Avaliação das propriedades de compósitos cimentícios de ultra-alto desempenho com resíduos de pó de vidro

Soares, Silvete Mari; Freitas, Taís Oliveira Gonçalves; Oliveira Júnior, Adalberto; Ferreira, Fernanda Giannotti da Silva; Salvador Filho, José Américo Alves

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Revista IBRACON de Estruturas e Materiais

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Sumário

ORIGINAL ARTICLE • Rev. IBRACON Estrut. Mater. 15 (6) • 2022 • https://doi.org/10.1590/S1983-41952022000600012 copiar

Avaliação das propriedades de compósitos cimentícios de ultra-alto desempenho com resíduos de pó de vidro

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

Novos desenvolvimentos na tecnologia do concreto, como concretos de alto e ultra-alto desempenho (CAD e UHPC) são notórios não apenas pela elevada resistência mecânica e durabilidade, como também pelo alto consumo de cimento Portland. Materiais cimentícios suplementares têm sido utilizados como substitutos parciais do cimento Portland visando minimizar o consumo de clínquer, otimizando o uso de aglomerantes, reduzindo as emissões de CO₂ e aumentando a durabilidade. O pó de vidro residual pode ser uma alternativa viável devido à sua natureza rica em sílica, ampla disponibilidade e baixo custo. Este trabalho tem como objetivo avaliar a influência da substituição do cimento Portland por pó de vidro residual finamente moído em teores de 10%, 20%, 30% e 50% no comportamento físico e mecânico de compósitos cimentícios de ultra alto desempenho (UHPC). Os resultados indicam que o uso de pó de vidro como substituição de até 50% do cimento Portland não afeta significativamente as propriedades analisadas aos 28 dias.

Palavras-chave:
compósito cimentício; ultra-alto desempenho; pó de vidro

Physical properties	Portland cement	Silica fume	Glass powder	Quartz sand
Specific gravity (g/cm³)	3.16 a	2.25 ^a	2.55 ^a	2.56 b
Specific surface (m²/kg) ^* * NBR 16372 [20]. ** Maximum size determined by laser granulometry, except in quartz sand which was determined by NBR 17054 [22]. a NBR 16605 [19]; b NBR 16916 [21]	665	247	393	-
Water absorption (%)	-	-	-	0.64 ^b
Maximum dimension (mm)**	0.03	0.023	0.075	1.2

Components	Portland cement (%)	Silica fume (%)	Glass powder (%)
Silica oxide ( ${S i O}_{2}$ )	23.00	94.10	74.00
Ferric oxide ( ${F e}_{2} O_{3}$ )	2.49	< 0.5	0.42
Aluminum oxide ( ${A l}_{2} O_{3}$ )	4.31	< 0.2	3.70
Calcium oxide ( $C a O$ )	61.40	< 0.2	9.10
Sulfuric anhydride ( ${S O}_{3}$ )	2.97	-	-
Strontium Oxide ( $S_{R} O$ )	0.27	< 0.2	0.04
Thorium Oxide ( ${T h O}_{2}$ )	< 0.01	< 0.01	< 0.01
Potassium oxide ( $K_{2} O$ )	0.96	1.28	0.56
Sodium oxide ( ${N a}_{2} O$ )	-	-	11.00
Uranium Oxide ( $U_{3} O_{2}$ )	< 0.01	< 0.01	< 0.01
Phosphorus oxide ( $P_{2} O_{5}$ )	0.52	-	-
Chloride ( ${C l}^{-}$ )	0.12	-	-
Magnesium oxide ( $M g O$ )	-	-	0.74
Loss on ignition	4.05	3.60	0.58

Group	Consumption of materials (kg/m³)							Consistency (mm)
Group	Cement	Silica fume	Glass powder	Quartz sand	Water^* * Corrected water value for 46% solids of superplasticizer. SP(1) = superplasticizer; SR(2) = shrinkage reducer.	SP⁽1⁾	SR⁽2⁾	Consistency (mm)
REF	1000	80	-	1074	181.28	24.3	10.8	379.5
VD10	900	80	81	1074	181.28	24.3	10.8	377.0
VD20	800	80	161	1074	181.28	24.3	10.8	375.5
VD30	700	80	242	1074	181.28	24.3	10.8	381.5
VD50	500	80	403	1074	181.28	24.3	10.8	382.5

Properties	UHPCC
Properties	REF	VD10	VD20	VD30	VD50
Compressive strength (MPa)	116.0	119.0	114.0	111.0	88.0
Statistically different from REF?	-	No	No	No	Yes
Tensile strength (MPa)	11.08	10.94	11.03	10.07	9.82
Statistically different from REF?	-	No	No	No	No
Static modulus of elasticity (GPa)	43.09	45.51	41.67	42.94	41.51
Statistically different from REF?	-	No	No	No	No
Dynamic modulus of elasticity (GPa)	53.31	52.15	52.10	52.37	49.75
Statistically different from REF?	-	Yes	Yes	No	Yes
Capillary water absorption at 72h (g/cm²)	0.079	0.077	0.092	0.091	0.088
Statistically different from REF?	-	No	No	No	No

Groups / Researchers	Cement Consumption (kg/m³)	SCM Consumption (kg/m³)			Compressive strength at 28 days (MPa)	Energy efficiency of binders (kg/m³MPa⁻¹)	Cement energy efficiency (kg/m³MPa⁻¹)
Groups / Researchers	Cement Consumption (kg/m³)	Silica Fume	Fly Ash	Glass Powder	Compressive strength at 28 days (MPa)	Energy efficiency of binders (kg/m³MPa⁻¹)	Cement energy efficiency (kg/m³MPa⁻¹)
REF	1000	80	-	0	106.81	10.11	10.11
VD10	900	80	-	81	98.58	10.76	9.13
VD20	800	80	-	161	121.69	8.55	6.57
VD30	700	80	-	242	110.70	6.3	9.20
VD50	500	80	-	403	105.86	9.29	4.72
Pelisser et al. [⁴⁷47 F. Pelisser, A. Vieira, and A. M. Bernardin, "Efficient self-compacting concrete with low cement consumption," J. Clean. Prod., vol. 175, pp. 324–332, 2018, http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.12.084. http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2017... ]	472	-	52	-	67.2	7.8	7.02
Corinaldesi and Moriconi [⁴⁸48 V. Corinaldesi and G. Moriconi, "The role of industrial by-products in self-compacting concrete," Constr. Build. Mater., vol. 25, no. 8, pp. 3181–3186, 2011, http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.03.001. http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.... ]	440	-	100	-	45.0	12.0	9.78
Li et al. [⁴⁹49 P. P. Li, Q. L. Yu, H. J. H. Brouwers, and W. Chen, "Conceptual design and performance evaluation of two-stage ultra-low binder ultra-high performance concrete," Cement Concr. Res., vol. 125, pp. 105858, 2019, http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105858. http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.20... ]	625.7	41.7	-	-	113.0	5.9	5.5
	426.1	28.4	-	-	116.2	3.9	3.7
	341.5	22.8	-	-	121.1	3.0	2.8

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[1] Corresponding author: Silvete Mari Soares. E-mail: silvetemari@ifsp.edu.br