A quantidade de resíduos gerados em diversos segmentos industriais vem aumentando com o passar dos anos. Temas como a disposição final de resíduos e os riscos de poluição de sistemas biológicos onde esses são depositados, denotam-se como grandes problemáticas envolvidas nos avanços destes segmentos. Dentre as técnicas mais utilizadas de disposição final de resíduos, o processo de Solidificação/Estabilização (S/E) em matriz de cimento é apresentado como uma tecnologia de destaque para imobilização de materiais residuais contendo metais pesados. Neste estudo, os cimentos Aluminosos Fondu e Secar (51) e cimento Portland (ARI) foram empregados como materiais aglutinantes objetivando a imobilização do dicromato de potássio, o qual apresenta como principal constituinte o Cr no estado hexavalente. As variações ocorridas durante a hidratação dos cimentos frente à adição de dicromato de potássio foram investigadas utilizando técnicas de monitoramento da temperatura de hidratação e determinação das principais fases consumidas e formadas. Para isto difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura e análises térmicas (diferenciais e termogravimétricas) foram utilizadas. Os resultados obtidos para esta etapa mostram que as adições de dicromato de potássio acarretaram em reduções no consumo das fases anidras, bem como, na formação das principais fases hidratadas para os três cimentos estudados, sendo a adição de 2,5% de cromo (VI) a responsável pelas maiores quedas. Para investigação da eficiência da retenção do cromo (total e hexavalente) e a avaliação da integridade estrutural dos produtos formados, técnicas de lixiviação e resistência mecânica foram empregadas. Como resultados, foram verificadas que as matrizes de cimento Aluminoso registraram os maiores valores de eficiência na retenção do cromo atingindo níveis superiores a 99%. Entretanto, o parâmetro resistência à compressão apresentou quedas de até 60% em relação às argamassas de referência com 0% de cromo. Já para o cimento Portland, a adição do sal de cromo não influenciou de maneira significativa nas resistências à compressão, entretanto a análise de retenção do metal indica a menor eficiência deste tipo de cimento, uma vez que as concentrações acima de 0,5% de cromo foram lixiviadas a níveis superiores ao estabelecidas pela norma. / The increasing amount of waste generated in several industries has been increasing over the years. Topics such as waste disposal and pollution risks of biological systems where these are deposited denote as main issues involved in advancing these sectors. Among the most widely used techniques of waste disposal process, Solidification / Stabilization (S / E) in the cement matrix are a prominent technology for immobilization of waste materials containing heavy metals. In this study, the aluminous cement (Fondu and Secar 51) and Portland cement (ARI) were used as binder materials aimed at immobilizing the potassium dichromate, which has as its main constituent Cr in the hexavalent state. The variations during hydration of cements before the addition of potassium dichromate were investigated using techniques of hydration heat monitoring and determination of the main phases formed and consumed. For this purpose, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and thermal gravimetric analysis and differential thermal analysis were used. The results show that for this step adding of potassium dichromate resulted in reductions in the consumption of anhydrous phases, as well as the formation of the main hydrated phases for the three cements studied, being the addition of 2.5% of chromium (VI) responsible for the biggest decay. To investigate the efficiency of retention of chromium (hexavalent and total) and the evaluation of the structural integrity of the products formed, leaching techniques and mechanical strength were used. As results, the aluminous cement matrices showed the highest values of efficiency in retaining chrome, achieving more than 99%. However, the compressive strength parameter showed declines of up to 60% compared to the references folders with 0% chromium. As for the Portland, adding the chromium salt did not have a significantly influence in the compressive strength, however, the metal retention analysis indicates the ineffectiveness of this type of cement, since the concentrations above 0.5% chromium were leached to levels above the established norm.

