Effect of novel calcium sulfate compositions and lignosulfonate admixture on cement hydration and rheology

Authors

Keywords:

phosphogypsum, gypsum, lignosulfonate, hydration, rheology

Abstract

This research examines the effects of different calcium sulfate combinations—natural gypsum (NG), untreated phosphogypsum (PG), and lime-treated phosphogypsum (NPG)—on the hydration and rheology of Portland cement with a lignosulfonate admixture. Three novel calcium sulfate compositions (SU I, II, III) were evaluated as setting regulators in Portland cement types CEM I, II, and III, focusing on setting times, compressive strength, heat release, hydration products, and rheological behavior. The compositions are: SU I (30% PG, 70% NG), SU II (50% NPG, 50% NG), and SU III (100% NPG). Results showed that CEM III had lower early strength and longer setting times than CEM I and II, effects amplified by the lignosulfonate admixture. Rheological differences among cements were attributed to PG's delayed hydration, reducing yield stress and viscosity. The study highlights how cement composition, alternative calcium sulfates, and admixtures interact to affect fresh and hardened cement properties.

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Author Biographies

Rayara Pinto Costa, Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Doutoranda do Programa de pós-graduação em Engenharia de Minas,metalúrgica e materiais da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) na modalidade Dotorado Acadêmico para Inovação (DAI) desde 06/2021, Mestre pelo Programa de pós-graduação em Engenharia Civil: construção e infraestrutura da UFRGS (2020) e engenheira civil pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão - IFMA (2018). Participação no programa Ciência sem Fronteiras com formento da CAPES 2013-2014. Tem interesse em áreas de desenvolvimento de novos materiais para a construção civil, emprego de resíduos e produção de cimentos ecoeficientes.

Matheus Henrique Gomes de Medeiros, Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Doutorando pelo Programa de Engenharia Civil: Construção e Infra-estrutura (PPGCI) na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Mestre pelo Programa de Engenharia Civil: Construção e Infra-estrutura (PPGCI) na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Engenheiro Civil formado pela Universidade Federal do Pará - UFPA. Realizou iniciação científica na área de materiais de construção civil. Pesquisador do Grupo de Pesquisa em Materiais de Construção Civil (GPMAC) e Grupo de Análise Experimental de Estruturas e Materiais (GAEMA). Além disso, participei como bolsista do Programa de Educação Tutorial (PET). Hoje, participo do grupo de pesquisa LINCE, que tem como foco as áreas: valorização de resíduos, cimento Portland e alternativos, Materiais Cimentícios Suplementares (SCMs) e aditivos.

Francisco Roger Carneiro Ribeiro, Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Doutorando em Engenharia Civil do Programa de Construção e Infraestrutura pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (PPGCI/UFRGS). Mestre em Engenharia Civil/Construção Civil pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos (PPGEC/UNISINOS). Bacharel em Engenharia Civil pela Universidade Estadual Vale do Acaraú (UVA). Técnico em Segurança do Trabalho pelo Instituto Federal do Ceará - Campus Sobral (IFCE). Membro do Laboratório de Reabilitação e Durabilidade das Construções (LAREB/UFC) e do Laboratório de Inovação em Cimentos Ecoeficientes (LINCE/UFRGS). Áreas de investigação: materiais de construção, patologia de edifícios e gestão de resíduos.

Seiiti Suzuki, InterCement

Sustainability Manager na InterCement

Carlos Pérez Bergmann, Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Possui graduação em Engenharia Metalúrgica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1979), mestrado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais (PPGE3M) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1982) e doutorado em Engenharia - Rheinisch Westfälische Technische Hochschule Aachen (1989), Alemanha. Atualmente, é Professor Titular da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Coordenador do PPGE3M (períodos 2007-2011 e 2015-2019) e coordenador-substituto (2011-2015). Atua na área de Inovação Tecnológica no Programa de Pós-graduação em Engenharia de Produção (PPGEP) e em Engenharia de Materiais, principalmente nos seguintes temas: Inovação em materiais para Engenharia, Engenharia de superfícies, materiais nanoestruturados, caracterização de materiais e matérias-primas, reciclagem de materiais. Ex-membro do Conselho do Instituto Latinoamericano de Estudos Avançados - ILEA-UFRGS, do Centro de Microscopia e Microanálise CMM-UFRGS e do Conselho Editorial da Editora da UFRGS. Destaques: 3 Prêmios Petrobras de Tecnologia; Prêmio Pesquisador Gaúcho-área Engenharia 2012; Book-Serie Editor Springer-Verlag; consultor ad-hoc World Bank; coordenou criação do curso graduação de Engenharia de Materiais-EE-UFRGS; paraninfo e professor homenageado em várias oportunidades; orientou mais de 180 mestres e doutores; autor de vários livros e de mais de 300 artigos e 450 trabalhos em congressos. Fundador (1989) e responsável pelo Laboratório de Materiais Cerâmicos - EE-UFRGS. Membro suplente CA-MM do CNPq 2019-2022.

Ana Paula Kirchheim, Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade de Passo Fundo (2000), mestrado (2003) e doutorado no PPGEC da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2008), com estágio de doutorado no exterior no Department of Environmental and Civil Engineering - University of California at Berkeley (2005 - 2006), sob orientação do Professor Paulo Monteiro e Pós-doutorado(PNPD-CAPES), no período de 2008-2010 pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Atualmente é Professor Associado III no Departamento de Eng. Civil e Permanente no Programa de Pós-Graduação em Eng. Civil: Construção e Infraestrutura (PPGCI-NORIE), orientando mestrados e doutorados da UFRGS. Participou como membro da Comissão do PPGCI e membro do Colegiado do Departamento de Engenharia Civil em diversas gestões. Mantém forte intercâmbio técnico-científico com outras instituições do Rio Grande do Sul (UFSM, IMED, UNISINOS), de outros estados (USP, UFP, UPBA, entre outras) e do exterior (Inglaterra (Univ. Sheffield), Estados Unidos (Univ. Califórnia, Berkeley e Universidade do Texas, Austin), França (IFFSTAR, lEcole des Mines dAlès), Austrália (Univ. de Queensland) e Espanha (UPC-Barcelona e Univ. De Malaga).Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Materiais e Componentes de Construção, atuando principalmente nos seguintes temas: química do cimento Portland e alternativos, aproveitamento de resíduos na produção de novos materiais inovadores, técnicas de análise da micro e nanoestrutura de materiais cimentícios, tecnologia e durabilidade de concretos, entre outros.

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Published

2025-05-21

How to Cite

COSTA, Rayara Pinto; MEDEIROS, Matheus Henrique Gomes de; RIBEIRO, Francisco Roger Carneiro; SUZUKI, Seiiti; BERGMANN, Carlos Pérez; KIRCHHEIM, Ana Paula. Effect of novel calcium sulfate compositions and lignosulfonate admixture on cement hydration and rheology. Ambiente Construído, [S. l.], v. 25, 2025. Disponível em: https://seer.ufrgs.br/index.php/ambienteconstruido/article/view/140030. Acesso em: 10 aug. 2026.

Issue

Vol. 25 (2025): Edições Especiais & Artigos

Section

Edição especial: os melhores artigos do SBCC 2023

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