[pt] Na formulação e preparo de pastas cimentícias destinadas ao revestimento de poços de petróleo é imperativo que seja levado em conta o conjunto de condições associadas ao ambiente da prospecção. Esta tese tem por objetivo investigar a interação entre a halita e pastas cimentícias, no âmbito da exploração das reservas do pré-sal brasileiro, através da caracterização de propriedades químicas e mecânicas da pasta na presença de NaCl. A influência da temperatura, importante característica da camada em questão, também foi avaliada, a partir de duas condições de cura, a 23 graus Celsius e 60 graus Celsius. Sendo o sal artificial (para análises laboratoriais - PA) comumente empregado em substituição à halita na simulação dos efeitos da dissolução dos maciços salinos durante a cimentação, estes dois materiais foram utilizados comparativamente ao longo deste estudo. Os comportamentos observados em ensaios de compressão uniaxial foram similares, tendo sido demonstrado que, em baixas temperaturas, ocorrem ganho de resistência para adições salinas de até 10 porcento e perda de resistência para valores. Alterações nos mecanismos de hidratação e produtos formados são estudadas através de análises de difração de raios-x e termogravimetria. A partir destes testes, é possível a verificação da formação do Sal de Friedel, resultado da interação entre íons cloreto e fases aluminoferrosas do clínquer. Finalmente, é discutida a influência destas adições na reologia da pasta, ao se observar resultados divergentes para adições de sal PA e halita. / [en] When developing and designing cement pastes for oil well applications, proper attention should be given to the careful evaluation of the environment in which the prospection operations will take place. The work in hand presents an experimental investigation on the interaction between halite and cement pastes, meeting the continuous demand for research concerning the Brazilian pre-salt region. For this purpose, mechanical and chemical tests were carried out. Being a feature of major importance in pre salt activities, temperature effects were adressed through two different curing temperatures: 23 degrees Celsius and 60 degrees Celsius. Also, many authors use artificial salt as an alternative to halite when simulating the effects of salt rock dissolution. Therefore, both materials are used throughout the experimental program for comparison purposes. A similar unidirectional compressive behavior is noted for both materials. Gains in strength are noted at 23 degrees Celsius for both salts, to concentrations up to 10 percent by weight of water. On the other hand, higher concentrations or a higher curing temperature yield strength losses. Furthermore, hydration and microstructure changes are studied through x-ray diffraction and thermogravimetric analysis. Through these tests it is possible to detect the formation of Friedel s salt, as a result of the interaction between chloride ions and the aluminate and/or aluminoferrite phases of clinker. Finally, the influence of these additions on the rheology of the cement paste is discussed, as differences on the rheological behavior of these cement pastes are noted.

[pt] O cimento ósseo ou acrílico, também conhecido por polimetilmetacrilato (PMMA), é um biomaterial empregado em cirurgias. Utilizado principalmente na fixação de próteses, além do preenchimento e reconstrução de segmentos ósseos, o cimento ósseo é colocado nos espaços vazios entre o implante e a superfície óssea endosteal, endurecendo em pouco tempo e assegurando a firme colocação da prótese ao preencher por completo o espaço vazio entre o implante e o osso. Avaliou-se a qualidade de cinco marcas de cimento ósseo comum (sem adição de antibióticos), de viscosidade normal, comercializadas no mercado brasileiro, sendo três de fabricação nacional e duas importadas, de acordo com os parâmetros da norma ABNT NBR ISO 5833. Realizou-se a inspeção visual dos componentes a fim de verificar requisitos de aparência, embalagem e rotulagem, aferição de conteúdos (massa e volume), e os seguintes ensaios para obtenção das propriedades físicas e mecânicas do material: estabilidade do componente líquido, temperatura máxima, tempo de colocação, tempo de formação de massa, intrusão, resistência à compressão e resistência e módulo de flexão. Todas as marcas foram reprovadas no item 9.1- Rotulagem da referida norma, e duas marcas, sendo uma nacional e outra importada, reprovadas nos testes de intrusão. Nas demais verificações e ensaios todas as marcas avaliadas obtiveram resultados satisfatórios. / [en] The bone or acrylic cement, also known for polymethylmethacrilate (PMMA), is a biomaterial used in surgeries. Used mainly in the fixation of prostheses, beyond the fulfilling and reconstruction of bone segments, the bone cement is placed in the empty spaces between the implant and the endosteal bone surface, hardening in little time and assuring the firm rank of prostheses when filling completely the empty space between the implantation and the bone. Quality of five marks of common bone cement (without antibiotic addition), of normal viscosity, commercialized in Brazil, was evaluated, being three of brazilian manufacture and two imported, in accordance with the parameters of norm ABNT NBR ISO 5833. They had become fullfilled it visual inspection of the components in order to verify requirements of appearance, packing and labelling, gauging of contents (mass and volume), and the following tests for attainment of the physical and mechanical properties of the material: stability of the liquid component, maximum temperature, setting time, doughing time, intrusion, compressive strength, bending modulus and bending strength. All the marks had been disapproved in the item 9.1-Labelling of the related norm, and two marks, being national and other imported, disapproved in the intrusion tests. In the too much verifications and assays all the evaluated marks had gotten resulted satisfactory.

