Contribuição ao estudo de argamassas autonivelantes produzidas com diferentes composições de aglomerantes e adição de cinza pesada e lama vermelha

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2022.As argamassas autonivelantes à base de cimento Portland são mais propensas a apresentar fissuração ou empenamento dos cantos (curling), devido à retração por secagem. Com finalidade de mitigar as falhas ocasionadas pela retração por secagem, o presente estudo buscou avaliar o desempenho de sistemas ternários de aglomerantes compostos por cimento Aluminato de Cálcio (CAC), Gesso FGD (FGD) e Cimento Portland (CP). O gesso FGD é um resíduo originado em usinas termelétricas que foi empregado como fonte de sulfato de cálcio por apresentar composição química semelhante ao gesso natural. Para assegurar o bom desempenho das argamassas autonivelantes, no que se refere aos espalhamentos, tempos de pega, resistências mecânicas (flexão e compressão) e variação dimensional (retração linear), foram avaliadas composições de aglomerantes variando o teor de cimento Portland (10% e 20%), a relação CAC/FGD (2,33, 3,00 e 4,00) e o teor de filler calcário (0,2 e 0,3). O aumento de 10% para 20% do teor de cimento Portland promoveu um aumento dos valores de resistência à compressão inicial (1 dia), indicando que as reações de hidratação foram aceleradas, independente da relação CAC/FGD e do teor de filler calcário. Para 20% de cimento Portland, as argamassas com relação CAC/FGD de 4,00, apresentaram os maiores valores de retração por secagem aos 28 dias e os menores valores de resistência à flexão aos 7 dias. Assim, as proporções dos aglomerantes (em massa), foram definidas em 56/24/20 (CAC/FGD/CP). O objetivo deste estudo foi analisar as influencias das substituições do filler calcário (FC) pela cinza pesada (CZP) e pela lama vermelha (LV), sobre as propriedades das argamassas autonivelantes à base do sistema CAC/FGD/CP. Para tanto, foram realizados ensaios de espalhamento, tempos de pega, resistências mecânicas (flexão e compressão), módulos de elasticidade, absorção de água (por imersão e capilaridade), variação dimensional por secagem (retração linear e curling), mineralogia (análises termogravimétricas e difração de raios-X) e isotermas de dessorção. Os resultados experimentais confirmaram que todas as argamassas produzidas apresentaram propriedades adequadas à sistemas autonivelantes. Além disso, as substituições de filler calcário por cinza pesada e por lama vermelha melhoraram as propriedades especificas das argamassas autonivelantes. Dentre os principais resultados, as substituições totais de 0,2 de filler calcário por cinza pesada e por lama vermelha reduziram a retração linear por secagem na idade inicial de cura (3 dias), enquanto, as substituições totais de 0,3 de filler calcário por cinza pesada e por lama vermelha aumentaram a resistência à compressão inicial (1 dia). Por fim, foram realizadas modelagens matemáticas com base na teoria da poroelasticidade, a fim de simular os valores da retração e as magnitudes das tensões exercidas nos poros durante a secagem. As simulações realizadas com base no conceito da pressão de poro média mostraram subestimar a magnitude dos valores de retração, em relação aos obtidos experimentalmente. Por outro lado, as simulações fundamentadas na teoria da pressão de poro equivalente apresentaram convergências de resultados teóricos e experimentais, exceto para as argamassas com maiores teores de adição. A maior precisão obtida pela modelagem com base na teoria da pressão de poro equivalente, comprovou que a soma das energias das interfaces exerce grande influência sobre a deformação em condições de cura de 50 ± 5% de umidade relativa, portanto, não deve ser desprezada, como no caso do conceito da pressão de poro média.Abstract: Self-levelling Underlayment?s based on cement Portland (CP) are more susceptible for cracking or warping of corners (curling), due to drying shrinkage. In order to mitigate the failures caused by drying shrinkage, the present study sought to evaluate the performance of ternary binder systems composed of Calcium Aluminate cement (CAC), FGD Gypsum (FGD) and Portland cement (CP). FGD gypsum is a residue derivated from thermoelectric plants, which was used as a source of calcium sulfate, as it has a chemical composition similar to natural gypsum. To ensure the good performance of the self-levelling Underlayment?s, with regard to mini slump, setting times, mechanical strength (flexion and compression) and dimensional variation (linear shrinkage), binder compositions were evaluated, varying the Portland cement content (10% and 20%), the CAC/FGD ratio (2.33, 3.00 and 4.00) and the limestone filler content (0.2 and 0.3). The increase from 10% to 20% of the Portland cement content, promoted an increase in the values of to initial compression strength (1 day), indicating that the hydration reactions were accelerated, regardless of the CAC/FGD ratio and the content of limestone filler. For 20% of Portland cement, the mortars with CAC/FGD ratio of 4.00, presented the highest values of shrinkage on drying at 28 days and the lowest values of resistance to flexion at 7 days. Thus, the proportions of binders (by mass) were defined in 56/24/20 (CAC/FGD/CP). The objective of this study was to analyze the influences of limestone filler (FC) replacements by bottom ash (CZP) and red mud (LV) on the properties of self-levelling mortars based on the CAC/FGD/CP system. Hence, tests were carried out on mini slump, setting times, mechanical strength (flexion and compression), dynamic elastic modulus, water absorption (by immersion and capillary), dimensional variation by drying (linear shrinkage and curling), mineralogy analysis (thermogravimetric and X-ray diffraction) and desorption isotherms. The experimental results confirmed that all the mortars produced had properties suitable for self-levelling systems. In addition, the replacement of limestone filler by bottom ash and red mud enhances certain properties of self-levelling mortars. Among the main results, the total replacements of 0.2 limestone filler by bottom ash and red mud reduced linear drying shrinkage at the initial age of cure (3 days), while the total replacements of 0.3 limestone filler by bottom ash and red mud increased the initial compressive strength (1 day). Finally, mathematical modeling based on the poroelasticity theory was performed, in order to simulate the values of shrinkage and the magnitudes of stresses exerted on the pores during drying. The simulations carried out based on the concept of mean pore pressure showed to underestimate the magnitude of the shrinkage values, in relation to those obtained experimentally. On the other hand, simulations based on the theory of equivalent pore pressure showed convergences of theoretical and experimental results, except for mortars with higher addition contents. The greater precision obtained by modeling based on the theory of equivalent pore pressure, proved that the energies of the interfaces has a great influence on the deformation under curing conditions of 50 ± 5% relative humidity, therefore, it should not be neglected as in the case of the concept of average pore pressure