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Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil, A indústria de produção de cimento é atualmente uma das indústrias mais poluentes, contribuindo negativamente e de forma considerável na emissão de gases tóxicos para atmosfera. Existe, portanto, uma necessidade geral de redução da dependência e utilização do cimento a fim de minorar os seus efeitos no ambiente. Uma forma de diminuir a sua necessidade, é a sua substituição parcial por adições minerais. Neste sentido, o estudo realizado incide sobre um conceito de eficiência na substituição do cimento por adições minerais no fabrico de argamassas. Este conceito, designado por fator de eficiência k, visa, através de uma relação com características de uma argamassa padrão, obter um valor para a eficiência da aplicação de uma determinada quantidade de adição mineral na composição de uma mistura de matriz cimentícia. Os materiais minerais incorporados alvo de estudo foram as cinzas volantes (CV) e o metacaulino (MTK). O estudo compreende no total, o fabrico e ensaio de 600 provetes constituídos por argamassas padrão; 20%, 40% e 60% de substituição de cimento por CV; 10%, 20% e 30% de substituição de cimento por MTK e argamassas de 10%CV+10%MTK, 30%CV+10%MTK e 50%CV+10%MTK, produzidas com razões de água/ligante de 0,35, 0,4, 0,5, 0,6 e 0,7. Foram realizados ensaios de espalhamento e de compressão no decorrer da determinação do fator k. O fator k é analisado segundo a idade, percentagem de substituição e nível de tensão nas idades de 7, 28, 90 e 180 dias. O presente estudo é igualmente elaborado de forma a estudar o comportamento do fator k em composições não previstas na norma NP EN 206-1. Verificouse que a resistência à compressão aumenta com a idade assim como o fator k de modo geral é maior comparando o seu valor na idade inicial e final permitindo concluir o benefício da incorporação de adições minerais em argamassas. Foram obtidos valores de eficiência, em média, de 0,8, 0,9 e 1 nas argamassas com 20%CV, 40%CV e 60%CV, respetivamente. Nas argamassas 10%, 20% e 30%MTK os valores situaram-se em 0,6, 1,2 e 1, respetivamente. As adições conjuntas de CV e MTK obtiveram valores de k médios de 1,2, 1 e 1,4 para 10%CV+10%MTK, 30%CV+10%MTK e 50%CV+10%MTK, respetivamente., Cement production is currently among the most polluting industries, significantly contributing to the emission of toxic gases into the atmosphere. The global need to reduce the dependence on using cement, in order to minimize environmental impact, is therefore widely recognized. One of the means of reducing the need for cement is to partially replace it with mineral admixtures. In light of this, the study approaches a concept on the efficiency of substituting cement with mineral admixtures when making mortar. This efficiency concept, called k-value, aims to obtain - based on the ratio of features on a standard mortar reference - a specific efficient quantity for the mineral admixture when mixing mortars with equivalent characteristics. The mineral admixtures studied are fly ash (CV) and metakaolin (MTK). The study in total included the manufacturing and tests of 600 test cubes consisting of mortars: standard, 20%, 40% and 60% of substituting of cement with fly ash, 10%, 20% and 30% of substituting of cement with metakaolin; and mortars with 10% fly ash + 10% metakaolin, 30% fly ash + 10% metakaolin and 50% fly ash + 10% metakaolin produced with binder/water ratios of 0,35, 0,4, 0,5, 0,6 and 0,7. In the process of determining the k- value, slump flow and compressive strength tests are carried out. The k-value was analyzed by specimens’ age, replacement percentage and tension level for ages of 7, 28, 90 and 180 days. The study also aims to analyze k-value behavior on composites that are not covered by the NP EN 206-1 Standard. It was found that the compressive strength increases with age and also in general the k value comparing its initial and final age value allowing to confirm the benefits of mineral admixture in mortars. Efficiency values were obtained on average of 0,8, 0,9 and 1 in mortar with 20%CV, 40CV and 60%CV, respectively. In mortars with MTK in 10%, 20% and 30% values were 0,6, 1,2 and 1, respectively. The mixtures with CV and MTK obtained k values in a average of 1,2, 1 and 1,4 for 10%CV+10%MTK, 30CV+10%MTK, 50%CV+10%MTK, respectively.

Com o objectivo de contribuir para a sustentabilidade da construção, urge reduzir a produção e o consequente consumo de cimento. Contudo, esta diminuição não deve comprometer o desempenho das estruturas de betão, de forma a garantir a manutenção de períodos de vida útil suficientemente alargados. Assim, a substituição de elevados volumes de cimento por adições, nomeadamente subprodutos industriais, como é o caso das cinzas volantes, será extremamente benéfica sob o ponto de vista ecológico e ambiental. No entanto, os betões com elevado volume de cinzas volantes apresentam alguns inconvenientes que têm impedido a generalização da sua utilização: desenvolvimento de resistências mais lento e reduzidas resistências em idades jovens; maior sensibilidade à cura; elevada retracção plástica; redução da resistência à carbonatação. De modo a impedir ou minimizar estes factores adversos, propõe-se incorporar no betão de elevado volume de cinzas volantes outras adições minerais que corrijam os principais inconvenientes associados à substituição dos elevados volumes de cimento por cinzas volantes. Assim, desenvolveu se um programa experimental com o objectivo de caracterizar o desempenho de misturas ternárias com elevado volume de cinzas volantes e incorporação de metacaulino. Neste trabalho apresentam-se as principais vantagens e inconvenientes da utilização simultânea das duas adições, cinzas volantes e metacaulino, que poderão originar características de desempenho muito interessantes mesmo com elevados volumes de substituição de cimento. A sinergia resultante destas misturas ternárias demonstrou desempenhos muito promissores, possibilitando grandes volumes de substituição de cimento, mantendo ou melhorando os desempenhos mecânicos e de durabilidade, podendo vir a ser uma solução viável para a obtenção de um betão eco-eficiente de desempenho melhorado para uso generalizado na construção como alternativa ao betão convencional.