Nos últimos anos, uma atenção considerável tem sido dada para o desenvolvimento de cimentos especiais, capazes de reduzir as emissões de CO2 e de energia, bem como o consumo de calcário. Cimentos supersulfatados são compostos principalmente de escória de alto forno (80-90%), sulfato de cálcio (10-20%) e um ativador alcalino, tal como o cimento Portland (cerca de 5%) ou hidróxidos de metais alcalinos. Os cimentos supersulfatados (CSS) foram usados nos anos entre 1950- 1960 na Europa, especialmente para aplicações em concretos, mas o seu menor ganho de resistência em idades iniciais limitava a sua aplicação comercial. Mais tarde, mudança no processo de fabricação do ferro gerou implicou na geração de escórias que deixaram de apresentar o conteúdo mínimo de Al2O3 exigido para CSS, levando a sua utilização alternativa em misturas com cimento Portland (Cimento de alto forno). Recentemente, a norma para o cimento supersulfatado na Europa foi substituída pela norma EN 15743 (2010), no entanto, o mecanismo de hidratação bem como a sua composição ótima não são bem compreendidos. Nesta pesquisa, o efeito do tipo e teor de ativador alcalino (hidróxidos) e das proporções de escória e anidrita foi estudado. Os hidróxidos de cálcio e potássio foram estudados em teores de 0,2, 0,5 e 0,8% em formulações de CSS contendo entre 80 - 90% de escória de alto-forno e 10-20% de sulfato de cálcio (anidrita). Através de análise de resistência à compressão verificou-se que os teores de ativadores alcalinos apresentaram maior influência em comparação às proporções de anidrita e escória. Argamassas moldadas com KOH como ativador alcalino, com 0,2 e 0,5% apresentaram os maiores valores para resistência à compressão enquanto que as argamassas elaboradas com Ca(OH)2 apresentaram maior valor 0,8%. Todos os cimentos elaborados com utilização de 0,5% de KOH como ativador alcalino, e as proporções com 85% de escória e 15% de anidrita encontram-se dentro das exigências da EN 2010. Entretanto, nenhum dos cimentos elaborados com 0,8% de KOH atingiram o limite, apenas aqueles elaborados com 0,8% de Ca(OH)2. As medidas calorimétricas confirmaram que a utilização de KOH fornece maiores fluxos de calor e maior calor acumulado quando comparado com Ca(OH)2. Para ambos os ativadores, maiores teores aumentaram o fluxo de calor e o calor acumulado. As análises microestruturais (DRX, TG/DTG, MEV) comprovam que os principais produtos de hidratação dos cimentos supersulfatados são as fases de etringita, gipsita e C-S-H, e também que o teor de ativador alcalino influência na disposição de anidrita (sulfato de cálcio) na matriz sólida de cimento. A anidrita ue deveria ser consumida para formação de etringita, quando muito solúvel, propicia a maior formação da fase hidratada gipsita. / In recent years, considerable attention has been given to the development of special cements that can reduce CO2 emissions and energy and the consumption of limestone. Supersulfated cement are mainly composed of blast furnace slag (80- 90%), calcium sulfate (10-20%) and an alkaline activator such as Portland cement (around 5%) or alkali metal hydroxides. The supersulfated cements (SSC) were used in the years between 1950 to 1960 in Europe, especially for applications in concrete, but its lower gain strength at initial age limited their commercial application. Later changes in iron manufacturing processes generated slag which Al2O3 no longer met the requirement of minimum content required for SSC, leading to its alternative use mixtures of Portland cement (blast furnace cement). Recently, the standard for Europe supersulfated cement was replaced by EN 15743 (2010), however, the hydration mechanism and its optimum proportion are not well understood. In this study, the effects of the type and content of the alkali activator (hydroxides) and the content of slag and anhydrite were studied. The calcium and potassium hydroxide were studied in 0.2, 0.5 and 0.8% with SSC formulations containing 80 - 90% blast furnace slag and 10-20% sulfate calcium (anhydrite). Compressive strength tests showed that the content of alkaline activators influenced more than slag/anhydrite content. Mortars made with KOH with of 0.2 and 0.5% presented the highest compressive strength values; however, mortars made prepared with Ca(OH)2 presented the highest values with 0.8%. All cements prepared with 0.5% KOH as alkaline activator containing 85% of slag and 15% of anhydrite reached the EN 15743 requirements. The calorimetric measurements confirmed that the KOH provided higher heat flow rate and increased the total heat in relation to Ca(OH)2. The microstructural analysis (XRD, TG/DTG, SEM) confirmed ettringite, gypsum and C-S-H as main phases. The anhydrite should be consumed for the formation of ettringite, however when very soluble, provided a higher formation of gypsum phase.

