1958-Volume 1

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Materiais de Construção 
Volume 1 
 2014 2014
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Materiais de Construção 
Volume 1 
 
 
 
Livro de Atas 
 
 
 
 
 
 
 
1º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO 
Livro de Atas 
 
 
 
 
 
 
 
1º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO 
Livro de Atas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Materiais de Construção Sustentáveis 
Volume 1 
 
Edição 
Universidade do Minho 
Editores 
Barroso Aguiar, Aires Camões, Raul Fangueiro, Rute Eires, 
Sandra Cunha e Mohammad Kheradmand 
 
ISSN 2183-1866 
Março de 2014 
 
 
Organização 
 
 
Apoios / Patrocínios 
 
 
 
 
Media Partners 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 
 
Índice 
Palestras ....................................................................................................................... 5 
Utilização de resíduos na produção de betões...................................................................................... 7 
Phase Change Materials: Contribute to Sustainable Construction..................................................... 19 
Construção em terra crua e sustentabilidade ...................................................................................... 29 
Gestão de resíduos na obra de Reforma e Adequação de Estádio Maracanã - RJ ............................. 43 
Materiais e Tecnologias não Convencionais para o Século XXI ....................................................... 61 
Novos materiais de construção com tecnologias avançadas .............................................................. 71 
Tema 01: Materiais e Energia .................................................................................. 79 
Comparison of embodied energy and carbon dioxide emissions of brick and concrete based on 
functional units ................................................................................................................................... 81 
Environmental life cycle assessment from cradle to cradle of insulation cork boards ...................... 89 
Avaliação do consumo de energia na produção de misturas asfálticas ............................................ 103 
A relação entre as técnicas, materiais e conforto ambiental na concepção da arquitetura Luso-
Brasileira. ......................................................................................................................................... 115 
Resistência à água de argamassas com incorporação de agregados leves ....................................... 129 
Cool facades. Thermal performance assessment using infrared thermography ......................... 139 
Tema 02: Materiais e Nanotecnologia ................................................................... 147 
Polymer composite materials modified with nano-oxides and phosphinates hybrid flame retardant 
systems ............................................................................................................................................. 149 
Comportamento de Pastas de Cimento produzido com Nanotubos de Carbono para Poços de 
Petróleo ............................................................................................................................................ 159 
Nanofibrillated cellulose by grinding method from bamboo organosolv pulp as nanoreinforcement 
in composites ................................................................................................................................... 171 
Utilização de nano-partículas para a obtenção de betões de elevado desempenho .......................... 179 
Argamassas Reforçadas por Nanotubos de Carbono ....................................................................... 191 
Correlação entre coalescência de microcavidades, propriedade mecânica e termorresistividade 
de uma liga Al-0,5%Cu[0,24-0,28]%Fe-0,7%Si modificada com teores de titânio .................. 201 
Tema 03: Materiais e Resíduos .............................................................................. 209 
Argamassas cimentícias com resíduos industriais incorporados ..................................................... 211 
Argamassas de elevada fluidez para cimentação de poços de petróleo com incorporação de cinza de 
biomassa da cana de açúcar (CBC) .................................................................................................. 223 
Uso da cinza de caldeira de uma fábrica de celulose e papel em materiais cimentícios .................. 237 
Telhas de fibrocimento utilizadas na construção civil: Análise do ciclo de vida ............................ 249 
Sustainability Concepts Applied to Oilwell Construction Materials ............................................... 261 
2 
 
Piso flutuante composto com material resiliente alternativo: placas cimentícias com resíduo da 
indústria de calçados. ....................................................................................................................... 269 
Produção de adobes com introdução de resíduo de concreto e adição de cimento .......................... 275 
Evolução da frente de carbonatação em argamassas contendo cinzas volantes tendo em conta a 
presença de iões cloreto ................................................................................................................... 283 
Estudo de materiais cerâmicos refratários com adição da sílica residual proveniente da queima da 
casca de arroz ................................................................................................................................... 291 
Evaluating the pozzolanic activity of spent catalyst partially substituting type II Portland cement 303 
Estudo para utilização de areia de fundição em blocos de pavimentos intertravados...................... 311 
Avaliação de mini paredes com blocos EVA submetidas à ação de calor e choque térmico .......... 321 
Estudo de vigas mistas de madeira e concreto com resíduo de borracha para aplicação em pontes 331 
Produção de blocos cerâmicos com adição de 2,5% de adição de lodo de fosfatização em escala 
industrial .......................................................................................................................................... 343 
Estudo das propriedades físicas de resíduos de demolição para reaproveitamento em peças pré – 
fabricadas de betão. .......................................................................................................................... 353 
Gesso e resíduos de saco de cimento: propriedades térmicas de elementos construtivos para forro
 .......................................................................................................................................................... 363 
Utilização de escória de alto-forno básica em concretos submetidos a meio agressivo .................. 371 
A compatibilização de projetos como condição primordial para a sustentabilidade das construções
 .......................................................................................................................................................... 377 
Análise e avaliação da gestão de resíduos da construção civil em Belo Horizonte ......................... 385 
Viabilidade da utilização de resíduos de Paricá tratados com CCA e resina poliuretana à base de 
mamona na fabricação de painéis OSB ............................................................................................ 397 
Estabilização do Adsorvente Composto por Cinza de Casca de Arroz e Carvão Ativado, 
Contaminado com Hidrocarbonetos de Petróleo, em Matriz de Cimento Portland ......................... 405 
Uso de resíduos da indústria de rochas ornamentais na confecção de ladrilhos hidráulicos ........... 415 
Efeito do uso de cinza de casca de arroz na absorção de água e resistência de concretos produzidos 
com agregado reciclado de concreto ................................................................................................427 
Argamassas de cal hidráulica natural com incorporação de resíduos de mosaico de barro vermelho
 .......................................................................................................................................................... 439 
Avaliação do abatimento e resistência à compressão de concretos produzidos com agregados 
cerâmicos submetidos a três taxas de pré-saturação. ....................................................................... 449 
Otimização do consumo de cimento por meio da adição da Sílica da casca do arroz (SCA) .......... 461 
Proposta de beneficiamento de cinza de casca de arroz com alto teor de carbono para emprego em 
concretos .......................................................................................................................................... 469 
Influência do método de britagem dos agregados reciclados nas propriedades do betão ................ 479 
Comportamento tensão-deformação de argamassas contendo areia de resíduos de construção e 
demolição ......................................................................................................................................... 491 
Adequação do resíduo cinza de casca de arroz para emprego como material pozolânico ............... 501 
3 
 
Avaliação da Influência de Agregados Leves à base de Resíduos de PU/ EVA nas propriedades 
físicas de Argamassas Álcali-ativadas ............................................................................................. 513 
Índice de atividade pozolânica da sílica de casca de arroz silcca nobre SCI proveniente da 
combustão em leito fluidizado ......................................................................................................... 523 
Avaliação do Comportamento Mecânico e Ambiental de Argamassas Álcali-ativadas contendo 
Resíduos à base de PU/ EVA ........................................................................................................... 531 
Comportamento mecânico de compósitos cimenticios com cinzas de bagaço de cana-de-açúcar .. 541 
Metodologia para fabricação de dormentes de madeira reciclada visando redução do impacto 
ambiental .......................................................................................................................................... 551 
Estudo da Viabilidade Técnica no Uso de Cinza de Casca de Arroz na Produção de Argamassas de 
Assentamento e Revestimento em Bloco Estrutural e de Vedação .................................................. 563 
Desempenho de Concretos Estruturais Confeccionados com Agregado Miúdo de Resíduo de 
Construção e Demolição .................................................................................................................. 573 
Performance of fly ash based one-part geopolymer mortars in durability tests ............................... 583 
Caracterização da pozolanicidade de cinza de casca de arroz com diferentes teores de perda ao fogo 
com vistas ao emprego em concreto ................................................................................................ 593 
Chapas de resíduos de serragem de eucalipto – otimização do tempo de prensagem das partículas e 
quantidade de cola, visando maior sustentabilidade do produto ...................................................... 607 
Comportamento de uma areia estabilizada com cinzas de carvão mineral para aplicações 
geotécnicas ....................................................................................................................................... 617 
Uso de propileno glicol como aditivo de moagem de cinzas de casca de arroz para sua adequação 
como material pozolânico ................................................................................................................ 629 
Estudo Experimental e Numérico de um Solo Argiloso Reforçado com Borracha Moída de Pneus 
Inservíveis para Aplicações em Obras Geotécnicas ......................................................................... 639 
Avaliação da redução e reciclagem de resíduos de pasta de gesso em canteiro de obra .................. 649 
Tratamento térmico da lama do beneficiamento de rochas ornamentais, visando aplicação como 
substituição parcial de cimento ........................................................................................................ 661 
Argamassas de revestimento produzidas com borracha proveniente do processo de recauchutagem 
de pneus............................................................................................................................................ 673 
Microstructural Evolution of Porcellanato Ceramic Mass Due to the Addition of Kaolin Residue 685 
Durabilidade de concretos com adição de sílica da casca de arroz obtida em leiro fluidizado à 
penetração de íons cloretos ............................................................................................................ 697 
Aplicação de resíduos de construção e demolição (RCD) em aterros reforçados com geossintéticos
 .......................................................................................................................................................... 709 
Preliminary study of admixtures and temperature effect on workability of mining waste based 
geopolymer ....................................................................................................................................... 721 
Thermogravimetric determination of gypsum in Portland cements partially substituted by industrial 
wastes ............................................................................................................................................... 731 
Simultaneous use of two catalytic wastes as aggregates to cement in sustainable construction 
materials .......................................................................................................................................... 739 
Efeitos da incorporação da ecosílica no desempenho de argamassas produzidas por activação 
alcalina de metacaulinos .................................................................................................................. 747 
4 
 
