Characterisation of recycled aggregates from construction and demolition waste and the influence of their characteristics on concrete mechanical performance.

Entre os desafios para a expansão de mercado da reciclagem, encontra-se o de viabilizar o emprego dos agregados de resíduos de construção e demolição (RCD) reciclados em concretos. No entanto as normas que regulamentam tal emprego não são facilmente aplicáveis nas usinas de reciclagem, existindo pouca informação sistemática de como as diferentes características dos agregados de RCD reciclados influenciam no desempenho do concreto. O objetivo desta tese é identificar as características dos agregados de RCD reciclados que exerçam influência relevante no comportamento mecânico dos concretos. As seguintes etapas experimentais são desenvolvidas: a) caracterização química e mineralógica das frações granulométricas de três amostras representativas de agregados, b) caracterização das propriedades físicas de agregados graúdos separados por densidade, assim como da composição química, mineralógica e por fases, c) influência das características dos agregados graúdos separados por densidade no comportamento mecânico dos concretos. Na caracterização dos agregados foram utilizados os seguintes métodos: análise granulométrica, análise química por FRX, análise mineralógica por DRX, determinação da fração solúvel por ataque com solução de HCl 33%, e análise termogravimétrica, separação por densidade empregando líquidos densos e equipamento “Sink and Float”, catação das fases, determinação da massa específica aparente e absorção de água dos agregados, dosagem e avaliação do comportamento mecânico de concretos produzidos com esses agregados. Os resultados permitem concluir que a porosidade (ou massa específica aparente) dos agregados de RCD reciclados controla o comportamento mecânico dos concretos produzidos com relação água e cimento constante, assim como a soma dos teores de aglomerantes e de cerâmica vermelha – frações mais porosas. A separação por densidade é uma técnica eficiente para separar esses agregados em subgrupos de diferentes porosidades, gerando concretos com comportamento mecânico e absorção de água similares. O estudo realizado aponta para uma densidade de corte em torno de 2,2 a 2,3 g/cm³. Os agregados contidos no intervalo “d> 2,2” possuem teores elevados de rochas e teores baixos de cerâmica vermelha, resultando em concretos com comportamento mecânico semelhante ao dos agregados naturais analisados. A avaliação da distribuição de densidade pode ser um método simples e rápido para a classificação de lotes desses agregados e controle do comportamento mecânico dos concretos produzidos. Na fração graúda e miúda, os teores de rochas e cerâmicas são superiores a 50% da massa, e o comportamento dos principais óxidos da composição química é semelhante. Esse comportamento muda significativamente na fração fina, em que predominam os aglomerantes e argilominerais (teores superiores a 77%). A origem (Itaquera e Vinhedo) e a cominuição influenciaram, de forma representativa, a distribuição de massa dos agregados graúdos de RCD reciclados separados por densidade. O agregado de Itaquera apresentou mais de 70% da massa no intervalo de densidade superior a 2,2 g/cm³.Construction and demolition waste (CDW) recycled aggregates are not largely used in concrete due to CDW composition heterogeneity and CDW recycled aggregate physical property variability from visual classification and hand sorting of proposed standards that provide insufficient relation between the aggregate characteristics and concrete performance. This thesis aims to identify CDW recycled aggregate characteristics that influence the concrete mechanical performance. The experimental design was divided in three stages: a) detailed chemical and mineralogical characterization of three representative CDW recycled aggregate samples, b) characterization of the physical properties of the coarse CDW recycled aggregates separated by heavy media as well as the composition in terms of chemical, mineralogical, and visual phases, and c) the influence of the coarse CDW recycled aggregate separated by heavy media on concrete mechanical performance. The following methods were used: particle size distribution, chemical analysis by XRF, mineralogical analysis by XRD, soluble fraction in chloride acid leaching assay, thermal analysis, sequential heavy media and gravity separation, hand sorting, bulk specific gravity and water absorption, concrete mix design and its compressive strength and elastic modulus using the CDW recycled aggregates. In conclusion, CDW recycled aggregate porosity controls concrete mechanical performance formulated with constant cement and water relation. The concrete mechanical performance is related to bulk specific gravity of CDW recycled aggregates separated by density, including to the sum of binder and red ceramic content. Heavy media and gravity separation is efficient to separate CDW recycled aggregates in bulk specific gravity groups, producing concrete with similar concrete mechanical behavior and water absorption. Cutting density in 2.2-2.3 g/cm³ seems to be efficient since the aggregates with the upper density have high rock content resulting concrete mechanical performance similar to that produced using natural aggregates. Mass distribution in density separation could be a simple and fast method to classify CDW recycled aggregate and to control concrete mechanical performance. The coarse and sand fraction of CDW recycled aggregates had more than 50% in mass of rocks and ceramics, with quite similar main oxide contents in chemical composition. However, the contents changed in fine fraction (lower than 0.15 mm) whose binder content and clay minerals are in majority (upper to 77% in mass). The origin of CDW recycled aggregate and comminution influenced in mass distribution of sequential density separation. In Itaquera (São Paulo), the mass distribution upper to 2,2 g/cm³ was around 70%