Incorporação de cal em misturas cimentícias com elevados teores de adições minerais

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia CivilA indústria do betão gera alguns problemas ambientais e de sustentabilidade associados à incorporação do Cimento Portland, cujo fabrico é, conforme sabido, altamente consumidor de energia e é responsável por cerca de 7% das emissões de CO2 para a atmosfera. As adições minerais Pozolânicas permitem substituir o Cimento, contribuindo com uma quantidade adicional de silicatos de cálcio hidratado (CSH). Para a formação do CSH adicional a pozolana tem de reagir com o hidróxido de cálcio proveniente da hidratação do Cimento, originando a reação pozolânica. Por vezes, para dosagens elevadas de adições minerais, o hidróxido de cálcio pode ser insuficiente para o bom funcionamento da reação pozolânica, situação em que pode ser necessária a sua adição. Esta reação, geralmente, produz uma redução da porosidade do betão, aferindo ao betão maior durabilidade. Esta substituição apresenta inúmeros benefícios, tanto em relação à reologia no estado fresco quanto ao comportamento mecânico no estado endurecido. Neste contexto, desenvolveu-se este trabalho tendo como principal objetivo estudar a incorporação de cal em misturas cimentícias com elevados teores de adições minerais. Concretamente pretende-se analisar o efeito da incorporação de cal como potencial ativador da reação pozolânica em misturas com quantidades reduzidas de Cimento. Adicionalmente, pretende-se, também, determinar se a adição de cal permite, ou não, dotar a composição de uma maior reserva alcalina e, assim, melhorar a sua resistência à carbonatação. Para isto, realizaram-se doze tipos de composições cimentícias com dois tipos de matriz ligante, Cimento e Cinzas volantes; e Cimento, Cinzas volantes e Metacaulino. Em todas as composições, a quantidade de substituição de Cimento por adições minerais foi de, pelo menos, 60%. Para cada um destes dois tipos de matrizes cimentícias fez-se variar o teor de cal entre 0 e 25%. Neste trabalho experimental, para a mistura ternária, observou-se uma melhoria na resistência à compressão e à carbonatação para as misturas com incorporação de cal até 15%. Esta tendência foi acompanhada nas misturas com Cimento e Cinzas volantes, onde a resistência à compressão, perto da ultima data de ensaio (90 dias), aumentou relativamente à da amostra Padrão para um teor de Cal de 5% e a resistência à Carbonatação foi melhorada independentemente do teor de cal adicionada.The concrete industry generates some environmental and sustainability issues associated with the incorporation of Portland cement, whose manufacture is, as well known, highly energy consumer and responsible for about 7% of CO2 emissions into the atmosphere. The Pozzolanic mineral additions allow substitute the cement, contributing with an additional amount of hydrated calcium silicate (CSH). For the formation of the additional CSH, the pozzolan must react with the calcium hydroxide from the hydration of the cement, resulting in the pozzolanic reaction. Sometimes, for high dosages of mineral additions, calcium hydroxide may be insufficient for proper functioning of the pozzolanic reaction, situation in which may be necessary its addition. This reaction, usually, produces a decrease in the porosity of the concrete, assessing the concrete a bigger durability. This substitution has many benefits, for the rheology in fresh state as well as the mechanical behavior in the hardened state. In this context, this work was developed with the main objective of studying the incorporation of lime in cementitious mixtures containing large amounts of mineral additions. Specifically, it is intended to analyze the effect of the incorporation of lime as a potential activator of the pozzolanic reaction in mixtures with small quantities of cement. Additionally, the aim was also to determine whether the addition of lime allows, or not, to give the composition an increased alkalinity and thus improve its resistance to carbonation. With this purpose, there were made twelve types of cementitious compositions with two types of matrix binder, Cement and fly ash, and cement, fly ash and Metakaolin. In all compositions, the amount of cement replacement by mineral additions was, at least, 60%. For each of these two types of cementitious matrixes was used a variation of the content of lime between 0 and 25%. In this experimental work, for the ternary blend, we observed an improvement in the resistance to the compressive strength and the carbonation for the blends incorporating lime up to 15%. This tendency was accompanied in mixtures with cement and fly ash, where the compression resistance near the last day of the test (90 days) increased compared to that of the standard sample for a content of 5% of lime, and the resistance to carbonation was improved independently of the amount of lime added