Caracterização e viabilidade da utilização do resíduo do processo de beneficiamento do tabaco (“pó 
de fumo”) como adição pozolânica .................................................................................................. 759 
Compósitos de bagaço de cana-de-açúcar: granulometria de partículas .......................................... 769 
Avaliação de novas composições de argamassas autonivelantes com adição de resíduo da biomassa 
da cana-de-açúcar e resíduo de britagem ......................................................................................... 775 
Utilização de areia usada de fundição como agregado na construção civil ..................................... 787 
Sintese de pigmentos inorgânicos tendo como precursor a solução acida remanecente da 
decapagem de chapas de aço .......................................................................................................... 797 
Avaliação de diferentes tipos de superplastificantes nas propriedades de pastas autonivelantes 
com adição de resíduo de britagem ............................................................................................... 805 
 
5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Palestras 
 
 
 
 
 
6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Congresso Luso-Brasileiro de Materiais de Construção Sustentáveis 
5, 6 e 7 de Março de 2014 
Guimarães, Portugal 
 
 
7 
 
Utilização de resíduos na produção de betões 
 BRITO Jorge de1,a, SILVA Rui1,b 
1
Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa, Portugal 
a
jb@civil.ist.utl.pt, 
b
rvpssilva@gmail.com 
Palavras-chave: Agregados reciclados; betão; resíduos de construção e demolição; resíduos 
industriais; borracha; vidro; plástico. 
Resumo. A procura mundial de agregadospara aplicação em construção tem aumentado nos 
últimos anos, principalmente devido ao crescimento célere das economias de países como o Brasil, 
a China e a Índia. Naturalmente, este crescimento motiva o desenvolvimento de actividades de 
construção e demolição gerando, consequentemente, mais resíduos. Este documento apresenta uma 
revisão do estado da arte de investigações que estudaram a incorporação de diversos agregados, de 
tipos e formas diferentes, provenientes de resíduos de construção e demolição, assim como de 
agregados oriundos de actividades industriais, com ênfase nas desenvolvidas no IST. 
Introdução 
A indústria da construção representa um dos maiores e mais activos sectores da União Europeia 
(UE), consumindo mais matéria-prima e energia do que qualquer outra actividade económica. Da 
mesma forma, os resíduos das suas actividades constituem a grande maioria dos resíduos 
produzidos em toda a UE. 
O aumento do consumo de recursos naturais, juntamente com a geração excessiva de resíduos de 
construção e demolição (RCD) assim como de actividades industriais, têm gerado grandes preocu-
pações a nível ambiental e económico. No sentido de inverter essa tendência, existem actualmente 
esforços para promover a eficiência ecológica na indústria da construção, sendo a reutilização dos 
RCD uma das vertentes exploradas. A elevada produção de resíduos industriais é também uma pre-
ocupação crescente da Sociedade actual em termos ambientais, sendo a deposição em aterro o seu 
principal destino. No entanto, esta é uma opção impactante e sem potencial económico, uma vez 
que não possibilita o reaproveitamento dos resíduos. Tendo isto em conta, a utilização de agregados 
reciclados (AR), como substitutos dos seus congéneres naturais na produção de betão, é tida como 
uma das formas mais salutares de contribuir para uma reciclagem efectiva dos materiais e, conse-
quentemente, maior sustentabilidade na construção. 
Os estudos desenvolvidos sobre a utilização de AR no fabrico de betão têm demonstrado, de uma 
forma geral, uma diminuição das propriedades mecânicas e de durabilidade, quando comparadas 
com as de um betão com agregados naturais (AN), com as mesmas características (composição, 
condições de cura, classe de resistência, entre outras). Está também generalizada a conclusão de 
que, quanto maior for a taxa de substituição dos AN por AR, maiores serão as diferenças de 
desempenho entre os betões com agregados reciclados (BAR) e o betão convencional. 
O seguinte documento refere os autores de diversas investigações experimentais e do estado da arte, 
realizados no Instituto Superior Técnico, que englobam várias temáticas relacionadas com a utiliza-
ção de vários tipos de AR na produção de betão. 
Produção de betão com agregados reciclados de resíduos de construção e demolição 
O estudo de BAR remonta à década de 1970. Inicialmente, eram feitas análises e observações 
básicas ao comportamento deste material. Deste então, têm vindo a ser efectuados diversos estudos, 
 
8 
 
progressivamente mais complexos, analisando diversas variáveis para diferentes taxas de 
substituição de AN para AR. 
Dentro dos RCD, foram identificados três tipos de AR: de betão, de alvenaria e mistos. Geralmente, 
um AR de betão tem na sua composição, pelo menos, 90% de betão triturado. A mesma 
percentagem é considerada nos AR de alvenaria, considerando-se, em vez de betão, materiais não 
estruturais utilizados para o enchimento de paredes (tijolos cerâmicos, blocos de betão leve, tijolos 
de escória granulada de alto-forno, entre outros) [1]. Os AR mistos são compostos pelos dois 
agregados anteriores, variando a percentagem conforme as especificações existentes [2-15]. 
Agregados reciclados de betão. Evangelista e Brito [16, 17] estudaram o desempenho mecânico 
e em termos de durabilidade, respectivamente, de betões estruturais produzidos com AR finos de 
betão. Os resultados mostraram que é possível substituir completamente a fracção fina dos 
agregados com perdas de resistência à compressão inferiores a 10% (Fig. 1). Contudo, para a 
mesma taxa de substituição, a resistência à tracção e o módulo de elasticidade diminuíram em 23 e 
18%, respectivamente. Relativamente ao desempenho em termos de durabilidade, as misturas de 
betões, com taxas de incorporação de 100% de AR finos de betão, demonstraram um declínio 
considerável de desempenho (Fig. 2), principalmente na absorção de água por capilaridade e 
carbonatação (aumentos de 78 e 68%, respectivamente, face ao betão de referência - BR). Os 
autores concluíram que, para produzir betões com perdas de desempenho aceitáveis, a taxa de 
incorporação de AR finos de betão terá que ser limitada a 30% por volume. 
y = -0.0008x + 1
R² = 0.9345
y = -0.0023x + 1
R² = 0.9899
y = -0.0018x + 1
R² = 0.9826
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
0 25 50 75 100
B
A
R
 /
 B
R
Taxa de incorporação (%)
Resistência à compressão
Resistência à tracção
Módulo de elasticidade
 
Figura 1: Relação das propriedades mecânicas dos BAR e 
BR, obtidas aos 28 dias, de betões com crescente 
incorporação de AR finos de betão [16] 
y = 0.0078x + 1
R² = 0.9439
y = 0.0034x + 1
R² = 0.9952
y = 0.0068x + 1
R² = 0.9998
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 25 50 75 100
B
A
R
 /
 B
R
Taxa de incorporação (%)
Absorção de água por capilaridade
Penetração de cloretos
Carbonatação (91 dias)
 
Figura 2: Relação das propriedades de durabilidade dos 
BAR e BR, de betões com crescente incorporação de AR 
finos de betão [17] 
Os mesmos autores [18] elaboraram uma Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) em betões feitos com 
AR finos de betão de forma a perceber os seus benefícios reais. Os resultados desta ACV apontaram 
consistentemente para um benefício ambiental, consequente da substituição de areia por AR finos 
de betão, principalmente devido à diminuição da extracção dos recursos naturais e todos os seus 
processos envolvidos. 
Vieira et al. [19] estudaram o comportamento mecânico após incêndio de betões com AR grossos de 
betão. Os autores concluíram que, apesar da maior porosidade e diferentes propriedades térmicas da 
interface entre os agregados e a matriz cimentícia dos BAR, quando comparados com o betão 
convencional, o aumento da taxa de incorporação dos AR de betão não influenciou o 
comportamento térmico do material. Adicionalmente, a variação das propriedades mecânicas 
residuais em estudo (resistência à compressão e à tracção e módulo de elasticidade) demonstrados 
pelos BAR, após terem sidos sujeitos a altas temperaturas, foi bastante semelhante àquela 
apresentada pelos BR. Por outras palavras, não pareceu existir uma relação entre a degradação das 
 
