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Volcanic aggregates and alkali-silica reactions in the world : a comparative study with Azores aiming to enhance concrete durability on volcanic oceanic islands

2022-09-08Doctoral thesis Open access
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datacite.subject.fosCiências Naturais::Ciências da Terra e do Ambientept_PT
dc.contributor.advisorFournier, Benoit
dc.contributor.advisorFernandes, Maria Isabel Gonçalves
dc.contributor.advisorNunes, João Carlos
dc.contributor.authorMedeiros, Sara Maria Teixeira
dc.date.accessioned2023-01-19T15:37:18Z
dc.date.available2023-01-19T15:37:18Z
dc.date.issued2022-09-08
dc.descriptionTese de Doutoramento, Geologia (Geologia Aplicada), 8 de setembro de 2022, Universidade dos Açores.pt_PT
dc.description.abstractO betão é um dos materiais de construção mais utilizados em todo o mundo, mas ao longo dos anos a sua durabilidade e resistência têm sido afetadas por diversos tipos de patologias. Uma dessas patologias é conhecida como reação alcalis-sílica, (RAS) que é uma reação química que ocorre entre os minerais reativos nos agregados e os alcalis na pasta de cimento. As rochas vulcânicas presentes em diferentes ambientes geológicos são usadas como agregados para o betão, tal como outros tipos de rocha, principalmente devido a sua disponibilidade local. A reatividade potencial aos alcalis é bem conhecida em alguns andesitos e riólitos. No entanto em relação aos basaltos, estes ainda permanecem com algumas incertezas não existindo ainda consenso entre a comunidade científica sobre seu carater deletério. Diferentes investigações identificaram alguns basaltos como reativos quando submetidos a ensaios laboratoriais de expansão enquanto que outros foram considerados não reativos pelos mesmos métodos. Esta ambiguidade de resultados é obtida, especialmente quando é usado o método acelerado da barra de argamassa (AMBT) para avaliar a reatividade dos agregados. De modo a compreender melhor estes resultados e o papel dos basaltos relativamente a RAS, vários agregados vulcânicos de diferentes lugares (ou seja, Açores, Brasil, Canadá, Ilhas Canárias e Havaianas, Islândia, Japão, Moçambique, Nova Zelândia, Noruega, Turquia) foram selecionados para o presente trabalho. A maioria dos agregados são de composição básica, no entanto, para fins comparativos também foram incluídos neste trabalho andesitos e riólitos cuja reatividade é conhecida na literatura. Um conjunto de métodos foi usado para caracterizar a reatividade dos agregados: o método petrográfico, o método acelerado da barra de argamassa (AMBT), o método de prisma de betão (CPT), o damage rating index (DRI) e o gel pat test (GPT). Os principais resultados obtidos mostraram que: (1) o método petrográfico identificou a presença de vidro vulcânico em vários agregados com composição em SiO₂ entre 44% e 80%; (2) uma parte dos agregados são considerados reativos pelo método AMBT; (3) apenas alguns agregados foram considerados reativos pelo método CPT, entre os quais destacam-se as misturas que incluem frações de areia vulcânica; (4) os maiores valores de DRI estão principalmente relacionados com os agregados que contêm areia vulcânica como agregado fino e (5) a presença de gel em várias partículas de areia identificadas no método de GPT estão correlacionados com os valores mais elevados obtidos no ensaio DRI; (5) os dois andesitos estudados são considerados reativos, mas o riólito de Moçambique é classificado como não reativo.pt_PT
dc.description.abstractABSTRACT: Concrete is one of the most used building materials worldwide but over the years it has been noticed that its durability and resistance have been affected by different types of pathologies. One of these types is known as the alkali-silica reaction (ASR) which is a chemical reaction that occurs between reactive minerals in the aggregates and the alkalis in the cement paste. Volcanic rocks are present in different geological environments and are used like other types of rocks as concrete aggregates mostly because of their local availability. Their potential alkali-silica reactivity is well known for some andesites and rhyolites. However, some uncertainties remain for basalts even now and there is no consensus among the scientific community about their deleterious character. Deleterious and non-deleterious results were obtained by different researchers when basaltic aggregates were tested using different methods in the laboratory. This inconsistent information can indeed be obtained, especially when the accelerated mortar bar test (AMBT) is used to evaluate their potential alkali reactivity. To better understand this inconsistency and the role of basalts in the ASR, several volcanic aggregates from different locations (i.e. Azores, Brazil, Canada, Canary and Hawaiian Islands, Iceland, Japan, Mozambique, New Zealand, Norway, Turkey) were selected for the present work. The majority of the aggregates are of basic composition. Andesites and rhyolites were also included for comparative purposes due to their known deleterious character. A set of methods were used to characterize the potential alkali-reactivity of all the aggregates. These included the petrographic method, accelerated mortar bar (AMBT) and concrete prism tests (CPT), damage rating index (DRI method) and gel pat test (GPT). The main results obtained showed that: (1) volcanic glass is present in several aggregate samples, with SiO2 content ranging from 44% to 80%; (2) a part of the aggregates are considered reactive in the AMBT method; (3) only some samples of volcanic origin were considered reactive in the CPT, among them are included the ones containing volcanic sand fractions, one mixed-gravel and two andesite coarse aggregates; (4) the highest DRI numbers are mainly related to the aggregate samples with volcanic sand fractions, and (5) the presence of secondary deposits of gel in several sand particles in the GPT is correlated with the highest DRI numbers; (5) the andesites from Japan and Turkey are considered reactive but not the rhyolite from Mozambique.en
dc.description.sponsorshipThis PhD project (M3.1.a/F/066/2015) was financed by the Regional Science and Technology Fund of the Regional Government of the Azores and co-financed by the European Social Fund, through the AÇORES2020 Programme.en
dc.description.sponsorshipEste projeto de doutoramento (M3.1. a/F/066/2015) foi financiado pelo Fundo Regional de Ciência e Tecnologia do Governo Regional dos Açores e cofinanciado pelo Fundo Social Europeu, através do Programa AÇORES2020.pt_PT
dc.identifier.citationMedeiros, Sara Maria Teixeira (2022). "Volcanic aggregates and alkali-silica reactions in the world: a comparative study with Azores aiming to enhance concrete durability on volcanic oceanic islands", 442 p.. Doutoramento em Geologia (Geologia Aplicada). Ponta Delgada: Universidade dos Açores. [Consult. Dia Mês Ano]. Disponível em www:<http://hdl.handle.net/10400.3/6568>pt_PT
dc.identifier.tid101719396pt_PT
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10400.3/6568
dc.language.isoengpt_PT
dc.subjectAgregados Vulcânicospt_PT
dc.subjectBasaltopt_PT
dc.subjectReação Álcalis-Sílicapt_PT
dc.subjectRocha Vulcânicapt_PT
dc.subjectVidro Vulcânicopt_PT
dc.subjectAçorespt_PT
dc.subjectAlkali-Silica Reactionen
dc.subjectBasaltsen
dc.subjectPetrographic Characterizationen
dc.subjectVolcanic Aggregatesen
dc.subjectVolcanic Glassen
dc.titleVolcanic aggregates and alkali-silica reactions in the world : a comparative study with Azores aiming to enhance concrete durability on volcanic oceanic islandsen
dc.typedoctoral thesis
dspace.entity.typePublication
rcaap.rightsopenAccesspt_PT
rcaap.typedoctoralThesispt_PT
thesis.degree.nameDoutoramento em Geologiapt_PT

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