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Substituição de cimento em concreto permeável: viabilidade do uso de cinzas de cana-de-açúcar e areia considerando o desempenho global do material
No full textPervious concrete (PC) is a material with interconnected macropores (approximately 15-35% porosity) that allows water to drain through its structure, generally used in pervious pavements. It is made with coarse aggregates bonded by a cementitious paste, and generally with little or no incorporation of fine aggregate, which guarantees interconnected porosity. Due to the absence of fines and high porosity, this material may require a greater amount of cement and achieves lower mechanical performances than conventional concrete. Considering the environmental and cost issues associated with the production of Portland cement, this work focused on the use of supplementary cementitious materials and fine aggregate replacing Portland cement in pervious concretes. Sugar cane bagasse ash (SCBA) and sugar cane straw ash (SCSA) were incorporated by replacing 10 to 25 wt.% of Portland cement in PC mixtures with aggregate to binder ratio of 3.5 to 5.0. The results demonstrated that mixtures with a smaller amount of cement (e.g. aggregate to binder 5.0), compressive strength was enhanced when compared to their respective control sample. Furthermore, the greatest compressive strength was achieved for 10 wt.% of both sugar cane wastes, reaching about 13.2 MPa for 10% SCBA and for 10% SCSA about 12 MPa. On the other hand, sand was used as fine aggregate replacing 15% to 59% of the cement paste, in PC mixtures with design porosities set at 25%, 30% and 35%. The results demonstrated that up to 38% of sand can be incorporated by replacing cement paste, without causing a reduction in hydraulic and mechanical properties and without significantly altering the porosity compared to control mixtures (100% Portland cement). This could represent savings of about 100 kg/m³ of cement compared with ordinary PC reported in the literature. Furthermore, life-cycle assessment demonstrated a reduction in environmental impact when sand replaced paste volume by up to about 38% while economic cost analysis predicted that cost savings in materials could be around 10-25%. Finally, the multi-criteria performance evaluation demonstrated that ideal paste volume replacement could be influencied by the size of coarse aggregate. Therefore, the well-planned partial replacement of Portland cement or cement paste could represent more functional, efficient and sustainable pervious concretes.O concreto permeável (PC) é um material com macroporos interligados (aprox. 15-35% de porosidade) que permite o escoamento da água pela sua estrutura, geralmente utilizado em pavimentos permeáveis. É elaborado com agregados graúdos unidos por pasta cimentícia e geralmente com pouca ou nenhuma incorporação de agregado miúdo, o que garante porosidade interconectada. Devido à ausência de finos e à elevada porosidade, este material pode necessitar de maior quantidade de cimento e atingir desempenhos mecânicos inferiores aos do concreto convencional. Considerando as questões ambientais e de custos associadas à produção de cimento Portland, este trabalho focou na utilização de materiais cimentícios suplementares e agregados finos em substituição ao cimento Portland em concretos permeáveis. Cinza de bagaço de cana-de-açúcar (SCBA) e cinza de palha de cana-de-açúcar (SCSA) foram incorporadas substituindo 10 a 25% em peso de cimento Portland em misturas de PC com relação agregado/ligante de 3,5 a 5,0. Os resultados demonstraram que em misturas com menor quantidade de cimento (ex. agregado/ligante 5.0), a resistência à compressão foi melhorada quando comparada com a respectiva amostra controle. Além disso, a maior resistência à compressão foi alcançada para 10% em ambos os resíduos de cana-de-açúcar, atingindo cerca de 13,2 MPa para 10% SCBA e para 10% SCSA cerca de 12 MPa. Já a areia foi utilizada como agregado fino em substituição de 15% a 59% da pasta de cimento, em misturas de PC com porosidades de projeto fixadas em 25%, 30% e 35%. Os resultados demonstraram que até 38% de areia pode ser incorporada em substituição à pasta de cimento, sem causar redução nas propriedades hidráulicas e mecânicas e sem alterar significativamente a porosidade em comparação às misturas controle (100% cimento Portland). Isto poderia representar uma economia de cerca de 100 kg/m³ de cimento em comparação com o PC comum relatado na literatura. Além disso, uma avaliação do ciclo de vida demonstrou uma redução no impacto ambiental quando a areia substituiu volume de pasta em até 38%, enquanto a análise de custos econômicos previu que a redução de custos em materiais poderia ser de cerca de 10-25%. Finalmente, a avaliação de desempenho multicritério demonstrou que a substituição ideal do volume de pasta pode ser influenciada pelo tamanho do agregado graúdo. Portanto, a substituição parcial bem planejada do cimento Portland ou da pasta de cimento podem proporcionar concretos permeáveis mais funcionais, eficientes e sustentáveis.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: 00
Valorização da cinza de folha de bambu em biocompósitos para fibrocimentos e impressão 3D