9 
 
propriedades mecânicas residuais estudadas e o aumento da taxa de substituição de AN por AR de 
betão, para as diferentes exposições de temperatura analisadas. 
Recentemente, foi efectuado um estudo à influência das condições de cura no desempenho 
mecânico [20] e em termos de durabilidade [21] de betões com AR grossos de betão. Como 
esperado, os betões curados em ambientes progressivamente mais secos demostraram um pior 
desempenho do que os curados numa câmara húmida ou imersos em água, devido ao menos 
eficiente processo de hidratação do cimento. Contudo, ao comparar o desempenho relativo dos 
betões, com diferentes taxas de incorporação e curados em condições diferentes, concluiu-se que 
existe pouca ou nenhuma influência das condições de cura. 
Devido à maior capacidade de absorção de água dos AR de betão, percebeu-se que, de modo a 
evitar uma perda significante de trabalhabilidade do betão, estes terão que ser utilizados em 
condições saturadas e com a superfície seca [1]. Ferreira et al. [22] estudaram a influência da pré-
saturação de AR grossos de betão, em comparação com um método de compensação da água 
absorvida pelos AR. Os resultados dos ensaios à trabalhabilidade de betões produzidos com AR pré-
saturados mostraram serem estesalgo mais instáveis do que os obtidos nos betões produzidos com o 
método da compensação de água. Além disto, os valores da resistência à compressão dos betões 
produzidos com agregados pré-saturados foram ligeiramente piores do que os obtidos nos betões 
produzidos com o método da compensação de água (Fig. 3a). Este declínio foi mais notório na 
absorção de água por capilaridade (Fig. 3b), na qual, para uma taxa de incorporação de 100% de AR 
grossos, os betões com AR pré-saturados exibiram, em média, valores quase 60% superiores aos do 
BR, enquanto os betões produzidos com compensação de água apresentaram valores apenas 33% 
superiores. 
y = -0.0022x + 1
R² = 0.6816
y = -0.0017x + 1
R² = 0.9376
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
1.05
1.1
0 25 50 75 100
B
A
R
 /
 B
R
Taxa de incorporação (%)
Pré-saturação Compensação de água
 
a) 
y = 0.0058x + 1
R² = 0.8339
y = 0.0033x + 1
R² = 0.9784
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
0 25 50 75 100
B
A
R
 /
 B
R
Taxa de incorporação (%)
Pré-saturação Compensação de água
 
b) 
Figura 3: Relação da a) resistência à compressão e b) absorção de água por capilaridade dos BAR e BR de betões com 
crescente incorporação de AR grossos de betão [22] 
Brito e Robles [23] registaram a Patente n.º PT103756 - "Metodologia de estimativa de betões com 
agregados reciclados" que, tal como o nome indica, permite uma previsão do comportamento das 
propriedades de um BAR, baseada numa revisão de literatura extensiva de campanhas 
experimentais internacionais. A metodologia apresentada baseia-se na determinação prévia das 
propriedades principais (densidade e absorção de água ponderada) de todos os agregados 
combinados (AN + AR), assim como na resistência à compressão aos 7 dias. Esta metodologia foi 
validada, baseada na análise gráfica das propriedades mais importantes de betões feitos com tais 
agregados (resistência à compressão e à tracção, módulo de elasticidade, retracção, fluência, 
absorção de água, carbonatação e penetração de cloretos). Os autores concluíram que esta 
metodologia pode prever o desempenho a longo prazo de BAR, relativo a um betão convencional. 
Esta previsão poderá também ser utilizada para adaptação a um dimensionamento estrutural. A 
 
10 
 
maior vantagem desta metodologia está relacionada com o seu baixo custo e curto tempo necessário 
para estimar o desempenho a longo prazo do betão endurecido. 
À semelhança do trabalho anterior [23], Brito e Alves [24] utilizaram a mesma metodologia para o 
panorama nacional. Apesar do tamanho da amostra ser inferior ao estudo anterior, a análise dos 
resultados obtidos nas investigações nacionais (a maioria no Instituto Superior Técnico) mostrou a 
validade da metodologia. 
Um outro tópico de grande interesse, que estranhamente foi muito poucas vezes abordado, é a 
reciclagem múltipla. Noutras palavras, pretende-se saber quantas vezes agregados provenientes da 
trituração do betão poderão ser utilizados na produção de novos betões até que estes demonstrem 
um declínio significativo no seu desempenho. Brito et al. [25] estudaram as propriedades de betões 
obtidos em três ciclos de reciclagem. Os resultados mostraram que todos os BAR demonstraram 
resistências à compressão semelhantes entre si e ao betão original. Isto sugere que o betão poderá 
ser sujeito a um número ilimitado de ciclos de reciclagem sem mostrar uma perda significativa no 
seu desempenho. Contudo, é necessário efectuar mais investigações neste tema, onde o aspecto da 
durabilidade também seja estudado. 
Recentemente, foram efectuados estudos na influência da adição de superplastificantes, com 
capacidades diferentes de redução de água, no comportamento mecânico do betão com AR grossos 
[26, 27] e finos [28, 29] de betão. Os resultados permitiram concluir que é de facto possível 
produzir BAR, com altas taxas de incorporação de AR grossos e finos, com uma perda de 
resistência à compressão aceitável. Além disto, foi possível concluir que a utilização de redutores de 
água é possível na produção de BAR com qualidade, independentemente da taxa de incorporação. 
Num dos estudos [26], os autores repararam que, para a mesma taxa de incorporação de AR grossos 
de betão, a perda de resistência à compressão, relativamente ao BR, aumentava à medida que a 
relação água/cimento (a/c) efectiva diminuía. No entanto, Pereira et al. [28] verificaram que os 
betões produzidos com o superplastificante com poder normal de redução de água demonstraram 
uma maior perda de resistência à compressão com o aumento da taxa de incorporação, em 
comparação aos betões produzidos com um superplastificante de forte poder de redução de água 
(Fig. 4). Este comportamento foi também verificado noutra investigação [30] no desempenho em 
termos de durabilidade de betões produzidos com AR finos provenientes na trituração de betão. Os 
resultados na Fig. 5 mostram que a profundidade de carbonatação aumentou mais nos betões 
produzidos com superplastificantes com poder normal de redução de água, à medida que a taxa de 
incorporação de AR finos de betão aumentou. 
As reacções álcalis-sílica são um dos processos de deterioração dos betões convencionais, 
condicionando por isso a sua durabilidade. Santos et al. [31] analisaram diversas variáveis que 
poderão instigar reacções álcalis-sílica em betões com incorporação total ou parcial de AR. O 
recurso em laboratório ao tratamento de imagem digital microscópica permitiu aprofundar o 
conhecimento destas reacções, utilizando métodos de diagnóstico com recurso ao microscópio 
óptico e à microscopia electrónica de varrimento. Algumas características dos BAR, como a maior 
porosidade e menor densidade, foram as apresentadas por alguns betões convencionais onde se 
verificou uma diminuição da apetência para o desenvolvimento da reacção álcalis-sílica. 
Figueiredo [32, 33] e Cabaço [32, 33] estudaram o desempenho mecânico e em termos de 
durabilidade, respectivamente, de betões com agregados provenientes da trituração de pisos de 
betão leve. Os resultados permitiram concluir que, embora a introdução de AR provenientes da 
trituração de betão estrutural leve tivesse produzido betões com melhores propriedades mecânicas e 
eficiência estrutural, também provocaram um declínio no desempenho em termos de durabilidade. 
Agregados reciclados de alvenaria. Brito et al. [34, 35] e Correia et al. [34, 35] estudaram o 
desempenho mecânico e em termos de durabilidade, respectivamente, de betões com AR grossos 
provenientes da trituração de tijolos cerâmicos. Como esperado, o aumento da taxa de incorporação 
de AR levou a um declínio no desempenho mecânico dos betões (a utilização de 100% de AR levou 
a uma queda de 45% da resistência à compressão, relativamente ao BR). Esta tendência foi também 
verificada no desempenho em termos de durabilidade. Houve, no entanto, uma melhoria com a 
 
11 
 
introdução de AR cerâmicos; de facto, o aumento da incorporação destes materiais levou a um 
aumento da resistência à abrasão. 
y = -0.0134x + 39.388
y = -0.0903x + 53.612
y = -0.0231x + 65.159
30
35
40
45
50
55
60
65
70
0 25 50 75 100
R
es
is
tê
n
ci
a
 à
 c
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 (
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Taxa de incorporação (%)
Sem superplastificantes
Superplastificante com poder normal
Superplastificante com poder forte
 
Figura 4: Resistência à compressão aos 28 dias de betões 
com crescente incorporação de AR finos de betão [28] 
y = 0.064x + 6.9487
y = 0.1043x + 2.2554
y = 0.0519x + 0.9462
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)
Taxa de incorporação (%)
Sem superplastificantes
Superplastificante com poder normal
Superplastificante com poder forte
 
