O concreto é o material de construção civil mais utilizado no mundo sendo constituído essencialmente por cimento Portland, água e agregados. A produção de cimento é um processo altamente poluidor, de forma que a tecnologia do concreto tem buscado mecanismos que permitam sua produção de maneira mais sustentável. Uma das práticas encontradas para esta finalidade baseia-se na substituição parcial de cimento por adições minerais. Visando a otimização dos aglomerantes constituídos de cimento Portland e adições minerais, aplicam-se métodos de empacotamento de partículas, os quais podem ocasionar a densificação da mistura, promover o refinamento de poros, reduzir sua permeabilidade, elevar sua resistência mecânica e durabilidade. A otimização do empacotamento leva à redução do volume de pasta necessário para preencher os vazios da mistura, contribuindo para a produção de concretos mais sustentáveis, além de otimizar as propriedades do material. Neste contexto, este trabalho tem o objetivo de avaliar o efeito do empacotamento de partículas na otimização de aglomerantes para a produção de concretos de alta resistência. Para isso, aplicou-se o modelo de empacotamento de partículas de Alfred aos materiais constituintes do aglomerante dos concretos produzidos originalmente efetuando-se a substituição parcial do cimento Portland por adições minerais, considerando porcentagens fixas. Na continuidade do trabalho, foram produzidas misturas ternárias e quaternárias de cimento Portland e adições minerais, considerando os aglomerantes de referência e otimizados, para a avaliação dos efeitos do empacotamento na trabalhabilidade e microestrutura das pastas de aglomerantes e nas propriedades dos concretos nos estados fresco e endurecido. Verificou-se que as pastas de aglomerantes otimizadas apresentaram maior viscosidade, menor porosidade aparente e pouca alteração em sua microestrutura, em comparação às misturas de referência. A otimização das pastas de aglomerantes levou à produção de concretos com menor consumo de cimento e maior consumo de superplastificante, necessário para atingir a consistência especificada. No estado endurecido, os concretos otimizados apresentaram resistência à compressão estatisticamente igual, ou superior, aos concretos de referência. Notou-se, ainda, que a otimização dos aglomerantes não teve impacto no módulo de elasticidade dinâmico dos concretos. Por fim, demonstrou-se o potencial do empacotamento de partículas para a produção de concretos com menor consumo de cimento e propriedades adequadas para sua utilização na construção civil.

Concrete is the most widely used building material in the world, consisting essentially of Portland cement, water and aggregates. Cement production is a highly polluting process, in a way that the concrete technology has sought mechanisms that allow its production in a more sustainable way. One of the methodologies found for this purpose is based on the partial replacement of cement with mineral admixtures. Seeking to optimize the binders composed of Portland cement and mineral admixtures, particle packing methods are applied, which can densify the mixture, promote the refinement of the pores, reduce its permeability and increase its mechanical resistance and durability. The optimization of particle packing leads to a reduction in the paste volume necessary to fill the voids in the mixture, contributing to the production of more sustainable concretes, in addition to optimize the material properties. In this context, this study seeks to evaluate the effect of particle packing on the optimization of binders to produce high strength concrete. For this purpose, the Alfred’s particle packing model was applied to the constituents of the binder of the concretes originally produced with the partial replacement of Portland cement by mineral admixtures, considering fixed contents. Continuing the study, ternary and quaternary mixtures of Portland cement and mineral admixtures were produced, considering the references binders and the optimized binders, to evaluate the effects of particle packing in the workability and microstructure of the binder paste and in the properties of the concrete in the fresh and hardened states. It was verified that the pastes with optimized binder showed higher viscosity, lower apparent porosity and little alteration in their microstructure, compared to the reference mixtures. The optimization of the binders has led to the production of concretes with lower cement consumption and higher superplasticizer content, necessary to achieve the specified consistency. In the hardened state, the optimized concretes presented compressive strength statistically equal or higher to the reference concretes. It was also noted that the binder optimization had no impact on the dynamic modulus of elasticity of the concretes. Finally, the potential of particle packaging for the production of concretes with lower cement consumption and suitable properties for its use in civil construction was demonstrated.