No full textThe study aimed to bridge technological advancement with sustainability by evaluating the feasibility of using bamboo leaf ash (BLA) as a partial substitute for Portland cement and a source of silica for the production of the alkali activator in alkali-activated materials (AAM). Moreover, seeking to integrate the utilization of agricultural waste into the construction sector, the research investigates the viability of incorporating BLA into practical applications such as fiber cement intended for industrial purposes and 3D printing. The incorporation of PP fibers and BLA resulted in increased water demand, leading to elevated porosity and interconnected pores with rising water content. However, for formulations without accelerated aging, the mix design with 10% replacement showed improved mechanical behavior in terms of modulus of rupture (MOR - 10.2%) and limit of proportionality (LOP - 4.5%) compared to a formulation without BLA. For composites subjected to accelerated aging, the CPP1-BLA10 formulation demonstrated superior mechanical properties. It showed enhancements in LOP, Modulus of Elasticity (MOE), MOR, and Specific Energy (SE) compared to CPP1 by 8.6%, 24.5%, 16.0%, and 33%, respectively. The optimal oven time for activator production using BLA was 16 hours at 40 °C. Isothermal calorimetry tests showed changes in curves with increasing BLA content, including an extension of the dormant period and a shift in the second peak. Despite BLA causing a deceleration of reactions, AAM with BLA achieved higher final cumulative heat values than NH (206 J/g). NH-BLA0.7, NH-BLA1.0, and NH-BLA1.3 formulations obtained values of 224 J/g, 244 J/g, and 235 J/g, respectively. The curing treatment significantly influenced flexural strength, with the W treatment (immersed in water) yielding the highest strength of 6.58 MPa. Increasing the SiO2/Na2O ratio led to a significant mechanical improvement in compressive strength. There was an increase of 72.15% (NH-BLA1.3) in comparison with the formulation without BLA. The NH-BLA1.3 formulation maintained flowability for 100 minutes compared to 5 minutes for NH. While NH-BLA1.0 showed suitable extrudability, adjustments are needed for better buildability. Mechanical testing revealed minor differences across loading directions. Therefore, the 3D-printed AAM demonstrated low anisotropy and satisfactory strength values when BLA was used as a silica source for activators, suggesting its potential as an alternative to commercial activators despite its simple production process. The utilization of sustainable materials, particularly those derived from agro-industry, is crucial for civil development. Despite facing challenges, these materials hold significant promise due to their local availability and large-scale production. This study explored the potential applications of agro-waste derived BLA, demonstrating its effectiveness as a partial replacement for OPC and as a silica source for alkaline activator production. The results showcased notable performance improvements, underscoring the substantial potential of using agricultural wastes in civil construction.O estudo teve como objetivo unir avanço tecnológico com sustentabilidade ao avaliar a viabilidade de utilizar cinza de folha de bambu (CFB) como substituição parcial do cimento Portland (CP) e como fonte de sílica para a produção do ativador alcalino em materiais ativados alcalinamente (MAA). Além disso, buscando integrar o uso de resíduos agrícolas no setor da construção, a pesquisa investiga a viabilidade de incorporar a CFB em aplicações práticas, como fibrocimentos destinados a fins industriais e a impressão 3D. A incorporação de fibras PP e CFB resultou em aumento na demanda dágua, levando a uma maior porosidade e poros interconectados conforme o aumento do teor de água. No entanto, para formulações sem envelhecimento acelerado, as dosagens com substituição de 10% apresentaram uma melhora no comportamento mecânico em relação ao módulo de ruptura (MOR - 10,2%) e limite de proporcionalidade (LOP - 4,5%) em comparação com uma formulação sem CFB. Para os compósitos submetidos a envelhecimento acelerado, a formulação CPP1-BLA10 demonstrou propriedades mecânicas superiores. Houve melhorias em relação ao LOP, módulo de elasticidade (MOE), MOR e energia específica (EE) em comparação com CPP1 em 8,6%, 24,5%, 16,0% e 33%, respectivamente. O tempo ideal de forno para a produção do ativador usando CFB foi de 16 horas a 40 °C. Os testes de calorimetria isotérmica mostraram mudanças nas curvas com o aumento do teor de CFB, incluindo uma extensão do período de dormência e um deslocamento do segundo pico. Apesar da CFB causar uma desaceleração das reações, os MAAs com CFB alcançaram valores finais de calor acumulado mais altos do que NH (206 J/g). As formulações NH-BLA0.7, NH-BLA1.0 e NH-BLA1.3 obtiveram valores de 224 J/g, 244 J/g e 235 J/g, respectivamente. O tratamento de cura influenciou significativamente a resistência à flexão, com o tratamento W (imersão em água) apresentando a maior resistência (6,58 MPa). O aumento da relação SiO2/Na2O levou a uma melhoria mecânica significativa na resistência à compressão. Houve um aumento de 72,15% (NH-BLA1.3) em relação a formulação sem BLA. A formulação NH-BLA1.3 manteve a fluidez por 100 minutos em comparação com 5 minutos para NH. Embora NH-BLA1.0 tenha mostrado extrudabilidade adequada, são necessários ajustes para melhorar a capacidade construtiva. Testes mecânicos revelaram diferenças mínimas entre direções de carregamento. Dessa forma, o MAA impresso demonstrou baixa anisotropia e valores satisfatórios de resistência quando a CFB foi usada como fonte de sílica para ativadores, sugerindo seu potencial como alternativa aos ativadores comerciais apesar de seu processo de produção simples. A utilização de materiais sustentáveis, especialmente aqueles derivados da agroindústria, é crucial para o desenvolvimento civil. Apesar dos desafios enfrentados, esses materiais têm um grande potencial devido à sua disponibilidade local e produção em larga escala. Este estudo explorou as aplicações potenciais de um derivado de resíduos agrícolas, a CFB, demonstrando seu potencial como substituição parcial de CP e como fonte de sílica para a produção de ativadores alcalinos. Os resultados destacaram melhorias significativas de desempenho, destacando o grande potencial do uso de resíduos agrícolas na construção civil
