Concretos convencionais ecoeficientes com pó residual de diabásio otimizados por técnicas de empacotamento de partículas

Abstract

Resumo: A indústria do cimento é responsável por cerca de 8% da emissão total de CO2 na atmosfera. Além disso, o setor da construção civil produz e descarta resíduos diariamente, entre eles o pó de pedra, resíduo da britagem de matéria prima para produção de agregado artificial. A utilização de técnicas de empacotamento de partículas, buscando a diminuição do consumo de cimento e a substituição parcial pelo pó de pedra, permite a produção de concreto ecoeficiente. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho é a comparação entre o Modelo de Alfred e o Modelo de Empacotamento Compressível (CPM, do inglês, Compressible Packing Model) utilizados para dosagem de concreto convencional por técnicas de empacotamento de partículas, buscando ecoeficiência e a utilização do pó de pedra. Foram produzidos traços de concreto com a relação água/finos entre 0,45 e 0,60 com a composição dos materiais definida pelos dois modelos de empacotamento de partículas (modelo de Alfred e modelo CPM). As propriedades dos concretos foram avaliadas no estado fresco e no estado endurecido, com os ensaios de massa específica, slump test, resistência à compressão, resistência à tração, módulo de elasticidade, e com ensaios de resistividade elétrica e propagação de onda ultrassônica para avaliações iniciais de durabilidade. Também foram avaliados os parâmetros de sustentabilidade dos concretos pelos índices de intensidade de ligante, intensidade de CO2 e custos relativos para obtenção de uma unidade de resistência mecânica. Para validação da utilização do pó de diabásio como substituto parcial do cimento Portland na pesquisa, concretos foram dosados e analisados previamente. Como resultado, o pó de diabásio se mostrou viável para ser utilizado como substituição parcial do cimento no teor de 20%. Os resultados iniciais do estudo dos materiais finos apontaram a densidade de empacotamento experimental do cimento de 0,641 e do pó de pedra de 0,629 pelo método úmido de Wong e Kwan. Para aplicação do método de dosagem pelo modelo CPM, o teor de pasta de 26% foi definido como o teor ideal por ter apresentado os melhores índices de ecoeficiência. Os concretos dosados a partir de ambos os modelos de empacotamento apresentaram valores similares de massa específica no estado fresco. Para os resultados de resistência à compressão aos 28 dias, o maior resultado de 40,86 MPa ocorreu para o concreto dosado pelo modelo CPM na menor relação água/finos analisada. Nas demais relações água/finos os concretos dosados a partir do modelo de Alfred apresentaram melhores resultados de resistência à compressão. Os resultados de módulo de elasticidade e resistência à tração aos 28 dias apontaram que o modelo de Alfred obteve melhores valores nas relações água/finos mais altas, enquanto que o modelo CPM nas relações mais baixas. Os resultados de velocidade de propagação de onda ultrassônica apontaram classificação excelente para todos os concretos analisados, com valores superiores a 4500 m/s. Como principal resultado, os concretos dosados com a composição dos materiais pelo modelo de Alfred apresentaram os melhores índices de ecoeficiência, obtendo o valor mínimo de 6,37 kg/m³/MPa para a intensidade de ligante e de 5,75 kgCO2/m³/MPa para a intensidade de CO2. Também os concretos dosados a partir do modelo de Alfred apresentaram menores custos relativos em todas as relações água/finos analisadas. Por fim, como conclusão geral, a utilização de ambos os modelos de empacotamento permitiu a dosagem de concretos ecoeficientes.

Abstract: The cement industry is responsible for about 8% of the total CO2 emissions into the atmosphere. In addition, the civil construction sector produces and discards waste daily, including stone powder, which is a waste from crushing raw material for the production of artificial sand. The use of the particle packing method, with a reduction in cement consumption and partial replacement by stone powder, allows meeting the needs of urban development with the production of ecoefficient concrete. In this context, the objective of the present work is to compare the Alfred Model and the Compressive Packing Model (CPM) used for conventional concrete mix design by particle packing techniques, seeking eco-efficiency and the use of stone powder. Concrete mixes were produced with a water/fine ratio between 0.45 and 0.60, with the composition of the materials defined by the two particle packing models (Alfred model and CPM model). The properties of the concrete were evaluated in the fresh and hardened state, with tests of specific mass, slump test, compressive strength, tensile strength, elastic modulus and with tests of electrical resistivity and ultrasonic test for the initial durability evaluations. Concrete sustainability parameters were also evaluated by the indices of binder intensity, CO2 intensity and relative costs for obtaining a unit of mechanical strength. To validate the use of diabase powder as a stone powder partial substitute for Portland cement in the research, concretes were dosed and previously analyzed. As a result, diabase powder proved to be viable to be used as a partial replacement of cement at a 20% content. The initial results of the study of fine materials indicated the experimental packing density of 0.641 for cement and 0.629 for stone powder by Wong and Kwan's wet method. For application of the dosage method by the CPM model, the paste content of 26% was defined as the ideal content for having presented the best eco-efficiency indices. The concretes dosed from both packing models showed similar values of specific mass in the fresh state. For the compressive strength results at 28 days, the highest result of 40.86 MPa occurred for concrete dosed by the CPM model at the lowest water/fines ratio analyzed. In the other water/fines ratios, the concrete dosed from the Alfred model showed better compressive strength results. The results of elastic modulus and tensile strength at 28 days showed that the Alfred model obtained better values in the highest water/fines ratios, while the CPM model in the lowest ratios. The ultrasonic wave propagation velocity results indicated an excellent classification for all analyzed concretes, with values greater than 4500 m/s. As a main results, the concrete dosed with the composition of materials according to the Alfred model showed the best ecoefficiency indices, obtaining a minimum value of 6.37 kg/m³/MPa for binder intensity and 5.75 kgCO2/m³/MPa for CO2 intensity. The concretes dosed from Alfred's model also presented lower relative costs in all the analyzed water/fines ratios. Finally, as a general conclusion, the use of both packing models allowed the dosage of eco-efficient concrete