A quantidade de resíduos gerados em diversos segmentos industriais vem aumentando com o passar dos anos. Temas como a disposição final de resíduos e os riscos de poluição de sistemas biológicos onde esses são depositados, denotam-se como grandes problemáticas envolvidas nos avanços destes segmentos. Dentre as técnicas mais utilizadas de disposição final de resíduos, o processo de Solidificação/Estabilização (S/E) em matriz de cimento é apresentado como uma tecnologia de destaque para imobilização de materiais residuais contendo metais pesados. Neste estudo, os cimentos Aluminosos Fondu e Secar (51) e cimento Portland (ARI) foram empregados como materiais aglutinantes objetivando a imobilização do dicromato de potássio, o qual apresenta como principal constituinte o Cr no estado hexavalente. As variações ocorridas durante a hidratação dos cimentos frente à adição de dicromato de potássio foram investigadas utilizando técnicas de monitoramento da temperatura de hidratação e determinação das principais fases consumidas e formadas. Para isto difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura e análises térmicas (diferenciais e termogravimétricas) foram utilizadas. Os resultados obtidos para esta etapa mostram que as adições de dicromato de potássio acarretaram em reduções no consumo das fases anidras, bem como, na formação das principais fases hidratadas para os três cimentos estudados, sendo a adição de 2,5% de cromo (VI) a responsável pelas maiores quedas. Para investigação da eficiência da retenção do cromo (total e hexavalente) e a avaliação da integridade estrutural dos produtos formados, técnicas de lixiviação e resistência mecânica foram empregadas. Como resultados, foram verificadas que as matrizes de cimento Aluminoso registraram os maiores valores de eficiência na retenção do cromo atingindo níveis superiores a 99%. Entretanto, o parâmetro resistência à compressão apresentou quedas de até 60% em relação às argamassas de referência com 0% de cromo. Já para o cimento Portland, a adição do sal de cromo não influenciou de maneira significativa nas resistências à compressão, entretanto a análise de retenção do metal indica a menor eficiência deste tipo de cimento, uma vez que as concentrações acima de 0,5% de cromo foram lixiviadas a níveis superiores ao estabelecidas pela norma. / The increasing amount of waste generated in several industries has been increasing over the years. Topics such as waste disposal and pollution risks of biological systems where these are deposited denote as main issues involved in advancing these sectors. Among the most widely used techniques of waste disposal process, Solidification / Stabilization (S / E) in the cement matrix are a prominent technology for immobilization of waste materials containing heavy metals. In this study, the aluminous cement (Fondu and Secar 51) and Portland cement (ARI) were used as binder materials aimed at immobilizing the potassium dichromate, which has as its main constituent Cr in the hexavalent state. The variations during hydration of cements before the addition of potassium dichromate were investigated using techniques of hydration heat monitoring and determination of the main phases formed and consumed. For this purpose, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and thermal gravimetric analysis and differential thermal analysis were used. The results show that for this step adding of potassium dichromate resulted in reductions in the consumption of anhydrous phases, as well as the formation of the main hydrated phases for the three cements studied, being the addition of 2.5% of chromium (VI) responsible for the biggest decay. To investigate the efficiency of retention of chromium (hexavalent and total) and the evaluation of the structural integrity of the products formed, leaching techniques and mechanical strength were used. As results, the aluminous cement matrices showed the highest values of efficiency in retaining chrome, achieving more than 99%. However, the compressive strength parameter showed declines of up to 60% compared to the references folders with 0% chromium. As for the Portland, adding the chromium salt did not have a significantly influence in the compressive strength, however, the metal retention analysis indicates the ineffectiveness of this type of cement, since the concentrations above 0.5% chromium were leached to levels above the established norm.