[pt] A indústria siderúrgica no Brasil gera atualmente cerca de 5 milhões de toneladas/ano de escória de aciaria LD. Estudos preliminares recentes têm mostrado ser promissora a produção de cimento mediante tratamentos térmicos e modificações químicas capazes de gerar fases com propriedades pozolânicas com resistência a compressão semelhantes às do cimento Portland. Dentro deste contexto o presente trabalho teve como objetivo investigar a viabilidade de utilização da escória LD na produção de um cimento Portland classe E por meio de ajuste químico composicional e tratamentos térmicos da escória ainda liquida utilizando análises químicas por ICP-OES e testes de resistência à compressão segundo a norma NBR 7215. Além disso, a presente pesquisa realizou estudo de correlação utilizando várias gamas de misturas e um fator de correlação entre os corpos de prova especificados pela norma (5x10cm) e corpos de prova menores (1x2cm), a fim de adequar um equipamento mais apropriado ao projeto. Os resultados mostraram que a mistura formada por 75 por cento Cimento Portland II F-32 e 25 por cento Novo Clínquer (escória de LD química e termicamente tratada) e a mistura com a relação 50-50 desses mesmos materiais, foram as que atenderam plenamente a condição exigida pela norma para a resistência à compressão dos Cimentos Portland Tipo II, Classe E, decorridos 28 dias de cura. Além disso os resultados mostraram viabilidade na correlação dos corpos de prova, dessa forma sendo possível a realização dos testes mecânicos com corpos de prova com dimensão de 1x2 cm. / [en] Nowadays the steel industry in Brazil generates about 5 million tons of LD steel slag annually. Recently some studies with its use in cement production have shown promise, once that after heat treatment and chemical modifications it can present phases with similar hydraulic properties to Portland cement and equivalent compressive strength as well. In this context, the present work aimed to investigate the feasibility of using LD slag for production of a Portland cement Class-E, in the face of chemical modifications of the liquid slag followed by a fast-cooling heat treatment and chemical analysis carried out by ICP-OES techniques and also a compressive strength test according to the NBR 7215 standard. In addition, based on the results of the compression test and to optimize the amount of material used, a correlation study was carried out between specimens in accordance with the standard (5X10cm) and smaller specimens (1X2cm), in order to use an appropriate lab compressive machine. The results showed that the mixtures using 75 percent Portland II Cement F-32 and 25 percent Novo Clinquer (chemical and heat-treated LD slag) and that one with 50-50 ratio using the same materials, were the mixtures that fully satisfied the minimum compressive resistance condition required by the NBR standard, concerning Type II Class Portland Cements, after 28 days of curing. In addition, the results showed feasibility in the correlation of specimens, thus making it possible to perform mechanical tests with specimens with a dimension of 1x2 cm.

[pt] Uma grande quantidade de subprodutos é gerada por indústrias, surgindo a necessidade de encontrar um destino para estes resíduos. A escória de cobre proveniente do processo abrasivo é um exemplo que, após os ciclos de jateamento, é descartada no meio ambiente. A utilização desse resíduo na pavimentação pode ser uma alternativa de destino, além de evitar possíveis impactos ambientais. Esta pesquisa apresenta o estudo da incorporação da escória de cobre pós-jateada ao solo natural de Sergipe e cimento Portland. Os materiais utilizados foram solo areno-argiloso, escória proveniente de processo de jateamento e cimento de alta resistência inicial. O programa experimental envolveu ensaios de caracterização física, compactação, índice de suporte califórnia, dosagem físico-química, resistência à compressão simples, resistência à tração, módulo de resiliência, durabilidade, permeabilidade, análises químicas, mineralógicas e microscopia de varredura. O programa computacional SisPav foi utilizado para simular o dimensionamento das camadas do pavimento com o material pesquisado. Ficou constatado um teor de cimento entre 7 e 9 por cento para melhoramento do solo, onde a adição de escória proporciona uma estabilização granulométrica com redução de cerca de 3 por cento de cimento, em relação ao compósito solo-cimento. A mistura com 30 por cento de escória e 5 por cento de cimento alcançou maiores picos de resistência, maior módulo de resiliência, baixa perda de massa, mesma resistência à tração em relação à mistura de solo-cimento sem escória, bem como redução da permeabilidade em relação ao solo puro. Os resultados possibilitaram indicar o emprego da escória de cobre pós-jateada em misturas com solo-cimento para aplicação em base de pavimentos, contribuindo em uma ação mitigadora dos impactos ao meio ambiente com um fim mais nobre a esse resíduo. / [en] A large amount of by-products is generated by industries, becoming needed to find a destination for these wastes. Copper slag from the abrasive process is an example, which, after the blasting cycles, is discarded into the environment. The use of this residue in the paving can be an alternative destination, besides avoiding possible environmental impacts. This research presents the study of the incorporation of post-blasted copper slag to the natural soil of Sergipe and Portland cement. The materials used were sand-clayey soil, slag from blasting process and cement of high early strength. Laboratory tests carried out involved geotechnical characterization, compaction, california bearing ratio, physic-chemical dosage, unconfined compressive strength and tensile strength, resilient modulus, durability test, permeability test, chemical and mineralogical analysis and microscopy. The computer program SisPav was used to simulate the design of pavement of the researched material. It was observed a cement content between 7 and 9 percent for the soil and that the slag provides a granulometric stabilization with reduction of about 3 percent of cement, in relation to the soil-cement. The mixture with 30 percent of slag and 5 percent of cement reached highest strength and resilient modulus, lowest mass loss, same tensile strength compared to the mixture without slag, and reduced permeability compared to natural soil. The results indicate the use of post-blasted copper slag in mixtures with soil-cement for application in the base of pavements, contributing in a mitigating action of the impacts to the environment with a more noble purpose to this residue.