Figura 5: Profundidade da carbonatação aos 91 dias de betões 
com crescente incorporação de AR finos de betão [30] 
Nas campanhas experimentais de Alves et al. [36] e Vieira [37] foi avaliado o desempenho 
mecânicoe em termos de durabilidade, respectivamente, de betões com incorporação de AR finos 
cerâmicos. Foram estudados dois tipos de AR: de tijolos cerâmicos triturados (em que foram 
confirmadas as tendências detectadas na campanha de Brito et al. e Correia et al.) e de 
equipamentos sanitários partidos. A adição progressiva destes materiais levou a conclusões 
interessantes. Devido ao facto de os AR finos de equipamentos sanitários terem exibido uma 
absorção de água semelhante à da areia natural, foi possível produzir betões com uma relação a/c 
efectiva igual à total. Contudo, à medida que a taxa de incorporação destes materiais aumentava, foi 
necessário aumentar muito a relação a/c para manter a trabalhabilidade. Além das suas formas 
irregulares, este fenómeno deveu-se à colagem das superfícies vítreas dos AR sucedidas devido às 
forças de Van der Waals dos iões de hidrogénio da água. Tanto relativamente ao desempenho 
mecânico como à durabilidade, e tal como esperado, à medida que a taxa de incorporação 
aumentava, estes pioravam. Este efeito foi mais notório nos betões com AR finos sanitários devido 
à necessidade de aumentar a relação a/c. 
Na campanha experimental de Martins [38], foi estudado o comportamento ao fogo de betões 
produzidos com AR grossos, provenientes da trituração de tijolos cerâmicos. Como esperado, a 
resistência à compressão diminuiu com o aumento da taxa de incorporação destes materiais. No 
entanto, como demonstrado na Fig. 6, à medida que os betões eram sujeitos a temperaturas 
progressivamente maiores, o declínio das propriedades mecânicas foi inferior nos betões com 
maiores quantidades de AR grossos cerâmicos. Isto demonstra um claro benefício da incorporação 
destes materiais nas propriedades mecânicas pós-fogo dos betões. 
Agregados reciclados mistos. Gomes et al. [39] e Gomes e Brito [40] estudaram o desempenho 
mecânico e em termos de durabilidade, respectivamente, de betões estruturais produzidos com 
diversos tipos de AR (i.e. betão, cerâmicos e mistos). Independentemente do tipo de AR, os 
desempenhos mecânico e em termos de durabilidade pioraram de uma forma geral. Este declínio foi 
mais notório à medida que a taxa de incorporação de AR cerâmicos aumentava. Para a mesma taxa 
de incorporação, os betões produzidos com AR de betão demonstraram propriedades mais 
semelhantes ao betão convencional, seguidos dos betões feitos com AR mistos e, finalmente, com 
AR cerâmicos. 
 
 
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Temperatura de exposição (ºC)
BR B20 B50 B100
 
b) 
Figura 6: Valores da resistência à compressão (a) e módulo de elasticidade (b) residuais de betões, produzidos com AR 
grossos de alvenaria, após terem sido submetidos a temperaturas progressivamente maiores [38] 
Ao estudar as propriedades físicas, químicas e mineralógicas dos AR finos mistos, obtidos a partir 
de RCD de centrais de reciclagem portuguesas, Rodrigues et al. [41, 42] desenvolveram uma 
metodologia de ensaio, da qual foi registada a Patente n.º PT105921, para a determinação das 
massas volúmicas e absorção de água, ao longo do tempo, de AR finos. Esta nova metodologia, para 
a determinação da absorção de água de AR finos, foi essencial pois estes, após algum tempo, 
aglomeravam-se, dificultando assim o processo de determinação da absorção de água. Durante este 
estudo, os autores concluíram que, de forma a melhorar a qualidade dos AR finos, seria necessário 
que as centrais de reciclagem os submetessem a um processo de lavagem, antes de qualquer 
aplicação. Tal procedimento irá reduzir drasticamente o seu teor de argila e eliminar praticamente 
todos os contaminantes leves. 
Produção de betão com agregados reciclados provenientes dos resíduos de indústria 
A utilização de resíduos industriais na produção de betão é uma prática que remonta há algumas 
décadas. Existe uma panóplia de cimentos entre os quais se varia a quantidade de cinzas volantes, 
escória granulada de alto-forno e micro-sílica, todos estes resíduos de actividades industriais. 
Actualmente, continuam a existir esforços para encontrar novos materiais passíveis de serem 
utilizados na produção de betão, contribuindo assim para a sustentabilidade na construção. 
Agregados reciclados de mármore. Martins et al. [43] e André et al. [44] estudaram o 
desempenho mecânico e em termos de durabilidade, respectivamente, de betões com AR grossos de 
resíduos da indústria do mármore. Os autores compararam o desempenho destes com BR 
produzidos com AN de basalto, granito e calcário. A substituição total dos AN grossos levou a uma 
perda de resistência à compressão inferior a 10%, relativamente a todos os BR. Apesar de se ter 
notado um maior declínio no módulo de elasticidade e resistência à abrasão (perdas até 28% e 51%, 
respectivamente), de uma forma geral, a introdução de AR de mármore levou a apenas um ligeiro 
declínio em todas as propriedades. 
À semelhança dos estudos anteriores, Silva et al. [45] e Gameiro et al. [46] estudaram o 
desempenho mecânico e em termos de durabilidade, respectivamente, mas com incorporação de AR 
finos de mármore. Os resultados demonstraram uma perda entre 10 e 20% de resistência à 
compressão. Os autores concluíram que, em termos de durabilidade, a introdução de AR finos de 
mármore poderá produzir betões com desempenho semelhante àqueles com AN finos de granito, 
basalto e calcário. 
Agregados reciclados de borracha. Valadares et al. [47] e Bravo et al. [48] estudaram o 
desempenho mecânico e em termos de durabilidade de betões estruturais com granulado de borracha 
 
13 
 
de pneus usados. Os autores produziram betões com taxas de incorporação de 5, 10 e 15% de AR de 
borracha, com tamanhos diferentes. Também foi analisada a influência de utilização de AR finos 
obtidos por um processo criogénico. Em média, a incorporação de 15% destes materiais causou um 
decréscimo na resistência à compressão entre de 46 e 52% (Fig. 7). De uma forma geral, a utilização 
de AR de pneus na produção de betão causou um declínio significativo no desempenho em termos 
de durabilidade [48]. Contudo, verificou-se que a inclusão destes materiais permitiu produzir betões 
com valores de absorção de água por capilaridade semelhantes aos do BR (Fig. 8). 
Como continuação aos estudos anteriores, Correia et al. [49] e Marques et al. [50] estudaram o 
comportamento pós-fogo de betões produzidos AR de borracha. Os resultados foram bastante 
claros. A resposta ao fogo destes betões foi grandemente influenciada pela quantidade de AR de 
borracha, i.e. maiores taxas de incorporação causaram uma pior resposta ao fogo. Isto deve-se à 
natureza orgânica da borracha, que demonstrou um maior fluxo e libertação de calor assim como 
uma maior produção de fumo. 
Agregados reciclados de vidro. Serpa et al. [51] e Castro e Brito [52] estudaram o desempenho 
mecânico e em termos de durabilidade, respectivamente, de betões com AR provenientes da 
trituração de vidro. Os autores fizeram substituições de 5, 10 e 20% de AN por AR de vidro, com 
tamanhos diferentes. Como esperado, a resistência à compressão aos 28 dias diminuiu com a 
introdução destes agregados. Isto deve-se ao facto de os AR de vidro apresentarem uma superfície 
lisa e impermeável, que impossibilitou uma aderência eficiente com a pasta cimentícia. O grau deste 
declínio aumentou quando foram introduzidos agregados finos: diminuiu cerca de 20%, enquanto a 
utilização de AR grossos apenas diminuiu em 10%, para a mesma taxa de incorporação de 20%. Um 
aspecto interessante na utilização destes agregados é que permitiu produzir betões com um módulo 
de elasticidade quase inalterado, relativamente ao BR. Em termos de durabilidade,o desempenho 
destes betões melhorou na absorção de água e resistência à carbonatação, mas piorou na resistência 
à penetração dos cloretos e retracção. 
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Taxa de incorporação (%)
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Finos (processo criogénico)
Finos + Grossos (trituração mecânica)
Grossos (trituração mecânica)
 
Figura 7: Resistência à compressão de betões com 
crescente taxa de incorporação de AR de borracha [47] 
 
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Taxa de incorporação (%)
Finos (trituração mecânica)
Finos (processo criogénico)
Finos + Grossos (trituração mecânica)
Grossos (trituração mecânica)
 
Figura 8: Absorção de água por capilaridade de betões 
com crescente taxa de incorporação de AR de borracha 
[48] 
Agregados reciclados de plástico. Saikia e Brito [53] produziram um estado da arte de betões 
produzidos com AR de resíduos plásticos, obtidos da trituração de garrafas usadas de PET. Foi 
verificado que a incorporação destes materiais diminui as propriedades resistentes dos provetes de 
betão e argamassas, devido à fraca ligação entre a superfície das partículas plásticas e a pasta de 
cimento. No entanto, essa redução nas propriedades da resistência à tracção e à flexão é menos 
 
