Estudo preliminar sobre a produção de concreto de ultra-alto desempenho com adição de fibra de sisal e substituição parcial de cimento Portland por resíduo de vidro
DOI:
https://doi.org/10.18265/2447-9187a2025id8718Palavras-chave:
Concreto de ultra-alto desempenho, Ecoeficiência, Fibra de sisal, Resíduo de vidro, Sustentabilidade.Resumo
O concreto de ultra-alto desempenho (UHPC) é um material com propriedades físicas e mecânicas avançadas, caracterizado por uma baixa relação água/aglomerante. No entanto, essa característica leva a uma predisposição para a formação de fissuras devido à retração autógena. Para mitigar esses efeitos, fibras metálicas e não metálicas têm sido utilizadas, embora apresentem alta pegada de carbono. Além disso, o UHPC consome grandes quantidades de cimento Portland (CP), resultando em impactos ambientais significativos. Nesse contexto, o presente estudo investigou materiais alternativos, como resíduos de vidro (RV) e fibra de sisal (FS), para substituir materiais com maior pegada de carbono. Quatro misturas de UHPC foram preparadas, contendo 0%, 10%, 20% e 30% de substituição de CP por RV, todas com adição de 1% de FS. As propriedades avaliadas incluíram resistência à compressão, absorção de água por imersão e índice de vazios. Além disso, foi realizada uma análise de ecoeficiência para avaliar a pegada de carbono de cada mistura produzida. Os resultados indicaram que a substituição parcial de PC por RV promoveu aumento da resistência à compressão em idades avançadas. A análise estatística destacou que a mistura com 20% de RV atingiu a maior resistência à compressão, atingindo 103,8 MPa em 180 dias. Em relação à ecoeficiência, a incorporação de RV e FS resultou em UHPC mais sustentável, com a mistura contendo 30% de GW atingindo uma pegada de carbono de 5,6 kg CO2/m3/MPa em 180 dias. Conclui-se que o uso de RV e FS demonstra o potencial para o desenvolvimento de concreto de ultra-alto desempenho ambientalmente sustentável.
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Referências
AKEED, M. H.; QAIDI, S.; AHMED, H. U.; FARAJ, R. H.; MOHAMMED, A. S.; EMAD, W.; TAYEH, B. A.; AZEVEDO, A. R. G. Ultra-high-performance fiber-reinforced concrete. Part I: developments, principles, raw materials. Case Studies in Construction Materials, v. 17, e01290, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01290.
ALTHOEY, F.; ZAID, O.; MARTÍNEZ-GARCÍA, R.; PRADO-GIL, J.; AHMED, M., YOSRI, A. M. Ultra-high-performance fiber-reinforced sustainable concrete modified with silica fume and wheat straw ash. Journal of Materials Research and Technology, v. 24, p. 6118-6139, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.04.179.
AMRAN, M.; MURALI, G.; MAKUL, N.; TANG, W. C.; ALLUQMANI, A. E. Sustainable development of eco-friendly ultra-high-performance concrete (UHPC): cost, carbon emission, and structural ductility. Construction and Building Materials, v. 398, 132477, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132477.
ASGARIAN, A.; ROSHAN, N.; GHALEHNOVI, M. The strength, microstructure, and ecological assessment of concrete mix incorporating waste glass powder and polypropylene fiber. Construction and Building Materials, v. 371, 130726, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130726.
ASTM – AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM C109M-20. Standard test method for compressive strength of hydraulic cement mortars (using 2-in. or [50 mm] cube specimens). West Conshohocken: ASTM, 2020.
ASTM – AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM C140M-22b. Standard test methods for sampling and testing concrete masonry units and related units. West Conshohocken: ASTM, 2022.
ASTM – AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM C1856M-17. Standard Practice for fabricating and testing specimens of ultra-high-performance concrete. West Conshohocken: ASTM, 2017.
DAMINELI, B. L.; KEMEID, F. M.; AGUIAR, P. S.; JOHN, V. M. Measuring the eco-efficiency of cement use. Cement and Concrete Composites, v. 32, n. 8, p. 555-562, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2010.07.009.
DOBISZEWSKA, M.; BAGCAL, O.; BEYCIOĞLU, A.; GOULIAS, D.; KÖKSAL, F.; PŁOMIŃSKI, B.; ÜRÜNVEREN, H. Utilization of rock dust as cement replacement in cement composites: an alternative approach to sustainable mortar and concrete productions. Journal of Building Engineering, v. 69, 106180, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106180.
CARTAXO, F. M.; FERREIRA, F. G. S.; FREITAS, K. M. G.; NASCIMENTO, L. C.; GUILGE, M. S.; ZANETTI, C. Propriedades mecânicas de concretos sustentáveis com incorporação de escória de aciaria BSSF em substituição aos agregados naturais. Revista Principia, v. 60, n. 4, p. 1413-1433, 2023. DOI: https://doi.org/10.18265/1517-0306a2021id6647.