Biomass ashes characterization and application potential as pozolan material or alkaline activator
No full textO concreto é o material artificial mais utilizado no mundo (10 Gt/ano). Nos primeiros onze meses de 2021, o consumo mundial de cimento aumentou 3,6% em relação a 2020. Estima-se que a fabricação do cimento é responsável por 8% das emissões antropogênicas globais de CO2, consome 85 kWh de energia elétrica e 3,1 GJ de energia térmica por tonelada de cimento. Quase 30% da emissão de CO2 já foi reduzida nos últimos 25 anos por meio da adoção de fornos mais eficientes, e, portanto, existe pouca margem para melhorias adicionais. Visando o desenvolvimento sustentável a indústria cimenteira pode utilizar material pozolânico para fabricação de cimentos com menores proporções de clínquer e, consequentemente, reduzir o consumo de energia e emissões de CO2. Paralelo a isso, existe a possibilidade da utilização de um aglomerante alternativo que não utiliza o cimento Portland, denominado aglomerante ativado alcalinamente (AAA). Estudos feitos com resíduos agroindustriais (cinzas de biomassa) têm apresentado resultados satisfatórios e são amplamente disponíveis já que grandes quantidades de resíduos são geradas. Nesse contexto, esta pesquisa propõe estudar algumas cinzas de biomassa, e seus potenciais pozolânicos e alcalinos. Para tal, resíduos da agroindústria (palha de milho, casca de soja, casca de café, casca de laranja, casca de banana, folha de bananeira e folha de bambu) foram calcinados a 600 °C durante 1 hora em mufla, foram moídos e peneirados na peneira 0,75 mm e denominadas cinzas teste. Então, as cinzas teste e as cinzas parâmetro (cinza da casca de arroz e cinza do bagaço de cana) foram caracterizadas por meio da Espectrometria de Fluorescência de Raios X (FRX) e Difração de Raios X (DRX). Após a caracterização das cinzas, objetivando analisar a reatividade pozolânica e o potencial alcalino, foram preparadas suspensões com seis diferentes proporções de cal/cinza (2,0:8,0; 2,5:7,5; 3,0:7,0; 3,5:6,5: 4,0:6,0 e 4,5:5,5), e estas foram monitoradas através de medidas de condutividade elétrica e pH a 60 ºC, durante 7 dias consecutivos. Com isto, observou-se uma redução nos valores de pH e condutividade elétrica, no caso das cinzas com propriedades pozolânicas, e um aumento, no caso das cinzas com potencial alcalino. A cinza da folha de bambu apresentou comportamento pozolânico. A cinza da casca de café e de banana foram capazes de atuar como ativador alcalino em argamassas, proporcionando resistência média à compressão comparável às obtidas com as argamassas ativadas com reagentes químicos comerciais. A cinza da casca de café proporcionou 34,27 MPa de resistência à compressão, isso corresponde ao aumento de 181,96% quando comparada à resistência atingida pela argamassa padrão sem ativador e 8,53% comparada à argamassa ativada com hidróxido de sódio. Já a cinza da casca de banana, gerou 47,61 MPa de resistência à compressão, que significa um aumento de 16,31% em relação a argamassa padrão ativada com hidróxido de potássio, 50,80% em relação a argamassa ativada com hidróxido de sódio e 291,76% comparada a argamassa controle sem ativador alcalino. A análise de pH e condutividade elétrica das cinzas da casca de café e da casca de banana demonstrou que a liberação de álcalis foi quase instantânea, indicando que os álcalis ficam disponíveis imediatamente para que a cinza atue como ativador alcalino. Sendo assim, foi concluído que a cinza da folha de bambu é uma cinza pozolânica e as cinzas da casca de café e da casca de banana são cinzas que podem ser utilizadas como ativador alcalino alternativo na elaboração de argamassas e concreto.Concrete is the most used artificial material globally (10 Gt/year). In the first eleven months of 2021, world cement consumption increased by 3.6% compared to 2020. It is estimated that cement manufacturing is responsible for 8% of global anthropogenic CO2 emissions, consumes 85 kWh of electricity, and 3 .1 GJ of thermal energy per ton of cement. Almost 30% of CO2 emissions have already been reduced in the last 25 years through the adoption of more efficient ovens, and therefore there is little scope for further improvement. Aiming at sustainable development, the cement industry can use pozzolanic material to manufacture cement with lower proportions of clinker and, consequently, reduce energy consumption and CO2 emissions. At the same time, there is the possibility of using an alternative binder that does not use Portland cement, called alkaline activated binder (AAA). Studies carried out with agro-industrial residues (biomass ash) have shown satisfactory results and are widely available since large amounts of residues are generated. In this context, this research proposes to study some biomass ashes and their pozzolanic and alkaline potentials. For this