14 
 
proeminente. O uso destes agregados altera consideravelmente o modo de rotura do betão, tornando-
o mais dúctil do que o betão convencional e suprimindo o aparecimento das fendas geradas durante 
a rotura mecânica do betão. Um ponto positivo dos betões produzidos com estes materiais é que a 
sua resistência à abrasão, independentemente do tamanho e forma dos AR de PET, é superior à dos 
BR [54, 55]. Relativamente à durabilidade, Silva et al. [56] verificaram que a utilização de AR de 
plástico piorou consideravelmente o desempenho dos betões. Tal declínio foi agravado pelo uso de 
AR de plástico com tamanhos maiores e formato mais achatado. 
Correia et al. [57] estudaram o comportamento ao fogo de betões produzidos com AR de resíduos 
plásticos seleccionados tamanhos e formas diferentes. Estes foram produzidos com taxas de 
incorporação de 7.5 e 15%. Após os betões com AR terem sido sujeitos a temperaturas de 600 e 800 
ºC, foi verificada uma crescente degradação do desempenho mecânico à medida que a taxa de 
incorporação aumentava. Isto deveu-se principalmente à rápida ocorrência da decomposição térmica 
dos plásticos, relativamente aos outros materiais. 
Outros tipos de agregados reciclados. Brito e Lopes [58] produziram um estado da arte com 
uma análise qualitativa dos efeitos da incorporação de diversos AR não convencionais, provenientes 
de resíduos industriais, nas propriedades mecânicas e de durabilidade do betão. Exemplos destes 
materiais são o couro, EVA (Etileno Acetato de Vinilo), ferro, carvão, pó de lamas de pedra, casca 
de ostras, casca de palmeira e até agregados sintéticos de lamas de esgoto. De uma forma geral, a 
utilização destes materiais como substitutos de AN resulta em perdas de desempenho mecânico e 
em termos de durabilidade consideráveis, a não ser que sejam utilizados em quantidades muito 
pequenas e/ou como materiais ultrafinos. 
Conclusões 
Este documento descreve os resultados principais de diversas investigações que ocorreram no 
Instituto Superior Técnico e estudaram a sustentabilidade na construção por incorporação de AR, 
provenientes de RCD e de actividades industriais, na produção de betão. De facto, a revisão do 
estado da arte permitiu determinar que existe uma panóplia de materiais passíveis de serem 
utilizados na produção de betão. Contudo, apenas alguns poderão ser utilizados em larga escala por 
razões de facilidade de processamento, por compatibilidade com os restantes materiais e até mesmo 
a sua disponibilidade. 
Apesar de alguns materiais provenientes de actividades industriais (e.g. escória granulada de alto-
forno e cinzas volantes) terem demonstrado viabilidade de aplicação na indústria do betão, grande 
parte dos resíduos industriais são incompatíveis com o betão. Com um dos estudos mostrou, uma 
taxa de incorporação alta destes materiais causa, geralmente, um forte declínio no desempenho do 
betão. 
No que concerne os AR provenientes de RCD, três tipos foram identificados. Destes, os AR de 
betão foram considerados os mais compatíveis com o betão, principalmente porque foram obtidos 
da trituração de materiais semelhantes àqueles nos quais serão reutilizados. A utilização destes 
materiais na produção de betão levou a perdas de desempenho consideravelmente mais baixas do 
que qualquer dos outros dois tipos de AR de RCD (de alvenaria e mistos). Evidentemente, devido à 
variação de qualidade e força dos betões originais, de onde se obtêm os AR, são necessárias 
precauções adicionais, de modo a assegurar a melhor aplicação possível aquando da produção de 
betão estrutural. 
Para assegurar que AR de boa qualidade são produzidos, o controlo de qualidade terá que se iniciar 
durante as actividades de construção e demolição. Ao haver uma demolição selectiva, os RCD serão 
separados e armazenados de forma correcta, que, para além de facilitar o trabalho do pessoal das 
centrais de reciclagem, irá também minimizar os níveis de contaminação dos AR futuros. A redução 
destes níveis de contaminação poderá ser aperfeiçoada com a utilização de técnicas de 
processamento adequadas ao tipo e tamanho do resíduo em questão (e.g. a lavagem de AR finos irá 
remover praticamente todos os contaminantes leves, assim como o teor de argila). 
 
15 
 
De um modo geral, a introdução de AR no betão provoca um declínio no desempenho mecânico, 
nas propriedades do estado fresco e na durabilidade. No entanto, parte destas perdas de desempenho 
é pouco significativa quando analisada em valor numérico absoluto. Para cada tipo de material, é 
possível estabelecer-se um teor de substituição de AN por AR, que, juntamente com um ajuste das 
dosagens de cimento e de superplastificantes, torna a produção deste tipo de betões viável. 
Independentemente do tipo de AR, a fracção grossa do mesmo, geralmente, permite produzir BAR 
com um desempenho mais próximo daquele do BR, comparativamente à utilização de AR finos. 
Contudo, diversos estudos demonstraram que é de facto possível produzir betões com AR finos, 
desde que sejam aplicadas precauções especiais (e.g. compensação da água absorvida pelos AR 
finos, limitação da taxa de incorporação, atenção à qualidade do material original). 
Apesar de existir pouca informação acerca da reciclagem múltipla de betões, os estudos existentes 
sugerem que os betões podem ser submetidos a um elevado número de ciclos de reciclagem, sem 
que demonstrem uma perda de desempenho significante. Todavia, esta conclusão necessita de ser 
comprovada por investigações adicionais. 
Uma das conclusões mais importantes, que surgiu durante a revisão do estado da arte, é de que os 
AR de RCD deverão ser considerados como matéria-prima para a produção de betão, desde que 
sejam submetidos a correctos processos de reciclagem. Este conceito, no qual os AR são encarados 
como materiais valiosos, ao invés de resíduos inutilizáveis, é um passo em frente para uma 
construção mais sustentável. 
Referências 
[1] Hansen TC. Recycling of Demolished Concrete and Masonry. London, UK: E & FN Spon; 
1992. 
[2] JIS-5021. Recycled aggregate for concrete-class H. Japan: Japan Standards Association; 2011. 
30 p. 
[3] JIS-5022. Recycled aggregate for concrete-class M. Japan: Japan Standards Association; 2012. 
74 p. 
[4] JIS-5023. Recycled aggregate for concrete-class L. Japan: Japan Standards Association, Japan; 
2012. p. 68. 
[5] BCSJ. Proposed standard for the use of recycled aggregate and recycled aggregate concrete. 
Japan: Committee on Disposal and Reuse ofConstruction Waste, Building Contractors Society 
of Japan; 1977. 
[6] BRE. Recycled aggregates. BRE Digest 433, CI/SfB p(T6): Building Research Establishment; 
1998. 6 p. 
[7] BS-8500. Concrete - complementary British Standard to BS EN 206-1 - Part 2: Specification for 
constituent materials and concrete. UK: British Standards Institution; 2006. 52 p. 
[8] DIN-4226. Aggregates for mortar and concrete, Part 100: Recycled aggregates. Germany: 
Deutsches Institut für Normungswesen (DIN); 2002. 29 p. 
[9] EN-12620. Aggregates for concrete. Brussels, Belgium: Comité Européen de Normalisation 
(CEN); 2002. 56 p. 
[10] LNEC-E471. Guide for the use of coarse recycled aggregates in concrete. Portugal: Laboratório 
Nacional de Engenharia Civil; 2006. 6 p. 
[11] NBR-15.116. Recycled aggregate of solid residue of building constructions – Requirements 
and methodologies. Brasil: Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT); 2005. 18 p. 
 