Nos últimos anos, uma atenção considerável tem sido dada para o desenvolvimento de cimentos especiais, capazes de reduzir as emissões de CO2 e de energia, bem como o consumo de calcário. Cimentos supersulfatados são compostos principalmente de escória de alto forno (80-90%), sulfato de cálcio (10-20%) e um ativador alcalino, tal como o cimento Portland (cerca de 5%) ou hidróxidos de metais alcalinos. Os cimentos supersulfatados (CSS) foram usados nos anos entre 1950- 1960 na Europa, especialmente para aplicações em concretos, mas o seu menor ganho de resistência em idades iniciais limitava a sua aplicação comercial. Mais tarde, mudança no processo de fabricação do ferro gerou implicou na geração de escórias que deixaram de apresentar o conteúdo mínimo de Al2O3 exigido para CSS, levando a sua utilização alternativa em misturas com cimento Portland (Cimento de alto forno). Recentemente, a norma para o cimento supersulfatado na Europa foi substituída pela norma EN 15743 (2010), no entanto, o mecanismo de hidratação bem como a sua composição ótima não são bem compreendidos. Nesta pesquisa, o efeito do tipo e teor de ativador alcalino (hidróxidos) e das proporções de escória e anidrita foi estudado. Os hidróxidos de cálcio e potássio foram estudados em teores de 0,2, 0,5 e 0,8% em formulações de CSS contendo entre 80 - 90% de escória de alto-forno e 10-20% de sulfato de cálcio (anidrita). Através de análise de resistência à compressão verificou-se que os teores de ativadores alcalinos apresentaram maior influência em comparação às proporções de anidrita e escória. Argamassas moldadas com KOH como ativador alcalino, com 0,2 e 0,5% apresentaram os maiores valores para resistência à compressão enquanto que as argamassas elaboradas com Ca(OH)2 apresentaram maior valor 0,8%. Todos os cimentos elaborados com utilização de 0,5% de KOH como ativador alcalino, e as proporções com 85% de escória e 15% de anidrita encontram-se dentro das exigências da EN 2010. Entretanto, nenhum dos cimentos elaborados com 0,8% de KOH atingiram o limite, apenas aqueles elaborados com 0,8% de Ca(OH)2. As medidas calorimétricas confirmaram que a utilização de KOH fornece maiores fluxos de calor e maior calor acumulado quando comparado com Ca(OH)2. Para ambos os ativadores, maiores teores aumentaram o fluxo de calor e o calor acumulado. As análises microestruturais (DRX, TG/DTG, MEV) comprovam que os principais produtos de hidratação dos cimentos supersulfatados são as fases de etringita, gipsita e C-S-H, e também que o teor de ativador alcalino influência na disposição de anidrita (sulfato de cálcio) na matriz sólida de cimento. A anidrita ue deveria ser consumida para formação de etringita, quando muito solúvel, propicia a maior formação da fase hidratada gipsita. / In recent years, considerable attention has been given to the development of special cements that can reduce CO2 emissions and energy and the consumption of limestone. Supersulfated cement are mainly composed of blast furnace slag (80- 90%), calcium sulfate (10-20%) and an alkaline activator such as Portland cement (around 5%) or alkali metal hydroxides. The supersulfated cements (SSC) were used in the years between 1950 to 1960 in Europe, especially for applications in concrete, but its lower gain strength at initial age limited their commercial application. Later changes in iron manufacturing processes generated slag which Al2O3 no longer met the requirement of minimum content required for SSC, leading to its alternative use mixtures of Portland cement (blast furnace cement). Recently, the standard for Europe supersulfated cement was replaced by EN 15743 (2010), however, the hydration mechanism and its optimum proportion are not well understood. In this study, the effects of the type and content of the alkali activator (hydroxides) and the content of slag and anhydrite were studied. The calcium and potassium hydroxide were studied in 0.2, 0.5 and 0.8% with SSC formulations containing 80 - 90% blast furnace slag and 10-20% sulfate calcium (anhydrite). Compressive strength tests showed that the content of alkaline activators influenced more than slag/anhydrite content. Mortars made with KOH with of 0.2 and 0.5% presented the highest compressive strength values; however, mortars made prepared with Ca(OH)2 presented the highest values with 0.8%. All cements prepared with 0.5% KOH as alkaline activator containing 85% of slag and 15% of anhydrite reached the EN 15743 requirements. The calorimetric measurements confirmed that the KOH provided higher heat flow rate and increased the total heat in relation to Ca(OH)2. The microstructural analysis (XRD, TG/DTG, SEM) confirmed ettringite, gypsum and C-S-H as main phases. The anhydrite should be consumed for the formation of ettringite, however when very soluble, provided a higher formation of gypsum phase.