purpose, agro-industry residues (corn husk, soybean hulls, coffee husks, orange peels, banana peels, banana leaves, and bamboo leaves) were calcined at 600 °C for 1 hour in a muffle furnace, ground, and sieved in a 0.75 mm sieve and called test ash. Then, the test ash and the parameter ash (rice husk ash and sugarcane bagasse ash) were characterized using X-Ray Fluorescence Spectrometry (FRX) and X-Ray Diffraction (XRD). After the ashes characterization, aiming to analyze the pozzolanic reactivity and the alkaline potential, suspensions were prepared with six different proportions of lime/ash (2.0:8.0; 2.5:7.5; 3.0:7, 0; 3.5:6.5: 4.0:6.0 and 4.5:5.5), and these were monitored through measurements of electrical conductivity and pH at 60 ºC, for 7 consecutive days. It was observed a reduction in the values of pH and electrical conductivity, in the case of ashes with pozzolanic properties, and an increase, in the case of ashes with alkaline potential. Bamboo leaf ash showed pozzolanic behavior. Coffee and banana peel ashes were able to act as an alkaline activator in mortars, providing average compressive strength comparable to those obtained with mortars activated with commercial chemical reagents. The coffee husk ash provided 34.27 MPa of compressive strength, which corresponds to an increase of 181.96% when compared to the strength achieved by the standard mortar without an activator and 8.53% compared to the mortar activated with sodium hydroxide. The banana peel ash generated 47.61 MPa of compressive strength, which means an increase of 16.31% in relation to standard mortar activated with potassium hydroxide, 50.80% in relation to mortar activated with sodium hydroxide, and 291.76% compared to control mortar without an alkaline activator. The analysis of pH and electrical conductivity of ashes from coffee husk and banana peel showed that the release of alkali was almost instantaneous, indicating that the alkali is immediately available for the ash to act as an alkaline activator. Therefore, it was concluded that the bamboo leaf ash is a pozzolanic ash and the coffee husk ash and the banana peel ash can be used as alternative alkaline activators in the preparation of mortars and concrete.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: 88887.465196/2019-0
Cinza de casca de arroz altamente reativa: método de produção, caracterização físico-química e comportamento em matrizes de cimento Portland
No full textO presente trabalho apresenta um método de produção de cinza de casca de arroz (CCA) altamente reativa e de coloração clara, bem como o seu comportamento em matrizes de cimento Portland com o intuito de avaliar a atividade pozolânica da CCA. O trabalho está dividido em quatro etapas, a saber: construção de um forno e produção da cinza de casca de arroz, caracterização físico-química da CCA, verificação da atividade pozolânica do material através de métodos instrumentais e, finalmente, ensaios mecânicos em argamassas de cimento Portland. O forno utilizado para a produção da cinza de casca de arroz não apresenta controle de temperatura e, o tempo de queima é bastante longo, aproximadamente 36 horas. Neste método obtém-se cerca de 1,5Kg de cinza por processo de queima. A cinza obtida apresenta uma coloração clara e o seu caráter amorfo foi determinado através de diferentes métodos: difração de Raio-X, determinação do teor de sílica amorfa, análise termogravimétrica, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e ensaios mecânicos em argamassas de cimento Portland. O programa experimental também abrange estudos de variação da finura da CCA e estudos com diferentes porcentagens, em substituição ao cimento Portland. Os resultados obtidos foram comparados...This research show a method of production white amorphous Rice Husk Ash (RHA), therefore, the behaviour of RHA in Portland cement matrix to evaluate the pozzolanic activity of this material. The research can be shared in four steps, to know: construction of an oven and production of rice husk ash, physical-chemical analysis of the rice husk ash, evaluation of pozzolanic activity of the pozzolan though instrumental analysis and, finally, mechanical properties of Portland cement mortars. The oven used for production of rice husk ash didn't have a control of temperature and, the time of burning is so longer, approximately 36 hours. In this method is obtained for about 1,5Kg of ash. The obtained ash has white colour and its amorphous phase were determined though different methods: X-ray diffractometry, determination of amorphous silica, Termogravimetric Analysis (TA), scanning electron microscopy (SEM) and mechanical properties of Portland cement mortars. Besides that, the experimental procedure involves studies on fineness variation of rice husk ash and different degrees of Portland cement substitution. The obtained results were compared with silica fume, because this is the most similar pozzolanic material with rice husk ash. The RHA produced under this method can be used... (Complete abstract click electronic access below)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP
New pozzolanic binder from calcined clay and bamboo leaf