DU, J.; MENG, W.; KHAYAT, K. H.; BAO, Y.; GUO, P.; LYU, Z.; ABU-OBEIDAH, A.; NASSIF, H.; WANG, H. New development of ultra-high-performance concrete (UHPC). Composites Part B: Engineering, v. 224, 109220, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109220.
FENG, Z; SHEN, D.; LUO, Y.; HUANG, Q.; LIU, Z.; JIANG, G. Effect of polypropylene fiber on early-age properties and stress relaxation of ultra-high-performance concrete under different degrees of restraint. Journal of Building Engineering, v. 68, 106035, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106035.
GONG, J.; MA, Y.; FU, J.; HU, J.; OUYANG, X.; ZHANG, Z.; WANG, H. Utilization of fibers in ultra-high-performance concrete: a review. Composites Part B: Engineering, v. 241, 109995, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.109995.
HAMADA, H. M.; SHI, J.; ABED, F.; AL JAWAHERY, M. S.; MAJDI, A.; YOUSIF, S. T. Recycling solid waste to produce eco-friendly ultra-high-performance concrete: A review of durability, microstructure, and environment characteristics. Science of The Total Environment, v. 876, 162804, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162804.
LI, J.; WU, Z.; SHI, C.; YUAN, Q.; ZHANG, Z. Durability of ultra-high-performance concrete – A review. Construction and Building Materials, v. 255, 119296, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119296.
MILLER, S. A.; MONTEIRO, P. J. M., OSTERTAG, C. P.; HORVATH, A. Comparison indices for design and proportioning of concrete mixtures taking environmental impacts into account. Cement and Concrete Composites, v. 68, p. 131-143, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2016.02.002.
MOURA, C. R. Avaliação da resistência mecânica da fibra de bambu tratada com hidróxido de sódio. Revista Principia, v. 56, p. 106-115, 2021. DOI: https://doi.org/10.18265/1517-0306a2021id3355.
RAVCHANDRAN, D.; PREM, P. R.; KALIYAVARADHAN, S. K.; AMBILY, P. S. Influence of fibers on fresh and hardened properties of Ultra High-Performance Concrete (UHPC): a review. Journal of Building Engineering, v. 57, 104922, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104922.
REN, G.; YAO, B.; HUANG, H. GAO, X. Influence of sisal fibers on the mechanical performance of ultra-high-performance concretes. Construction and Building Materials, v. 286, 122958, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122958.
REN, G.; GAO, X.; ZHANG, H. Utilization of hybrid sisal and steel fibers to improve elevated temperature resistance of ultra-high-performance concrete. Cement and Concrete Composites, v. 130, 104555, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2022.104555.
REN, G.; YAO, B.; REN, M.; GAO, X. Utilization of natural sisal fibers to manufacture eco-friendly ultra-high-performance concrete with low autogenous shrinkage. Journal of Cleaner Production, v. 332, 130105, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.130105.
SCRIVENER, K. L.; JOHN, V. M.; GARTNER, E. M. Eco-efficient cements: potential economically viable solutions for a low-CO2 cement-based materials industry. Cement and Concrete Research, v. 114, p. 2-26, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.03.015.
SILVA, M. V. P.; MARQUES, S. K. J.; RAPÔSO, Á. L. Q. R. S. Estudo da aplicação das cinzas provenientes da queima da casca do coco em concretos. Revista Principia, v. 60, n. 4, p. 1120-1141, 2023. DOI: https://doi.org/10.18265/1517-0306a2021id6543.
SOLIMAN, N. A.; TAGNIT-HAMOU, A. Development of ultra-high-performance concrete using glass powder: towards ecofriendly concrete, Construction and Building Materials, v. 125, p. 600-612, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.08.073.
SOLIMAN, N. A.; TAGNIT-HAMOU, A. Partial substitution of silica fume with fine glass powder in UHPC: filling the micro gap. Construction and Building Materials, v. 139, p. 374-383, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.02.084.
TAHWIA, A. M.; ESSAM, A.; TAYEH, B. A; ELRAHMAN, M. A. Enhancing sustainability of ultra-high performance concrete utilizing high-volume waste glass powder. Case Studies in Construction Materials, v. 17, e01648, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01648.
TRAN, T. M.; TRINH, H. T. M. K.; NGUYEN, D.; TAO, Q.; MALI, S.; PHAM, T. M. Development of sustainable ultra-high-performance concrete containing ground granulated blast furnace slag and glass powder: mix design investigation. Construction and Building Materials, v. 397, 132358, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132358.
WANG, S.; WANG, B.; ZHU, H.; CHEN, G.; LI, Z.; YANG, L.; ZHANG, Y.; ZHOU, X. Ultra-high-performance concrete: Mix design, raw materials and curing regimes-A review. Materials Today Communications, v. 35, 105468, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.105468.
XU, J.; ZHAN, P.; ZHOU, W.; ZUO, J.; SHAH, S. P.; HE, Z. Design and assessment of eco-friendly ultra-high-performance concrete with steel slag powder and recycled glass powder. Powder Technology, v. 419, 118356, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.118356.
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