Embora o uso do cimento Portland com altos teores da fase alita [silicato tricálcico - C3S – (CaO)3.(SiO2)] seja difundido mundialmente, argumentos ambientais indicam a fabricação de cimentos com baixos teores desta fase e altos teores da fase belita [silicato dicálcico - C2S, (CaO)2.(SiO2)] justamente ao contrário do que é produzido atualmente. A alita tendo mais cálcio que a belita, libera mais CO2 para a atmosfera quando ocorre a decomposição do calcário (CaCO3 CaO + CO2 ) durante sua fabricação. Além disso, o C2S é formado a uma temperatura mais baixa (800 a 900ºC) que a temperatura em que o C3S (1350 a 1450ºC) é formado, necessitando desta forma, menos combustível e produzindo um cimento de moagem mais facilitada, tornando-o mais eco-eficiente. Um aspecto negativo dos cimentos belíticos é que os mesmos atingem seu nível máximo de resistência em idades mais avançadas, e este comportamento não é considerado adequado na indústria da construção civil atual, que busca alta produtividade em um curto espaço de tempo. Uma maneira de eliminar este problema seria acelerando as reações iniciais de hidratação e endurecimento. Uma alternativa à esta questão é combinar estes clínqueres belíticos com agentes expansivos de base sulfoaluminato ou em uma produção simultânea no clínquer, tais como os sulfoaluminato de cálcio belítico (CSAB), sendo estes ligantes considerados de baixo impacto ambiental. No entanto, o cimento CSAB requer uma maior quantidade de alumina, que geralmente é provinda da bauxita na sua fabricação. Devido ao elevado custo da bauxita para a produção deste cimento, a utilização de resíduos ricos em alumina é uma opção que pode agregar valor ao resíduo e aumentar a disponibilidade de ligantes de reduzido impacto ambiental. Desta forma, este trabalho apresenta uma alternativa para utilização do resíduo na produção do cimento CSAB. Foi realizada a caracterização físico-química do resíduo estudado, e são apresentados os resultados da produção de clínqueres CSAB formados a partir de três misturas, com variações no teor deste resíduo. As propriedades físico-mecânicas destes clínqueres foram avaliadas e comparadas com um clínquer referência e um cimento Portland comercial, da mesma forma, técnicas de difração de raio X, calorimetria e termogravimetria foram utilizadas para verificar a formação dos produtos de hidratação de pastas. Desta maneira, foi demonstrado que o aproveitamento do resíduo de anodização do alumínio para a produção do cimento CSAB é viável tecnicamente. O produto gerado possui características especiais, apresentando elevado desenvolvimento da resistência mecânica nas primeiras horas de hidratação. / Although currently Portland cement with high alite [(CaO)3.(SiO2)] content is the most used globally, environmental advices call for changes on the production for cements with lower alite and higher belite [(CaO)2.(SiO2)] contents. Alite, having more calcium than belite, releases more CO2 to the atmosphere in the course of cement manufacture, due to limestone decomposition (CaCO3 CaO + CO2 ). Besides, belite is formed at lower temperatures (800- 900ºC) than alite (1350-1450ºC), and for this reason less fuel is necessary for the process. Additionally, clinker is easier to grind, resulting in a less energy demanding and more sustainable process. However, belite cements reach the maximum strength level at later ages, drawing back the fast and active civil construction industry, which aims high productivity in a short time spam. In order to minimize this problem it is possible to accelerate the initial hydration reactions and hardening by combining the belite clinkers with expansive sulfoaluminate base agents, or in a simultaneous clinker production, such as calcium sulfoaluminate belite cements (CSAB). These binders have lower environmental impact. However, CSAB cement requires a higher amount of alumina, which comes from bauxite. As this material is costly, the use of alumina-rich residues comes as an option to aggregate value to the residue and to increase the availability of low environmental impact binders. This work presents an alternative use for alumina-rich residues in CSAB cement production. Physicochemical characterization of the aluminium anodizing sludge is presented together with results of the production of CSAB clinkers from 3 mixtures, with different residue content. Properties of the produced clinkers were evaluated and compared to a control clinker and to an ordinary Portland cement. X-ray diffraction, calorimetry and thermogravimetry analysis track the formation of hydration products in the cement pastes. The use of aluminium anodizing sludge to produce CSAB cement was proved to be technically viable, as the generated product has special characteristics, presenting high mechanical strength development at the first hours of hydration.