No full textA cinza da folha de bambu e argila calcinada (CFBA), surge como um aglomerante pozolânico, com finalidade de possibilidade de substituir parcialmente em até 50% em massa o cimento Portland em matrizes cimentícias. Foi desenvolvido a partir da folha de bambu e argila, que haviam já sido caracterizados em estudos anteriores com alto teor de reatividade pozolânica. A combinação destes dois materiais proporcionou vantagens satisfatórias, pois, além da fusão de duas fontes pozolânicas, a folha de bambu serviu de combustível no processo de calcinação de ambos materiais, com temperatura máxima de 713 ºC. Neste estudo foram produzidas argamassas com níveis de substituição de 0%, 10%, 20%, 30%, 40% e 50% do cimento Portland pela cinza da folha de bambu e argila calcinada, com o propósito de avaliar o índice de consistência, índice de desempenho, resistência mecânica, absorção de água por imersão, capilaridade, massas específicas e resistência ao fogo. Foram de igual modo produzidas pastas de Cimento/CFBA nas proporções de 0%, 20% e 40% para determinar a microestrutura dos produtos hidratados por meio de análise de Microscopia Eletrônica de Varredura, bem como foi coletada certa quantidade de CFBA para análise de DRX para determinar a estrutura amorfa do material. Assim, com base nos resultados obtidos, a inserção da cinza da folha de bambu e argila calcinada em matrizes cimentícias, mostraram ser uma boa alternativa para substituir o cimento Portland e mitigar os impactos causados pela produção do cimento.Ash from bamboo leaf and calcined clay (CFBA), appears as a pozzolanic binder, with the purpose of partially replacing Portland cement in cementitious matrices by up 50% by mass. It was developed from bamboo and clay leaves, which had already been characterized in previous studies with a high content of pozzolanic reactivity. The combination of these two materials provided satisfactory advantages, because, in addition to the fusion of two pozzolanic sources, the bamboo leaf serval as fuel in the calcination process of both materials, with a maximum temperature of 713 ºC. In this study, mortars were produced with substitution levels of 0%, 10%, 20%, 30, 40% and 50% of Portland cement by ash from the bamboo leaf and calcined clay, with the purpose of evaluating the consistency index, performance index, mechanical resistance, water absorption by immersion, capillarity, specific dry mass and fire resistance. Cement/CFBA pastes were also produced in the proportions of 0%, 20% and 40% to determine the microstructure of hydrated products by scanning electron microscopy analysis. And XRD analysis to CFBA to determine the amorphous structure of the material. Thus, based on the results obtained, the insertion of ash from the bamboo leaf and calcined clay in cementitious matrices, proved to be a good alternative to replace Portland cement and mitigate the impacts caused by cement production
Use of ceramic waste from pottery for lateritic soil stabilization
No full textO modo como são dispostos os resíduos gerados pela indústria, pela agropecuária e pela sociedade gera uma preocupação crescente. Muitas pesquisas têm sido desenvolvidas com a finalidade de diminuir o impacto que estes causam a sociedade e ao meio ambiente. Diversos resíduos têm sido estudados como materiais cimentícios suplementares para substituição de parte da quantidade de cimento, contribuindo para a redução de áreas de aterro e também na diminuição da emissão de CO2 associada à produção de cimento Portland, que é responsável por cerca de 5% a 8% da emissão global de CO2. Um destes resíduos industriais é a cerâmica vermelha, proveniente do descarte de olarias. O objetivo geral dessa pesquisa é estudar a aplicação de resíduo cerâmico proveniente de olarias em misturas de solo-cimento para estabilização de um solo laterítico, avaliando a resistência à compressão, o efeito de expansão e contração, o potencial hidrogeniônico, a condutividade elétrica, a microestrutura e a proporção ideal de mistura (solo + resíduo cerâmico + cimento Portland). Os resultados mostram ganho de resistência e menor contração/expansão para as misturas com cimento, em relação ao solo puro. E que mesmo com a substituição de parte do cimento por resíduo cerâmico, a resistência praticamente não se altera, devido a reação pozolânica existente entre a cerâmica e o hidróxido de cálcio, o que é confirmado nos ensaios de pH e condutividade elétrica e por imagens obtidas por meio de microscopia eletrônica de varredura.The waste generated by industry, agriculture and society is a growing concern. Much research has been carried out to reduce the impact on society and the environment. Several residues have been studied as supplementary cementitious materials to replace part of the amount of cement, contributing to the reduction of landfill areas and also to the reduction of CO2 emissions associated with the production of Portland cement, which accounts for about 5% of 8% of global CO2 emissions. One of these industrial wastes is red ceramics from the disposal of potteries. The general objective of this research is to study the application of different percentages of the mixture of ceramic residue with Portland cement in the stabilization of a lateritic soil, evaluating the compressive strength, expansion and contraction effect, permeability, hydrogenation potential, electrical conductivity, the microstructure and the ideal mixing ratio (soil + ceramic residue + Portland cement). The results show increased strength and lower contraction / expansion for cement additions, relative to pure soil. And even with the replacement of part of the cement by ceramic waste, the strenght is practically unchanged due to the pozzolanic reaction between the ceramic and the calcium hydroxide, which is confirmed in the pH and electrical conductivity tests and the images of scanning electron microscopy.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: Código de Financiamento 164813
