançadas com 50% e 75% de FC respectivamente. A porosidade aumentou com o aumento da quantidade de FC, porém, porosidades próximas à referência foram verificadas nas pastas com 25 e 50% de FC. A análise quantitativa por DRX demonstrou que até 365 dias de hidratação do cimento, o tamanho do FC não alterou os produtos de hidratação. O tratamento térmico (TT) aumentou a resistência à compressão aos 7 dias, porém, aos 28 e 91 dias as resistências à compressão das pastas com TT, ficaram menores que as das pastas sem tratamento. Houve aumento do grau de hidratação do clínquer aos 7 dias com o TT.

Abstract: Ultra-high performance concrete (UHPC) is a cementitious material with compressive strengths above 120 MPa, high durability and workability. UHPC uses a high amount of cement and silica fume, generating high cost and environmental impact. Thus, there is scientific and technological interest in using high amounts of limestone in UHPC. This thesis studied the influence of different limestone contents in replacement of cement (25, 50 and 75%) and limestone sizes (D50 of 8, 16 and 32 µm) in UHPC pastes. Thermal treatment at 90 oC for 48 hours was evaluated. Granular packing, rheological behavior, cement hydration, mechanical strength, porosity, and microstructure were analyzed. Packing increased with decreasing limestone size. The rheological tests showed a nonlinear Herschel-Bulkley fit. The increase in the amount of limestone, and the decrease in its size, decreased the apparent viscosity and the yield stress. The increase in the amount of limestone in the pastes increased the degree of hydration of the clinker. The compressive strength of the pastes with 25% limestone were equivalent to the reference. Compressive strengths of 120 and 63 MPa, at 91 days, were achieved with 50% and 75% FC respectively. The porosity increased with the increment limestone; however, porosities close to the reference were verified in the pastes with 25 and 50% of limestone. Quantitative analysis by XRD showed that up to 365 days of cement hydration, the FC size did not change the hydration products. The heat treatment (TT) increased the compressive strength at 7 days, however, at 28 and 91 days, the compressive strengths of the TT pastes were lower than those untreated. There was an increase in the degree of clinker hydration at 7 days with TT.