16 
 
[12] OT-70085. Utilisation de matériaux de construction minéraux secondaires dans la construction 
d’abris. Switzerland: Objectif Technique, Instruction Technique, Schweizerische 
Eidgenossenschaft; 2006. 16 p. 
[13] WBTC-No.12. Specifications facilitating the use of recycled aggregates. Hong-Kong: Works 
Bureau Technical Circular; 2002. 16 p. 
[14] CCANZ. Best practice guide for the use of recycled aggregates in new concrete. CCANZ 
Publications: Cement and Concrete Association of New Zealand; 2011. 49 p. 
[15] RILEM. Specifications for concrete with recycled aggregates. Mater Struct. 1994; 27(173): 
557-9. 
[16] Evangelista L, de Brito J. Mechanical behaviour of concrete made with fine recycled concrete 
aggregates. Cem Concr Compos. 2007; 29(5): 397-401. 
[17] Evangelista L, de Brito J. Durability performance of concrete made with fine recycled concrete 
aggregates. Cem Concr Compos. 2010; 32(1): 9-14. 
[18] Evangelista L, de Brito J. Environmental life cycle assessment of concrete made with fine 
recycled concrete aggregates. Portugal Sb07 - Sustainable Construction, Materials and 
Practices: Challenge of the Industry for the New Millennium, Pts 1 and 22007. pp. 789-94. 
[19] Vieira JPB, Correia JR, de Brito J. Post-fire residual mechanical properties of concrete made 
with recycled concrete coarse aggregates. Cem Concr Res. 2011; 41(5): 533-41. 
[20] Fonseca N, de Brito J, Evangelista L. The influence of curing conditions on the mechanical 
performance of concrete made with recycled concrete waste. Cem Concr Compos. 2011; 33(6): 
637-43. 
[21] Amorim P, de Brito J, Evangelista L. Concrete Made with Coarse Concrete Aggregate: 
Influence of Curing on Durability. ACI Mater J. 2012; 109(2): 195-204. 
[22] Ferreira L, de Brito J, Barra M. Influence of the pre-saturation of recycled coarse concrete 
aggregates on concrete properties. Mag Concr Res. 2011; 63(8): 617-27. 
[23] de Brito J, Robles R. Recycled aggregate concrete (RAC) methodology for estimating its long-
term properties. Indian Journal of Engineering and Materials Sciences. 2010; 17(6): 449-62. 
[24] de Brito J, Alves F. Concrete with recycled aggregates: the Portuguese experimental research. 
Mater Struct. 2010; 43: 35-51. 
[25] de Brito J, Gonçalves AP, Santos R. Recycled aggregates in concrete production - Multiple 
recycling of concrete coarse aggregates. Revista Ingeniería de Construcción. 2006; 21(1): 33-
40. 
[26] Barbudo A, de Brito J, Evangelista L, Bravo M, Agrela F. Influence of water-reducing 
admixtures on the mechanical performance of recycled concrete. J Cleaner Prod. 2013; 59: 93-
8. 
[27] Matias D, de Brito J, Rosa A, Pedro D. Mechanical properties of concrete produced with 
recycled coarse aggregates - Influence of the use of superplasticizers. Constr Build Mater. 2013; 
44: 101-9. 
[28] Pereira P, Evangelista L, de Brito J. The effect of superplasticisers on the workability and 
compressive strength of concrete made with fine recycled concrete aggregates. Constr Build 
Mater. 2012; 28(1): 722-9. 
[29] Pereira P, Evangelista L, de Brito J. The effect of superplasticizers on the mechanical 
performance of concrete made with fine recycled concrete aggregates. Cem Concr Compos. 
2012; 34(9): 1044-52. 
 
17 
 
[30] Cartuxo F. Betões com agregados finos provenientes da trituração de betão - Influência dos 
plastificantes no desempenho em termos de durabilidade [Dissertação de Mestrado em 
Engenharia Civil]: Intituto Superior Técnico; 2013. 
[31] Santos MB, de Brito J, Silva AS. Métodos de evaluación de las reacciones álcali-sílice en 
hormigones con áridos reciclados. Revista Ingeniería de Construcción. 2009; 24: 141-52. 
[32] Figueiredo JM. Desempenho mecânico de betões estruturais e de enchimento com 
incorporação de agregados leves provenintes da trituração de pisos de betão leve [Dissertação 
de Mestrado em Engenharia Civil]: Instituto Superior Técnico; 2013. 
[33] Cabaço J. Desempenho em termos de durabilidade de betões de agregados leves provenientes 
da trituração de pisos de betão leve [Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil]: Instituto 
Superior Técnico; 2013. 
[34] de Brito J, Pereira AS, Correia JR. Mechanical behaviour of non-structural concrete made with 
recycled ceramic aggregates. Cem Concr Compos. 2005; 27(4): 429-33. 
[35] Correia JR, de Brito J, Pereira AS. Effects on concrete durability of using recycled ceramic 
aggregates. Mater Struct. 2006; 39(2): 169-77. 
[36] Alves A, Vieira T, de Brito J, Correia J. Mechanical properties of structural concrete with fine 
recycled ceramic aggregates. Constr Build Mater. (submetido para publicação). 
[37] Vieira T. Betões com incorporação de agregados finos reciclados cerâmicos - Desempenho em 
termos de durabilidade [Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil]: Instituto Superior 
Técnico; 2013. 
[38] Martins D. Comportamento ao fogo de betões produzidos com agregados grossos cerâmicos 
reciclados [Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil]: Instituto Superior Técnico; 2013. 
[39] Gomes M, de Brito J, Bravo M. Structural concrete with incorporation of coarse recycled 
concrete and ceramic aggregates: Mechanical performance. J Mater Civ Eng. 2013; 
doi:10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000973. 
[40] Gomes M, de Brito J. Structural concrete with incorporation of coarse recycled concrete and 
ceramic aggregates: durability performance. Mater Struct. 2009; 42(5): 663-75. 
[41] Rodrigues F, Carvalho MT, Evangelista L, de Brito J. Physical-chemical and mineralogical 
characterization of fine aggregates from construction and demolition waste recycling plants. J 
Cleaner Prod. 2013; 52: 438-45. 
[42] Rodrigues F, Evangelista L, de Brito J. A new method to determine the density and water 
absorption of fine recycled aggregates. Mater Res. 2013; 16: 1045-51. 
[43] Martins P, de Brito J, Rosa A, Pedro D. Mechanical performance of concrete with 
incorporation of coarse waste from the marble industry. Materials Research Journal. (submetido 
para publicação). 
[44] André A, de Brito J, Rosa A, Pedro D. Durability performance of concrete incorporating coarse 
aggregates from marble industry waste. J Cleaner Prod. 2014; In Press, 
dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2013.09.037. 
[45] Silva D, Gameiro F, de Brito J. Mechanical properties of structural concrete containing fine 
aggregates from waste generated by the marble quarrying industry. J Mater Civ Eng. 2014; In 
Press, dx.doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000948. 
[46] Gameiro F, de Brito J, Correia da Silva D. Durability performance of structural concrete 
containing fine aggregates from waste generated by marble quarrying industry. Eng Struct. 
2014; 59: 654-62. 
 
18 
 
[47] Valadares F, Bravo M, De Brito J. Concrete with used tire rubber aggregates: Mechanical 
performance. ACI Mater J. 2012; 109(3): 283-92. 
[48] Bravo M, De Brito J. Concrete made with used tyre aggregate: Durability-related performance. 
Journal of Cleaner Production. 2012; 25: 42-50. 
[49] Correia JR,Marques AM, Pereira CMC, de Brito J. Fire reaction properties of concrete made 
with recycled rubber aggregate. Fire Mater. 2012; 36(2): 139-52. 
[50] Marques AM, Correia JR, de Brito J. Post-fire residual mechanical properties of concrete made 
with recycled rubber aggregate. Fire Saf J. 2013; 58: 49-57. 
[51] Serpa D, de Brito J, Pontes J. Concrete made with recycled glass aggregates: Mechanical 
performance. ACI Mater J. (submetido para publicação). 
[52] Castro S, de Brito J. Evaluation of the durability of concrete made with crushed glass 
aggregates. J Cleaner Prod. 2013; 41: 7-14. 
[53] Saikia N, De Brito J. Use of plastic waste as aggregate in cement mortar and concrete 
preparation: A review. Constr Build Mater. 2012; 34: 385-401. 
[54] Ferreira L, De Brito J, Saikia N. Influence of curing conditions on the mechanical performance 
of concrete containing recycled plastic aggregate. Constr Build Mater. 2012; 36: 196-204. 
[55] Saikia N, De Brito J. Mechanical properties and abrasion behaviour of concrete containing 
shredded PET bottle waste as a partial substitution of natural aggregate. Constr Build Mater. 
2014; 52: 236-44. 
[56] Silva RV, de Brito J, Saikia N. Influence of curing conditions on the durability-related 
performance of concrete made with selected plastic waste aggregates. Cem Concr Compos. 
2013; 35(1): 23-31. 
[57] Correia J, Saraiva Lima J, de Brito J. Post-fire residual mechanical performance of concrete 
made with selected plastic waste aggregates. Cem Concr Compos. (submetido para publicação). 
[58] de Brito J, Lopes R. Betão: Um fim-de-vida ecológico para resíduos industriais. 6º Congresso 
Luso-Moçambicano de Engenharia (CLME’2011). Maputo, Moçambique, 2011. 
 