Cinza de casca de arroz altamente reativa: método de produção, caracterização físico-química e comportamento em matrizes de cimento Portland
No full textO presente trabalho apresenta um método de produção de cinza de casca de arroz (CCA) altamente reativa e de coloração clara, bem como o seu comportamento em matrizes de cimento Portland com o intuito de avaliar a atividade pozolânica da CCA. O trabalho está dividido em quatro etapas, a saber: construção de um forno e produção da cinza de casca de arroz, caracterização físico-química da CCA, verificação da atividade pozolânica do material através de métodos instrumentais e, finalmente, ensaios mecânicos em argamassas de cimento Portland. O forno utilizado para a produção da cinza de casca de arroz não apresenta controle de temperatura e, o tempo de queima é bastante longo, aproximadamente 36 horas. Neste método obtém-se cerca de 1,5Kg de cinza por processo de queima. A cinza obtida apresenta uma coloração clara e o seu caráter amorfo foi determinado através de diferentes métodos: difração de Raio-X, determinação do teor de sílica amorfa, análise termogravimétrica, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e ensaios mecânicos em argamassas de cimento Portland. O programa experimental também abrange estudos de variação da finura da CCA e estudos com diferentes porcentagens, em substituição ao cimento Portland. Os resultados obtidos foram comparados...This research show a method of production white amorphous Rice Husk Ash (RHA), therefore, the behaviour of RHA in Portland cement matrix to evaluate the pozzolanic activity of this material. The research can be shared in four steps, to know: construction of an oven and production of rice husk ash, physical-chemical analysis of the rice husk ash, evaluation of pozzolanic activity of the pozzolan though instrumental analysis and, finally, mechanical properties of Portland cement mortars. The oven used for production of rice husk ash didn't have a control of temperature and, the time of burning is so longer, approximately 36 hours. In this method is obtained for about 1,5Kg of ash. The obtained ash has white colour and its amorphous phase were determined though different methods: X-ray diffractometry, determination of amorphous silica, Termogravimetric Analysis (TA), scanning electron microscopy (SEM) and mechanical properties of Portland cement mortars. Besides that, the experimental procedure involves studies on fineness variation of rice husk ash and different degrees of Portland cement substitution. The obtained results were compared with silica fume, because this is the most similar pozzolanic material with rice husk ash. The RHA produced under this method can be used... (Complete abstract click electronic access below)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Universidade Politecnica de Valencia- Espanh
Assessment of the sugar cane bagasse ash use in the production of alkali-activated binders
No full textNos últimos anos, tem havido um crescente interesse em substituir parcialmente ou totalmente o uso do cimento Portland por materiais com baixo impacto ambiental; logo o estudo de aglomerantes ativados alcalinamente obtidos a partir da mistura de um precursor sólido, rico em aluminossilicato, e uma solução alcalina de alta concentração, tem se mostrado uma alternativa viável, uma vez que o consumo de energia e a emissão de CO2 durante a produção dessas matrizes são reduzidas, e ainda, ocorre a possibilidade de inserção de subprodutos agroindustriais, na matriz desses aglomerantes. Assim a presente tese apresenta um estudo de viabilidade do uso da cinza do bagaço de cana-de-açúcar (CBC), subproduto da indústria sucroalcooleira, na produção de aglomerantes ativados alcalinamente. A CBC foi obtida a partir da queima não controlada do bagaço de cana-de-açúcar e apresentou uma composição química predominantemente constituída de dióxido de silício. A cinza foi submetida a ensaios de caracterização física e química, de modo a avaliar a viabilidade do uso da cinza na produção de matrizes ativadas. Os ensaios de caracterização e de reatividade indicaram que a cinza apresenta grande parte da sua sílica no estado cristalino, além de apresentar baixa solubilidade e reatividade pozolânica. Porém, os ensaios térmicos e mecânicos das argamassas e pastas produzidas com a CBC, demostraram que, a CBC apresenta boa reatividade para períodos de cura prolongados, possibilitando o seu uso em matrizes de cimento Portland e matrizes ativadas. Nos estudos das matrizes ativadas, foramanalisados dois tipos de sistemas: no primeiro sistema, a CBC foi utilizada como precursor sólido em sistemas binários com a escória de alto forno e foi avaliado o comportamento microestrutural das matrizes a partir de ensaios de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e estudos mecânicos das matrizes ativadas com soluções de NaOH variando a concentração de 2 a 10M. Posteriormente, a CBC foi aplicada como fonte de silicato solúvel na produção da solução ativadora de NaOH, com concentração de 4M e 8M, e relação SiO2/Na2O igual a 0,5. Logo, o uso da CBC como fonte alternativa para a produção de novos aglomerantes contribui favoravelmente para a sustentabilidade ambiental, além de proporcionar a valorização do resíduo.In recent years, there has been a growing interest in partially or totally replacing the use of Portland cement with materials