Embora o uso do cimento Portland com altos teores da fase alita [silicato tricálcico - C3S – (CaO)3.(SiO2)] seja difundido mundialmente, argumentos ambientais indicam a fabricação de cimentos com baixos teores desta fase e altos teores da fase belita [silicato dicálcico - C2S, (CaO)2.(SiO2)] justamente ao contrário do que é produzido atualmente. A alita tendo mais cálcio que a belita, libera mais CO2 para a atmosfera quando ocorre a decomposição do calcário (CaCO3 CaO + CO2 ) durante sua fabricação. Além disso, o C2S é formado a uma temperatura mais baixa (800 a 900ºC) que a temperatura em que o C3S (1350 a 1450ºC) é formado, necessitando desta forma, menos combustível e produzindo um cimento de moagem mais facilitada, tornando-o mais eco-eficiente. Um aspecto negativo dos cimentos belíticos é que os mesmos atingem seu nível máximo de resistência em idades mais avançadas, e este comportamento não é considerado adequado na indústria da construção civil atual, que busca alta produtividade em um curto espaço de tempo. Uma maneira de eliminar este problema seria acelerando as reações iniciais de hidratação e endurecimento. Uma alternativa à esta questão é combinar estes clínqueres belíticos com agentes expansivos de base sulfoaluminato ou em uma produção simultânea no clínquer, tais como os sulfoaluminato de cálcio belítico (CSAB), sendo estes ligantes considerados de baixo impacto ambiental. No entanto, o cimento CSAB requer uma maior quantidade de alumina, que geralmente é provinda da bauxita na sua fabricação. Devido ao elevado custo da bauxita para a produção deste cimento, a utilização de resíduos ricos em alumina é uma opção que pode agregar valor ao resíduo e aumentar a disponibilidade de ligantes de reduzido impacto ambiental. Desta forma, este trabalho apresenta uma alternativa para utilização do resíduo na produção do cimento CSAB. Foi realizada a caracterização físico-química do resíduo estudado, e são apresentados os resultados da produção de clínqueres CSAB formados a partir de três misturas, com variações no teor deste resíduo. As propriedades físico-mecânicas destes clínqueres foram avaliadas e comparadas com um clínquer referência e um cimento Portland comercial, da mesma forma, técnicas de difração de raio X, calorimetria e termogravimetria foram utilizadas para verificar a formação dos produtos de hidratação de pastas. Desta maneira, foi demonstrado que o aproveitamento do resíduo de anodização do alumínio para a produção do cimento CSAB é viável tecnicamente. O produto gerado possui características especiais, apresentando elevado desenvolvimento da resistência mecânica nas primeiras horas de hidratação. / Although currently Portland cement with high alite [(CaO)3.(SiO2)] content is the most used globally, environmental advices call for changes on the production for cements with lower alite and higher belite [(CaO)2.(SiO2)] contents. Alite, having more calcium than belite, releases more CO2 to the atmosphere in the course of cement manufacture, due to limestone decomposition (CaCO3 CaO + CO2 ). Besides, belite is formed at lower temperatures (800- 900ºC) than alite (1350-1450ºC), and for this reason less fuel is necessary for the process. Additionally, clinker is easier to grind, resulting in a less energy demanding and more sustainable process. However, belite cements reach the maximum strength level at later ages, drawing back the fast and active civil construction industry, which aims high productivity in a short time spam. In order to minimize this problem it is possible to accelerate the initial hydration reactions and hardening by combining the belite clinkers with expansive sulfoaluminate base agents, or in a simultaneous clinker production, such as calcium sulfoaluminate belite cements (CSAB). These binders have lower environmental impact. However, CSAB cement requires a higher amount of alumina, which comes from bauxite. As this material is costly, the use of alumina-rich residues comes as an option to aggregate value to the residue and to increase the availability of low environmental impact binders. This work presents an alternative use for alumina-rich residues in CSAB cement production. Physicochemical characterization of the aluminium anodizing sludge is presented together with results of the production of CSAB clinkers from 3 mixtures, with different residue content. Properties of the produced clinkers were evaluated and compared to a control clinker and to an ordinary Portland cement. X-ray diffraction, calorimetry and thermogravimetry analysis track the formation of hydration products in the cement pastes. The use of aluminium anodizing sludge to produce CSAB cement was proved to be technically viable, as the generated product has special characteristics, presenting high mechanical strength development at the first hours of hydration.