Congresso Luso-Brasileiro de Materiais de Construção Sustentáveis 
5, 6 e 7 de Março de 2014 
Guimarães, Portugal 
 
 
19 
 
Phase Change Materials: Contribute to Sustainable Construction 
 AGUIAR José1,a, CUNHA Sandra1,b and KHERADMAND Mohammad1,c 
1
 University of Minho, Campus de Azurém, 4800-058 Guimarães, Portugal 
a
aguiar@civil.uminho.pt, 
b
d4947@civil.umino.pt, 
c
m.kheradmand@civi.uminho.pt 
Key-Words: Sustainable Construction, Phase Change Materials (PCM), Mortars. 
Abstract. In a society with a high growth rate and increased standards of comfort arises the need to 
minimize the currently high energy consumption by taking advantage of renewable energy sources. 
The mortars with incorporation of phase change materials (PCM) have the ability to regulate the 
temperature inside buildings, contributing to the thermal comfort and reduction of the use of heating 
and cooling equipment, using only the energy supplied by the sun. This paper aims to contribute to 
the study of mortars incorporating PCM. The main characteristics of the material and the mortars 
doped with PCM, will be presented. It also aims to clarify the differences in the physical and 
mechanical characteristics of mortars doped with different types of PCM. 
Introduction 
Every year, the energy powered by the sun is about 10 000 times higher than the actual energy 
consumption worldwide. Thus, the need to find a way to take advantage of this natural energy 
source is pressing [1]. 
Presently, the concerns related to the energy consumption of buildings are increasing., The largest 
part of the energy consumption in residential sector is associated with heating and cooling. 
Therefore, it becomes imperative to obtain a constructive solution that minimizes these 
consumptions, improving the level of comfort inside buildings without damaging the environment. 
Furthermore, it is important to consider constructive solutions with renewable energy resources, 
providing an improvement in the quality of the buildings, especially in the comfort level of the 
occupants, without problems to the environment. 
The incorporation of Phase Change Materials (PCM) in mortars for the interior appears as a 
possible solution in an attempt to solve, or at least minimize, the massive energetic consumption 
related with buildings. The use of this material allows the regulation of temperature inside buildings 
through latent heat thermal energy storage, using only solar energy as a resource, or at least reducing 
the need to use heating and cooling equipment. 
Sustainable development is closely connected to three dimensions: economic, social and 
environmental. It is important to have a balance and harmony between them. The creation of a 
strong connection between the construction industry and the pillars of sustainable development is 
particularly important and early started to merit the attention of stakeholders in the construction 
sector. 
The incorporation of PCM microcapsules in mortars brings social, economic and environmental 
benefits, demonstrating a significant contribution to a construction with a higher value of 
sustainability. The social benefits derive from the thermal comfort increase inside buildings, given 
that nowadays this is an important requirement and frequently demanded by buyers and potential 
sellers as an important decision parameter. The increase of thermal comfort is achieved by the 
thermal capacity of the PCM, allowing store and release of energy, keeping the interior temperature 
sensibly constant, or at least with less variation. The environmental aspect concerns the fossil fuels 
depletion, given that this technology aims at maintaining constant temperatures inside the building, 
consequently leading to a decrease on air conditioning equipment usage. The economic benefit is 
related to the technology adequacy and implementation costs. These should be supported and easily 
 
20 
 
amortized by the user. It may also be noted that the economic benefits of reduced energy 
consumption and lag times for lower demand, are evident and can be achieved with the use of PCM. 
A broad knowledge of the thermo-physical properties of PCM is necessary for the correct 
design/optimization approaches for their use in building constructions. In this way, one of the most 
important properties to determine is the temperature-enthalpy relationship. 
Phase Change Materials 
It is known that all materials interact with the environment. However most of them lack the 
capability to alter its own properties according to the environment characteristics in which they are 
applied. 
Phase change materials (PCM) possess the capability to alter its own state as function of the 
environmental temperature (Figure 1) [2]. In other words, when the surrounding environmental 
temperature of PCM increases until the materials fusion point, it suffers a change from a solid state 
to a liquid state, absorbing and storing the heat energy from the environment. On the other hand 
when the temperature decreases until the PCM solidification point, the material alters from the 
liquid state to solid state, releasing the previously stored energy to the environment. This application 
could be made in coating mortars of buildings, with advantage in the passive regulation of internal 
temperature with increase of thermal inertia [3]. 
 
Figure 1: Phase Change Processes [4]. 
Encapsulation. The PCM must be encapsulated, for its correct use, otherwise during the liquid 
phase there is a possibility that it moves from the original area of application. 
There are two main forms of encapsulation, macroencapsulation (Figure 2) and microencapsulation 
(Figure 3). The macroencapsulation is based in the introduction of PCM into tubes, panels or other 
large containers. It is usually done in containers with more than 1 cm of diameter and presents a 
better compatibility with the material, improving the handling in construction [5]. The 
microencapsulation of phase change material consists on covering the material particles, with a 
material, usually a polymer, commonly known capsule, with dimensions between 1 μm to 60 μm. 
The polymer used could be polymethylmethacrylate, polyuriaor polyurethane and should respond at 
some demands of operation, as high heat transfer. The microcapsules can be spherical or 
asymmetric and with variable shape. The advantage of this encapsulation process is the 
improvement of heat transfer, through its large surface area [5, 6]. 
 
Figure 2: Macroencapsulation [5]. 
 
21 
 
The phase change materials with phase transition from solid to liquid are preferred for the thermal 
energy storage, because the associated volume variation is lower than the associated to the transition 
from liquid to gaseous or from gaseous to solid [7, 8]. 
 
Figure 3: Microencapsulation [9]. 
Classification. In 1983 emerged the first classification of substances used for thermal storage. 
These are classified as organic, inorganic and eutectic mixtures. Organic materials can be non-
paraffinic or paraffinic. Usually, they have congruent phase changes without degradation. The 
inorganic materials are classified as hydrated salts and metals. The eutectic mixtures result from the 
combination of two or more compounds of organic and/or inorganic nature. By this way, it is 
possible to correspond to the need of more suitable transition temperatures for the demands [5, 10]. 
Properties. Not all existing PCM can be used for thermal storage. An ideal PCM must present 
certain thermo-physic, kinetic, chemical and economic properties. Thermo-physically, the transition 
temperature for the selected PCM must be within the desired range in order to guarantee both the 
storage and release of thermal energy. A high transition heat by volume unit is also required, in 
order to maximize the stored energy while minimizing the PCM usage, as well as a high sensitive 
heat (represented by its calorific capability), which allows an increase in its energy storing 
capability. Furthermore, high thermal conductivity characteristics in both solid and liquid states 
promote heat transfer with a reduced variation in volume during phase transition, reducing 
contention issues. From the kinetic point of view, a high growth velocity of the crystals can prevent 
sub cooling of the PCM liquid phase, enhancing its response to the surrounding demands. Thirdly, 
regarding the chemical properties, the chosen PCM should not be susceptible to degradation 
following a high number of cycles, while it must also be non-corrosive to construction materials, as 
well as non-flammable, non-toxic and non-explosive, in order to attend to environmental and 
security concerns. Finally, bearing in mind economic characteristics, availability and low 
acquisition cost are the main factors preceding the establishment of PCM as a competitive solution 
in comparison to conventional constructive and thermal storing systems [5]. 
Generally, the standard measurement method for the analysis of many thermo-physical properties is 
the Differential Scanning Calorimeter (DSC). From the literature survey [11-13] there are different 
possibilities of operation methods to analyze PCM through DSC testing. The two most common 
methods are: the dynamic method which corresponds to a constant heating rate and the step method 
which consists in applying variable heating rates to the sample [12]. Barreneche et al. [13] state that 
dynamic method and step method are suitable for the organic materials such as paraffin. The 
drawbacks of the step method are related to its programming complexity, the fact that it is time 
consuming and the difficulties in data treatment/interpretation [14]. 
Application in construction. Between all phase change materials possible applications in 
buildings, the most interesting is its incorporation in construction materials altering their materials 
thermal properties. The PCM may be used for thermal storage of passive solar heating being 
integrated in the floor, walls or ceilings, as well as being an integrating part of the most complex 
energetic system, such as heat pumps and solar panels [2]. 
The selection of the PCM transition temperature adequate to the atmospheric temperature is 
extremely important for the functionality of the solution. The adequacy of several PCM for 
 
22 
 
incorporation in gypsum plasterboard was studied by Khudhairi et al [15]. Although the employed 
materials presented a great ability for energy storing capability, their transition temperature did not 
achieve the comfort band. This study shows the suitability of various PCM for incorporation into 
gypsum boards. However, despite having large thermal storage capacity, the used PCM was not 
placed in operation, because the transition temperature did not coincide with the range of comfort 
temperature. 
PCM can be used in solutions for walls, floors and ceilings. Presently also exist some commercial 
solutions. The application of PCM in the walls of buildings is the preferential solution for exploring 
the potential of these materials. The incorporation of phase change materials in gypsum plasterboard 
has been the subject of several studies performed due to its low cost and various possibilities of 
application [16-19]. Darkwa et al., investigated the behavior of two solutions with incorporation of 
PCM in gypsum plasterboard. In one side the plasterboard used had 12 mm of thickness, all 
impregnated with PCM in order to compare with another situation in which they applied simple 
plasterboards with 10 mm of thickness, covered by PCM laminate with 2 mm . The amount of 
PCM incorporated in both cases was the same. The results showed that the use of PCM laminate is 
more efficient since it contributed to an increase in the minimum temperature [18]. 
However, other solutions had also been developed like alveolar PVC panels with PCM 
macroencapsulated, blocks and bricks [5, 20]. Cabeza et al., constructed and monitored the behavior 
of concrete test cells, with and without addition of 5% of PCM microcapsules. The incorporation of 
PCM was made in the concrete used on the roof and south and west walls. During the summer and 
without ventilation a decrease in maximum temperature and a time lag of about 2 hours were 
recorded [5]. 
The floors are probably one of the most important locals for heating and cooling a building. There 
are several authors who had investigated constructive solutions with incorporation of phase change 
materials, with applications in floors. These solutions are varied, such as electric heating under floor 
systems incorporating polyethylene plates impregnated with PCM, incorporation of PCM in 
concrete slab and the application of two types of PCM with different transition temperatures [10, 
21-23]. 
The use of constructive solutions on ceilings ranges from the gypsum panels to steel panels with 
circulation of PCM in capillary networks [24, 25]. 
Influence of the use of different PCM microcapsules 
The mortars with incorporation of phase change materials (PCM) have the ability to regulate the 
temperature inside buildings, contributing to the thermal comfort and reduction of the use of heating 
and cooling equipment, using only the energy supplied by the sun. However, the incorporation of 
phase change materials in mortars modifies its characteristics. Thus, the need to compare mortars 
doped with two kinds of PCM emerged. 
Sixteen compositions were developed taking into account the future application of the mortar 
developed in the construction industry. 
The PCM content was fixed in 0%, 10%, 20% and 30% of total mass of solid particles. In order to 
overcome some of the problems related with the mortar shrinkage and consequent cracking, 
polyamide fibers and superplasticizer were incorporated. 
Type of PCM microcapsules. Two different types of PCM microcapsules, designated as A and 
B, were used. Both samples were used in powder form that means completely dry, although there is 
also the possibility of obtaining the same material in emulsion. In this study we decided to use the 
dry PCM in order to facilitatetheir incorporation in pre-mixed mortars. 
The PCM microcapsules tests were performed in order to compare the PCM provided by two 
different producers. The microcapsules A are constituted by a wall in polymethylmethacrylate and a 
core in paraffin, with transition temperature of about 22.5 °C and enthalpy of 110 kJ/kg. The 
microcapsules of PCM A exhibit a transition temperature of 25 ºC in the heating cycle and 20 ºC in 
 