with low environmental impact; Therefore, the study of alkaline activated binders obtained from the mixture of an aluminosilicate rich solid precursor and a high concentration alkaline solution, proved to be a viable alternative since energy consumption and CO2 emission during production of these matrices are reduced, and also, there is the possibility of insertion of agroindustrial byproducts in the matrix of these binders. Thus, this thesis presents a viability study of the sugarcane bagasse ash (SCBA) use, a by-product of the sugar and alcohol industry, in the production of alkaline activated binders. The SCBA was obtained from the uncontrolled calcination of the sugarcane bagasse and presented a chemical composition predominantly constituted of silicon dioxide. The ash was physically and chemically characterized, in order to assess the viability of the ash use in the production of activated matrices. Characterization and reactivity analysis indicated that ash presents a great part of its silica in the crystalline state, low solubility and pozzolanic reactivity. However, the thermal and mechanical analysis of mortars and pastes produced with SCBA showed that ash presented good reactivity for long curing periods, allowing its use in Portland cement matrices and activated matrices. Two types of systems were analyzed in the activated matrices studies: in the first system, the SCBA was used as a solid precursor in binary systems with the blast furnace slag, the microstructural behavior of the matrices was assessed by means of Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM) and mechanical studies of the matrices activated with NaOH solutions varying the concentration from 2 to 10M. Subsequently, SCBA was applied as a source of soluble silicate in the production of the NaOH activator solution, with concentrations of 4M and 8M, and a SiO2 / Na2O ratio of 0,5. Thus, the use of SCBA as an alternative source for the production of new binders contributes favorably to the environmental sustainability, besides valorization of the residue
Caracterização e utilização do resíduo de cerâmica vermelha como material pozolânico em matrizes cimentantes
No full textRecent researches has shown that Red Ceramic Waste (RCW) has characteristics that may be interesting in the production of cementitious materials. The objective, of this study is to evaluate the pozzolanic activity of the red ceramic waste finely ground in the production of Portland cement. Were performed initial testing to determine the optimal time for grinding of the RCW. Then, there was the chemical and physical characterization of the waste, by tests of microanalysis, X-ray diffractometry, thermogravimetric analysis, loss on fire and scanning electron microscopy. Finally, were carried out for compressive strength tests in different compositions of mortar, varying the substitution waste content of the Portland cement. Through these tests, one can said that the RCW has pozzolanic activity, because it has in its chemical composition of silica and alumina, and even presenting big part of its elements in crystalline state, was observed by thermogravimetric analysis that the RCW consumes calcium hydroxide confirming its pozzolanic activity, making future can be introduced in the composition of blended cementsPesquisas recentes têm demonstrado que o resíduo de cerâmica vermelha possui características que podem ser interessantes na confecção de materiais cimentícios. Objetiva-se, neste trabalho, avaliar a atividade pozolânica do Resíduo de Cerâmica Vermelha (RCV) finamente moído na produção de cimento Portland. Foram realizados ensaios iniciais para se determinar o tempo ideal de moagem do RCV. Em seguida, realizou-se a caracterização química e física do resíduo, pelos ensaios de microanálise (EDS), difração de Raio - X, análise termogravimétrica (TGA e DTA), perda ao fogo e microscopia eletrônica de varredura. Por fim, foram realizados ensaios de resistência à compressão em diferentes composições de argamassa, variando-se o teor de substituição do resíduo pelo cimento Portland. Através desses ensaios pode-se dizer que o RCV possui atividade pozolânica, pois possui em sua composição química sílica e alumina, e mesmo apresentando grande parte de seus elementos em estado cristalino, observou-se através da análise termogravimétrica que o RCV consome hidróxido de cálcio confirmando a sua atividade pozolânica, fazendo com que futuramente possa ser introduzido na composição dos cimentos composto
Dam safety in Brazil: a brief comparison with international legislation and analysis of the influence of PPAs soil cover on floods (case study of Pedra Furada hydroelectric power plant, Ribeirão - PE)