O presente estudo teve como objetivo produzir e avaliar o desempenho de painéis de partículas homogêneas de cimento-bagaço de cana-de-açúcar curados por carbonatação acelerada. Para atingir os resultados foram realizados ensaios de caracterizações morfológica e físico-química das partículas de bagaço de cana-de-açúcar, bem como ensaio de termometria para identificar a compatibilidade da matéria prima (bagaço) com o cimento. Os painéis de partículas cimento-bagaço produzidos foram submetidos a dois processos de cura distintos: 1- cura por 48 h em câmara climática, seguida por 24 h em ambiente com concentração de 15% ±0.6 de CO2, seguida por 24 dias em ambiente saturado ao ar; 2- cura em câmara climática por 48 h, seguida por 25 dias em ambiente saturado ao ar. Ao final dos 28 dias de cura e após ensaio de envelhecimento acelerado de imersão e secagem foram realizadas as caracterizações físico-mecânicas seguindo as recomendações das normativas DIN: 310; 322 e 323, bem como caracterização microestrutural e de condutividade térmica do painel de partículas cimento-bagaço. Os resultados obtidos indicaram que os painéis de partículas cimento-bagaço curados por carbonatação acelerada apresentaram melhor desempenho físico-mecânico quando comparados aos painéis não carbonatados, pois a carbonatação melhorou a interface entre as partículas e a matriz cimentícia, proporcionando maior adesividade entre as fases. E, além disso, reduziu o pH do meio alcalino em que as partículas de bagaço de cana-de-açúcar estão inseridas, minimizando o processo de degradação da lignina, celulose e hemicelulose. / The present study aimed to produce and evaluate the performance of homogeneous particles of cement panels-bagasse-sugar cured by accelerated carbonation. To achieve the results tests were carried out morphological and physical-chemical characterization of particles of bagasse of sugar cane, as well as Thermal-test to identify the compatibility of the raw material (bagasse) with cement. The particle cement-bagasse produced were subjected to two different curing processes: 1-cure for 48 h in climate Chamber, followed by 24 h in environment with concentration of 15% ± 0.6, followed by 24 days in saturated air environment; 2-cure in climate Chamber for 48 h, followed by 25 days in saturated air environment. At the end of the 28 days of curing and after accelerated aging test of soaking and drying were realized the physical-mechanical characterizations according the recommendations of the DIN standards: 310; 322 and 323, as well as micro-structural characterization and thermal conductivity of Particleboard bagasse-cement. The results obtained indicated that the particle bagasse-cement cured by accelerated carbonation presented physical-mechanical performance better than compared with non-carbonated panels because the carbonation has improved the interface between the particles and the cementitious matrix, providing greater adhesion between phases. In addition, reduced the pH of the alkaline medium in which the particles of bagasse of sugar cane are inserted, minimizing the process of degradation of lignin, cellulose and hemicellulose.

To support the concept of environmentally friendly materials and sustainable development, the low-carbon cementitious materials have been extensively studied to reduce amount of CO2 emission to the atmosphere. One of the efforts is to promote alternative cementitious binders by utilizing abundant alumina-silicate wastes from the industrial sectors (e.g. fly ash or furnace slag), among which “Geopolymer (GP) cement” has received most attention as it can perform a wide variety of behaviours, in addition to cost reduction and less environmental impacts. The most common geopolymer production, fly ash-based, gained some strength with very slow rate at ambient temperature, while the strength is evidently improved when cured in high (above room) temperature, e.g. over 40°C. The major challenge is to step over the limitation of heat curing process and inconvenience in practice. In this study, the testing schemes of (i) GP manufacturing in various processes, (ii) inclusion of ordinary Portland cement (OPC) in GP mixture, called GeoPC and (iii) GeoPC manufactured with dry-mixing method, have been intensively investigated through mechanical testing (Setting time, Compressive strength and Internal heat measurement) and mechanism analysis (XRD, FTIR, SEM and EDXA) in order to develop the geopolymers, achieving reasonable strength without external sources of heat curing. It is found that the proposed (dry) mixing process could have generated intensive heat liberation which was observed as a comparable factor to heat curing from any other external sources, enhancing the curing regime of the mixture. The additional calcium content in the developed GeoPC system not only resulted in an improvement of an early strength by the extra precipitation of calcium compounds (C,N-A-S-H), but also provided a latent heat from the reaction of its high potential energy compounds (e.g. OPC or alkaline activators). The developments from these approaches could lead to geopolymer production to achieve reasonable strength in ambient curing temperature known as “Self-cured geopolymer cement”, without external heat, and hence provide construction industry viable technologies of applying geopolymers in on-site and off-site construction.