23 
 
the cooling cycle. The microcapsules B are composed of a wall in melamine-formaldehyde and a 
core in paraffin, with temperature transition of about 22.5 °C and enthalpy of 147.9 kJ/kg. These 
exhibit a transition temperature of 24 ºC in the heating cycle and 21 ºC in the cooling cycle. 
The tests conducted using the high resolution scanning electron microscope indicate that the 
polymer present in the microcapsules A is rougher (Figure 4) compared to the polymer used in the 
microcapsules B (Figure 5) that presents a more regular texture. 
With the purpose of obtain more information related with the dimensions of PCM microcapsules 
granulometry tests were performed, using a laser particle size analyzer. It was possible to observe 
that the microcapsules A are agglomerated, having a greater dimension when observed under the 
electron microscope. However, the agitation that the sample suffer during the laser particle size 
analyze, allows the dispersion of agglomerated microcapsules. In this way, it was possible to 
conclude that the microcapsules A have a particle size distribution between 5.8 to 219 μm and an 
average particle size of 37.24 µm. The microcapsules B present a particle size distribution between 
5.8 to 339 μm and an average particle size of 43.91 µm (Figure 6). 
 
a) b) 
Figure 4: Microscope observation of polymer surface of the microcapsules A: a) Enlargement of 1000x, b) Enlargement 
of 20000x. 
 
a) b) 
Figure 5: Microscope observation of polymer surface of the microcapsules B: a) Enlargement of 1000x, b) Enlargement 
of 20000x. 
Compositions. The studied compositions are presented in Table 1. The compositions present 
different contents of aerial lime, gypsum and PCM. 
The experiments for thermal performance of mortars also involved the study of two mortars 
containing PCMs. The first mortar, here termed as SPCMM24, is a single PCM mortar that contains 
MC24. The second mortar, here termed as HPCMM18_28, involves the combined use of MC18 and 
MC28 in the same total quantity as the first mortar contain only MC24. Detailed information on the 
mix proportions and adopted materials are shown in Table 2. 
 
24 
 
 
Figure 6: Particle size distribution of PCM microcapsules. 
Table 1: Composition of mortars (Microcapsules of PCM, superplasticizer, water and fibers as % of total mass of solid 
particles; gypsum and sand as % of binders mass). 
Compositions Sand 
Microcapsules of 
PCM A 
Microcapsules of 
PCM B 
Fibers Gypsum Superplasticizer 
L100G0 561.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 
L90G10 561.4 0.0 0.0 0.0 10.0 0.0 
L100G0PCM20-A 561.4 20.0 0.0 0.1 0.0 1.0 
L100G0PCM20F-A 561.4 20.0 0.0 0.1 10.0 1.0 
L90G10PCM10F-A 561.4 10.0 0.0 0.1 10.0 1.0 
L90G10PCM20F-A 561.4 20.0 0.0 0.1 10.0 1.0 
L90G10PCM30F-A 561.4 30.0 0.0 0.1 10.0 1.0 
L80G20PCM20F-A 561.4 20.0 0.0 0.1 20.0 1.0 
L60G40PCM20F-A 561.4 20.0 0.0 0.1 40.0 1.0 
L100G0PCM20-B 561.4 0.0 20.0 0.0 0.0 1.0 
L100G0PCM20F-B 561.4 0.0 20.0 0.1 0.0 1.0 
L90G10PCM10F-B 561.4 0.0 10.0 0.1 10.0 1.0 
L90G10PCM20F-B 561.4 0.0 20.0 0.1 10.0 1.0 
L90G10PCM30F-B 561.4 0.0 30.0 0.1 10.0 1.0 
L80G20PCM20F-B 561.4 0.0 20.0 0.1 20.0 1.0 
L60G40PCM20F-B 561.4 0.0 20.0 0.1 40.0 1.0 
Table 2: Mix proportions of formulations SPCMM24 and HPCMM1828 
Materials 
Formulations (percentage of the total weight of mortar) 
SPCMM24 HPCMM18_28 
Cement type I class 42.5R 31.32 31.32 
Sand 30.59 30.59 
Water 18.79 18.79 
Super Plasticizer (water reducer) 0.94 0.94 
MC18 - 9.175 
MC24 18.34 - 
MC28 - 9.175 
 
Workability. The workability tests were performed with the main goal of verifying the adequacy 
for application of the developed mortars. 
According to Figure 7 it was possible to observe that the incorporation of 20% of the microcapsules 
A causes an increase in the amount of water of about 62%. This situation can be explained by the 
reduced particle dimension of the used PCM and by the water absorption of the polymeric wall of 
the microcapsule. However, the incorporation of microcapsules B also causes an increase in the 
 
25 
 
amount of water, but smaller, this being only about 12%. This behavior can be explained by the use 
of capsules with a less rough surface and higher particle dimension. 
The incorporation of fibers did not cause any change in the amount of water added to the mortar, 
however there was a slight reduction in the flow diameter obtained for the mortars with 
incorporation of microcapsules A and B. 
 
Figure 7: Water added to the mortar (in% of total mass of solid particles). 
Flexural and compressive behavior. According to the results (Figure 8) it was possible to 
observe a significant improvement in mechanical properties caused by the introduction of 
microcapsules A. However, the improvement of mechanical characteristics caused by the 
incorporation of microcapsules B is lower. 
The incorporation of 10% PCM leads to an increase in the value of flexural strength of about 380% 
and about 600% in compressive strength for the mortars with incorporation of microcapsules A. 
Regarding the mortars with incorporation of microcapsules B, the increase is about 85% in flexural 
strength and about 130% in compressive strength. These values were obtained comparing 
compositions with 10% of PCM with the composition without PCM. This increase in mechanical 
strengths is related to the increase of porosity caused by the introduction of higher water content and 
PCM presence. The increase in porosity benefits the carbonation of mortars, which was more 
evident in mortars with incorporation of microcapsules A, since the water content present is higher 
and the surface roughness of the PCM is higher for these mortars. However, it is possible to verify a 
decrease in the value of compressive and flexural strength with a PCM content of 30% when 
compared to the 20% PCM composition. Therefore is possible to conclude that the optimal content 
of PCM in terms of mechanical properties corresponds to 20%. Nonetheless, the value obtained for 
a PCM content of 30% is slightly higher or identical than the value presented by the mortar without 
PCM, which allows for the conclusion of the beneficial effect caused by the incorporation of PCM 
in mortars. 
Shrinkage. The shrinkage study was performed for only 9 of the 16 compositions studied. Thus, 
it was possible to observe the influence of the presence of PCM microcapsules in the mortars. 
According to Figure 9 it was possible to verify different behaviors in mortars with incorporation of 
the microcapsules A and B. 
The introduction of 20% of microcapsules A, causes an increase in shrinkage of about 300% 
compared to the reference mortar. The addition of polyamide fibers causes a decrease in shrinkage 
to about 50%. With the addition of gypsum it was possible to observe a decrease in shrinkage. The 
addition of 40% gypsum allows a reduction in the shrinkage of about 40%. 
The introduction of 20% of microcapsules B causes an increase in shrinkage of about 20% 
compared to the reference mortar. The incorporation of polyamide fibers allows for the verification 
of a decrease of about 30%. Finally the incorporation of 40% gypsum seems to cause a decrease in 
the value of shrinkage of about 40%. 
 
 
26 
 
 
Figure 8: Flexural and compressive behaviour. 
 
Figure 9: Shrinkage values since moulding until 7 days 
The increase in shrinkage with