ULTRA-HIGH-PERFORMANCE CONCRETES WITH PHENOLIC FOUNDRY SAND: MECHANICAL AND MICROSTRUCTURAL EVALUATION

Abstract

O uso de concretos de ultra alto desempenho (CUAD) tem se tornado cada vez mais comum em diversas soluções de Engenharia civil, principalmente pela sua composição de materiais que conferem propriedades de resistência e durabilidade que ultrapassam significativamente as classes dos concretos convencionais. Neste estudo buscou-se produzir CUAD usando areia fenólica de descarte de fundição (PFS). Foram ensaiadas cinco misturas de concreto. Uma CUAD de referência, chamada de REF, com 85% de cimento Portland branco (WPC) e 15% de sílica ativa (SF), como ligantes, e agregados em uma proporção de 36% de pó de quartzo e 84% de areia industrial. E quatro misturas eco amigáveis com adições minerais: RHA15, com 85% de WPC e 15% de RHA; FA15, com 85% de WPC e 15% de FA; RHA10-FA5, com 85% de WPC, 10% de RHA e 5% de FA; e RHA10-LF5, com 85% de WPC, 10% de RHA e 5% de LF. Com exceção da mistura REF, todas as demais misturas tiveram a adição de 15% de cal, tipo CH I, juntamente com agregados compostos por 36% de pó de quartzo e 84% de areia fenólica (PFS). A relação água/aglomerante adotada foi de 0,20 para todas as misturas. Os concretos foram submetidos a dois tipos de cura: úmida até a idade de ensaio e úmida combinada com cura térmica. Os concretos foram avaliados quanto à resistência à compressão axial e à microestrutura utilizando técnicas de análise termogravimétrica (TG/ DTG) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Os resultados mostraram que todas as misturas atingiram níveis de resistência desejados para CUAD (150 Mpa). Até 28 dias, as misturas com RHA apresentaram maior resistência em comparação com as misturas com FA, independentemente do tipo de cura. Contudo, aos 91 dias, as misturas com FA e cura térmica foram mais resistentes que as misturas com RHA. Com os resultados obtidos percebe-se que a PFS pode ser usada como agregado de UHPC nos níveis de substituição testados.

The use of ultra-high-performance concretes (UHPC) has become increasingly common in various civil engineering solutions, mainly due to their composition of materials that provide strength and durability properties significantly surpassing those of conventional concretes. The aim of this study was to produce UHPC with phenolic foundry waste sand (PFS). Five mixtures of concrete were tested. One reference UHPC, labeled as REF, with 85% white Portland cement (WPC) and 15% silica fume (SF), as binders, and aggregates in a proportion of 36% quartz powder and 84% industrial sand. And four eco-friendly mixtures with mineral additions: RHA15, with 85% WPC and 15% RHA; FA15, with 85% WPC and 15% FA; RHA10-FA5, with 85% WPC, 10% RHA, and 5% FA; and RHA10-LF5, with 85% WPC, 10% RHA, and 5% LF. Except for the REF mixture, all other mixtures had the addition of 15% of lime, CH I, along with aggregates composed of 36% quartz powder and 84% phenolic sand (PFS). The water/binder ratio adopted was 0.20 for all mixtures. The mixtures underwent two types of curing: moist curing until the test age and moist curing combined with thermal curing. The concretes were evaluated for axial compressive strength and microstructure using thermogravimetric analysis (TG/DTG) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) techniques. The results showed that all mixtures achieved the desired UHPC strength levels (150 MPa). Up to 28 days, the RHA-containing mixtures exhibited higher strength compared to the FA-containing mixtures, regardless of the curing method. However, at 91 days, the FA-containing mixtures with thermal curing were stronger than the RHA-containing ones. With the results obtained, it is clear that PFS can be used as an aggregate of UHPC in the tested substitution levels.

El uso de concreto de ultra alta resistencia (UCAD) se ha vuelto cada vez más común en diversas soluciones de ingeniería civil, principalmente debido a su composición de materiales que brindan propiedades de resistencia y durabilidad que superan significativamente las clases de concreto convencional. En este estudio, se ha buscado producir CUAD utilizando arena de desecho de fundición fenólica (PFS). Se ensayaron cinco mezclas de hormigón. Un CUAD de referencia, denominado REF, con un 85% de cemento Portland blanco (WPC) y un 15% de humo de silica (SF) como ligantes, y áridos en una proporción de 36% polvo de cuarzo y 84% arena industrial. Y cuatro mezclas eco-amigables con adiciones minerales: RHA15, con 85% WPC y 15% RHA; FA15, con 85% WPC y 15% FA; RHA10-FA5, con 85% WPC, 10% RHA y 5% FA; y RHA10-LF5, con 85% WPC, 10% RHA y 5% LF. A excepción de la mezcla REF, todas las demás mezclas tenían la adición de un 15% de cal, tipo CH I, junto con áridos compuestos por un 36% de polvo de cuarzo y un 84% de arena fenólica (PFS). La relación agua/ligante adoptada fue de 0,20 para todas las mezclas. Los hormigones se sometieron a dos tipos de curado: húmedo hasta la edad de ensayo y húmedo combinado con curado térmico. Se evaluó la resistencia a la compresión axial y la microestructura de los hormigones mediante análisis termogravimétrico (TG/DTG) y técnicas de espectroscopia infrarroja transformada de Fourier (FTIR). Los resultados mostraron que todas las mezclas lograron los niveles de resistencia deseados para CUAD (150 MPa). Hasta los 28 días, las mezclas con RHA mostraron mayor resistencia en comparación con las mezclas con FA, independientemente del tipo de curado. Sin embargo, a los 91 días, las mezclas con FA y curado térmico fueron más resistentes que las mezclas con RHA. Con los resultados obtenidos, queda claro que PFS se puede utilizar como agregado de UHPC en los niveles de sustitución probados.