Pozzolanic reactions play a key role in improving the compressive strengths of compacted fly ash-lime specimens. Based on studies performed with cement amended fly ash (FA), activation of fly ash-lime pozzolanic reactions should accelerate the rate of strength development and mobilize larger compressive strengths facilitating improved engineering performance of fly ash amended materials. Further, use of phosphogypsum (PG) is a cause of environmental concern as the material is acidic (pH < 3.0) and contains considerable amounts of fluoride (0.86%). The main research objectives of the thesis are to activate lime-fly ash reactions by thermal and chemical activation process and examine the efficacy of fly ash pozzolanic reactions in controlling fluoride release by phosphogypsum. A comprehensive laboratory experimental program was performed to examine the influence of curing temperature (thermal activation) and calcined PG addition (chemical activation) on lime-fly ash reactions. The kinetics of fly ash-lime reactions are examined by monitoring the reacted lime content as function of curing period and temperature. The influence of variations in fly ash/lime content and dry density on the compressive strength developed by specimens is evaluated. The thermodynamic parameters for the fly ash-lime (FA-L) reactions have been delineated. Fly ash-lime-phosphogypsum (FA-L-G) mixes in slurry and compacted states were monitored for fluoride released as function of curing period The influence of curing temperature in activating fly ash-lime reactions is first examined. Specimens were cured at 25°C (termed RTC or room temperature cured) and at 80° (termed SC or steam cured) to understand thermal activation of fly ash-lime reactions. The rate of lime consumption by SC specimens classified as 2 stage process. The robust increase during stage 2 of steam curing suggested that the lime-solidification reactions did not reach equilibrium even after 4 days of curing at the elevated temperature. While only 3.1 to 3.3 % of added lime was consumed after 28 days of curing at room temperature, much larger amounts of lime ( 8.6-9.3%) were consumed after 4 days of steam-curing. Further, the lime-fly ash reactions were accelerated by 6 to 7 folds on curing the specimens at elevated temperature. The results indicated that activation of lime-fly ash reactions by curing at elevated temperature besides accelerating the rate of strength development also facilitated development of larger strength. Analysis of the free energy change values (ΔG°) indicated that the lime solidification reaction alters from dis-favored (less spontaneous) to favoured (spontaneous) state on curing at 80oC. The positive ΔH° (enthalpy change) values for the fly ash-lime reactions indicated that the reactions are endothermic in nature and are facilitated by increase in curing temperature. Gypsum activation was achieved by addition of 2.5 to 5% calcined phosphogypsum to fly ash lime mixes and curing the compacted specimens at room temperature (FA-L-G specimens). The rate of lime consumption by FA-L-G specimens appeared to be three stage process. The mass of lime consumed by FA-L-G specimens was about 1.5 to 3 folds higher than values of the RTC and SC specimens. Additional lime is consumed by FA-L-G specimens in ettringite formation. A similarity existed between rate of lime consumed and rate of strength developed by the FA-L-G specimens. It is proposed that besides lime solidification reactions, densification of the matrix by filling up of voids by fine gypsum particles and compaction of matrix by the growth of ettringite crystals also contribute to compressive strength of FA-L-G specimens; this additional mechanism of strength development accounts for their higher compressive strength in comparison to the SC and RTC specimens despite similar initial lime addition values. The trend of results suggests that activation of FA-L reactions by calcined PG addition is more effective than steam curing. Comparison of ΔG° values of RTC, SC and FA-L-G specimens revealed that the spontaneity of the lime solidification reactions is least for RTC specimens and improves with addition of phosphogypsum and further improves on curing at elevated temperature. Fly ash-lime pozzolanic reactions substantially reduced the fluoride released from the FA-L-G specimens. The marked reduction in fluoride released by PG amended with fly ash and lime is ascribed to entrapment of PG particles in the cemented matrix formed by fly ash-lime pozzolanic reactions together with consumption of fluoride in formation of insoluble fluoride bearing compounds. The thesis brings out that activation of fly ash-lime reactions leading to quicker and larger compressive strength development is achieved by curing the compacted fly ash-lime specimens at 80°C for 24 hr or by addition of 2.5 to 5% of calcined PG to fly ash-lime mix and curing the compacted specimens at room-temperature. As larger strengths are developed by PG addition than by curing at 80oC, it is recommended that FA-L-G technique be adopted for manufacture of building materials in the civil engineering industry. This technique is also sustainable as it does not require energy for heating which is needed in the steam-curing technique.

M.Ing. (Engineering Management) / Globally, Logistics and Supply Chains play important roles; and they contribute immensely to the economy of a nation. The purpose of this research is to investigate and how logistics and supply chains management were implemented in a cement factory in Nigeria. Through the investigation, it was confirmed that Cement Company based their logistical system only on a road-link transport system to deliver their product to their customers or end-users, whereas in today’s technology, there are many ways in which logistics can be implemented. Therefore, this research was conducted, in order to do investigate while other logistical systems have not been actively used. The resultant findings are going to be used to address the problem. According to the investigation, it was found that 73.3% of the questionnaire respondents still prefer to use the road-link logistical system. There is a railway infrastructure in place from one point to another. However, the rail system logistics cannot be implemented because the railway infrastructure is obsolete. A new infrastructure will have to be put in place; and this is going to be costly. Apart from addressing the issue, this research also identify some possible hazards that could arise from using a road logistical system alone, such as the wastage of products, when accidents take place. There needs to be an elimination or reduction in the traffic congestion along the highway. It is also necessary to reduce the environmental pollution. Furthermore, apart from the point mentioned above, other logistical systems could be cheaper, safer and easier to maintain, compared with the Road only. Strong collaboration with logistical and supply-chain professional expertise would be required, in order to have a modern logistical system for better results. Collaboration in the working environment plays a role, but involving expertise would make a strong contribution and be more effective.