No full textO Brasil, frente aos acidentes ocorridos em Mariana – MG (2015) e em Brumadinho – MG (2019), tem vivenciado inúmeras discussões no que tange à assuntos regulatórios e à confiabilidade das barragens construídas no país. Neste trabalho, inicialmente, fez-se um breve comparativo entre a legislação brasileira e alguns normativos internacionais (China, Portugal, Estados Unidos e África do Sul) sobre segurança de barragens, observando-se a existência de diferentes aspectos abordados entre eles. A Política Nacional de Segurança de Barragens se demonstrou uma das regulamentações menos rígidas entre as analisadas quanto a pré-requisitos técnicos para sua aplicação, deixando grande parte das barragens de pequeno porte dispensadas do cumprimento de algumas obrigações. Além disto, a legislação federal brasileira foi implementada há menos de uma década, o que implica, atualmente, em uma dificuldade muito grande do empreendedor, dos órgãos fiscalizadores e do governo federal a se adaptarem a possuir esta cultura de segurança de barragens. Diante da interface destas construções com o meio ambiente, faz-se necessário um monitoramento constante das estruturas por uma equipe multidisciplinar e um programa de segurança consistente que vise garantir a integridade do meio ambiente nas áreas de influência das barragens, bem como resguardar o bem-estar e a vida da população situada a jusante. O uso de funções matemáticas e softwares para o mapeamento das áreas sujeitas aos riscos impostos pelas barragens é um avanço grandioso no aspecto de segurança destas estruturas. Neste contexto, o presente estudo teve por objetivo prático principal analisar a influência da cobertura do solo das áreas de preservação permanente (APPs) a jusante da barragem da PCH Pedra Furada, localizada no município de Ribeirão no estado de Pernambuco, sobre características de manchas de inundação referentes a vazões hipotéticas para tempos de retorno de 10 e 10.000 anos, defluentes deste empreendimento. Foram utilizados dados de levantamento de campo como ortofotos e topografia (obtidas por VANT) assim como informações batimétricas cedidos pela empresa proprietária do empreendimento e, também, dados hidrológicos da Agência Nacional de Águas. Por meio da simulação do modelo hidrodinâmico bidimensional HEC-RAS 5.0.7, em regime transiente, variou-se os coeficientes de rugosidade (Manning) das faixas marginais ao rio Sirinhaém, fazendo-se análises em seções distantes 5, 15 e 25 km do barramento. Os resultados demonstraram que para um aumento de oito vezes da rugosidade da APP, reduziu-se o tempo de chegada de onda em 2h50 min para o cenário de TR=10 anos e em 2h10min para o cenário de TR=10.000 anos na seção distante 25 km da barragem. Já para a seção mais próxima ao barramento, este aumento de rugosidade levou ao acréscimo de profundidades da água de, cerca de, 2 metros dentro da calha fluvial, para ambos cenários de vazão. Assim, conclui-se que APPs vegetadas representam menor intensidade sobre planícies de inundações mais próximas do barramento, enquanto que, para as planícies mais distantes, representam uma janela de tempo maior para a implementação de ações contingenciais, caracterizando-se, assim, como uma boa contribuição para o rol de elementos de segurança de barragens.Brazil, faced with the accidents that occurred in Mariana - MG (2015) and in Brumadinho - MG (2019), has experienced numerous discussions regarding regulatory issues and the reliability of the dams built in the country. In this work, it was made a brief comparison between Brazilian legislation and some international regulations (China, Portugal, United States and South Africa) on dam safety, observing the existence of different aspects addressed among them. The National Dams Safety Policy demonstrated one of the less rigid regulations among those analyzed regarding technical prerequisites for their application, leaving most of the small dams exempted from compliance with certain obligations. In addition, Brazilian federal legislation was implemented less than a decade ago, which currently implies a great difficulty for the entrepreneur, the inspection agencies and the federal government to adapt to having this dam safety culture. In view of the interface of these constructions with the environment, it is necessary a constant monitoring of the structures by a multidisciplinary team and a consistent safety program that aims to guarantee the integrity of the environment in the areas of influence of the dams, as well as to protect the well-being and the life of the downstream population. The use of mathematical functions and softwares for the mapping of the areas subject to the risks imposed by the dams is a great advance in the safety aspect of these structures. In this context, the main objective of the present study was to analyze the influence of the soil cover of the permanent preservation areas (PPAs) downstream of the Pedra Furada Hydroelectric Power Plant, located in the city of Ribeirão in the state of Pernambuco, hypothesis flow rates for return times of 10 and 10,000 years, defluents of this dam. Field survey data such as orthophotos and topography (obtained by drone) were used as well as bathymetric information provided by the company that owns the project and hydrological data from the National Water Agency. By means of the simulation of the two-dimensional hydrodynamic model HEC-RAS 5.0.7, in the transient regime, the roughness coefficients (Manning) of the marginal banks of the Sirinhaém river were varied, being analyzed in sections distant 5, 15 and 25 km of the dam. The results showed that for an eight-fold increase in PPA roughness the wave arrival time was reduced in 2h50 min for the 10-year scenario and at 2h10min for the 10,000- year scenario in the 25 km distant section of the dam. As for the section closest to the dam, this increase of roughness led to the addition of water depths of about 2 meters inside the rain gutter, for both flow scenarios. Thus, we conclude that vegetated PPAs represent a lower intensity on flood plains closer to the dam, whereas for the more distant plains, they represent a larger window of time for the implementation of contingency actions, is thus a good contribution to the role of dam safety elements
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