Com a consciencialização crescente dos problemas ambientais, nomeadamente no que concerne à eficiência energética e aos gases de efeito de estufa, a indústria da construção e do cimento tem tido um lugar de destaque, sendo esta última responsável por cerca de 7% das emissões de CO2 para a atmosfera. Sabendo que a produção de cimento contribui com cerca de uma tonelada de CO2 por cada tonelada produzida, não deixa de ser paradoxal que o produto mais consumido pelo Homem, apenas ultrapassado pela água, não encontre um substituto credível, mais eficiente e mais ecológico. Considerando as soluções tecnológicas disponíveis, envolvendo a eficiência energética da produção, a produção intensiva ou a procura de combustíveis alternativos para o fabrico de cimento, uma solução mais simples poderá estar na racionalização dos recursos e na sua substituição por materiais alternativos. Já existe um tipo de betão (betão de elevado volume de cinzas volantes) com aplicações ainda muito restritas, mas com grandes vantagens ambientais. No entanto, as reduzidas resistências iniciais são uma das características limitativas da sua utilização. Neste contexto, foi desenvolvido um estudo experimental com misturas ternárias onde volumes significativos de cimento foram substituídos por cinzas volantes, e, também, em simultâneo, por uma outra adição, o metacaulino, funcionando esta como um factor corrector do desempenho. Neste trabalho, apresentam-se as principais vantagens e inconvenientes da utilização simultânea de duas adições, cinzas volantes e metacaulino, que poderão originar características de desempenho muito interessantes mesmo com elevados volumes de substituição. As sinergias resultantes destas misturas ternárias demonstram desempenhos muito promissores, possibilitando grandes volumes de substituição do cimento, mantendo ou melhorando os desempenhos mecânicos e de durabilidade, podendo vir a ser uma solução viável para a obtenção de um betão eco-eficiente de desempenho melhorado para uso generalizado na construção como alternativa ao betão convencional.

Mestrado em Engenharia de Materiais São sobejamente conhecidas, as ruinosas degradações que as grandes estruturas de betão sofrem ao longo do tempo. Também já foram identificadas algumas causas desta inexorável acção degenerativa e há muito tempo que se equacionam os elevados prejuízos que elas acarretam. Neste trabalho estudou-se o efeito de cinzas da queima de biomassa na mitigação da reacção álcalis-sílica expansiva (RAS). Esta reacção é lenta mas progressiva e leva à degradação de muitas edificações executadas com um dos materiais de construção mais usados nos nossos dias. Este trabalho pode ser dividido em duas partes. Na primeira parte fez-se a caracterização física e química das cinzas provenientes de duas unidades industriais situadas na zona centro de Portugal: (i) termoeléctrica da queima de biomassa (C1), (ii) co-geração da indústria de celulose (C2). Verificou-se que as cinzas C1 são mais finas que as cinzas C2. Devido ao baixo teor de inqueimados nas cinzas C2, pode-se concluir que a tecnologia de queima da indústria de celulose é mais eficiente. Na segunda parte deste trabalho, estudou-se a substituição de cimento por cinzas de biomassa em teores de 20, 30 e 40%, em argamassas cimentíceas, para tentar mitigar a reacção expansiva. Constactou-se que as argamassas com a incorporação das cinzas C1 sofreram menos expansão do que as argamassas com a incorporação de cinzas C2. As argamassas com a incorporação de cinzas e metacaulino mostraram ser eficazes na mitigação da RAS. The ruinous degradation of large concrete structures over time is well known. One possible cause is due to the reaction between cement past and aggregates, since it causes a significant expansion at later ages, this process is known as alkali-silica reaction (ASR) and a long ago equated the huge losses. In this work it was studied the effect of fly ash from biomass combustion in the mitigation of the reaction alkali-silica expansion. This reaction is slow but progressive that leads to the degradation of many buildings built with the construction material most used in our days. This work can be split in two parts. In the first one we characterize the physical and chemical proprieties of fly ashes generated two industrial plants situated in the center area of Portugal: (i) biomass thermal combustion (C1), (ii) co-generation plant of cellulose (C2). It was found that the ashes C1 are more fine the ashes C2. Due to low organic matter in the ash C2, we concluded that the burning technology of the cellulose industry is more efficient. In the second part of the work we studied mortars were the cement was substituted by biomass fly ash (at levels 20, 30 and 40%) in trying to mitigate the ASR expansive behaviour. It was found that the mortar with the incorporation of ash C1 expanded less than the mortar with the incorporation of ash C2. The mortar with the incorporation of ash and metakaolin proved to be effective in the mitigation of ASR.