[pt] SO2 é conhecido com um grande contaminante ambiental e muitos países estabeleceram regras para o controle da sua emissão para a atmosfera. Como resultado a maioria das plantas fornecedoras de energia foram equipadas com instalações de dessulfurização de gases de combustão. Embora esta tecnologia seja bem sucedida no abate de SO2, ela gera uma grande quantidade de gesso FGD (flue gas desulfurization) como resíduo. Grandes esforços estão sendo feitos para aproveitar este resíduo (gesso FGD). No presente estudo o gesso FGD foi avaliado como aditivo retardador do tempo de pega substituindo o gesso natural na fabricação do cimento Portland (CP II E-32). Os resultados da caracterização físico-química e morfológica do gesso natural e de gesso FGD identificam um material de alta pureza, sulfato de cálcio di-hidratado para o gesso natural, e presença principalmente de bassanita (CaSO4.0,6H2O) e hannebachite (CaSO3.0,5H2O) com baixas concentrações de impurezas no gesso FGD. Baseado nos resultados, o gesso FGD é uma alternativa adequada para substituir o gesso natural. O tempo de pega mostrou cerca de uma hora de retardo em comparação com gesso natural e seu efeito sobre a resistência à compressão para as amostras de 3, 7 e 28 dias depende da composição das misturas, atingindo um valor máximo para a argamassa com 2,1 porcento de gesso FGD e 1,4 porcentode gesso natural. Também foi estimado o impacto ambiental do gesso FGD, examinando a liberação de seus constituintes inorgânicos seguindo a norma ABNT NBR 10004:2004 e classificando o resíduo como não perigoso e não inerte. / [en] The SO2 is well known as an important environmental contaminant and many countries have established rules to control its emission to the atmosphere and as result most of power supply plants were equipped with flue gas desulfurization systems. Although this technology is successful in the discharge of SO2, its generates a large amount of gypsum FGD (flue gas desulfurization) as a residue. Great efforts are being made to find destinations for this residue. In the present study, the FGD gypsum was evaluated as setting retarder to replace the natural gypsum in the production of Portland cement (CP II E-32). The results of physical-chemistry and morphological characterization of both products, natural and FGD gypsum showed a material of high purity, calcium sulfate dehydrate for natural gypsum, and the presence of bassanite (CaSO4.0,6H2O) and hannebachite (CaSO3.0,5H2O) with low concentrations of impurities for FGD gypsum. Based on the results, the FGD gypsum is a suitable alternative to replace natural gypsum. The setting time with FGD gypsum showed about 1 hour delay compared with natural gypsum and its effect on compressive strength, for samples of 3, 7 e 28 days, depend the composition of the mixtures, reaching the maximum value for the mixture of 1,4 weight percent natural gypsum and 2,1 weight percent FGD gypsum. The FGD gypsum environmental impact was evaluated by determining its potential in releasing inorganic constituents, following the standard ABNT NBR 10004:2004, and it was classified as a non-hazardous and non-inert.

[pt] Atualmente, a indústria cimenteira tem usado o coprocessamento no intuito de atender a aspectos econômicos e de sustentabilidade por meio da utilização de resíduos industriais como matérias-primas e/ou combustíveis não convencionais. Isto pode gerar, através da introdução de maior variabilidade de elementos menores, consequências nas reações de clinquerização com geração de modificações morfológicas dos cristais e nas propriedades que influenciam estas reações (tensão superficial, viscosidade). Em função da maior utilização do coprocessamento, as análises mineralógica e microestrutural se tornaram ainda mais significativas para apoio a formação do diagnóstico do processo incluindo o grau de reatividade do clínquer e por sua vez, previsões do desempenho do cimento. No entanto, o número de variáveis de controle do forno de clinquer é tão elevado que se propôs o emprego da metodologia estatística chamada Análise de Componentes Principais (PCAPrincipal Analysis Components em inglês) para escolher as de maior representatividade. Os resultados da caracterização mineralógica do clínquer coprocessado com o resíduo CSS50 utilizando o Método de Rietveld/Difração de Raios-X dos quatro principais constituintes do clínquer foram próximos aos valores teóricos (potenciais de Bogue). A fase predominante do C3S foi monoclínica, típica de clínqueres industriais, e quanto ao C3A, a fase predominante foi cúbica. O diagnóstico apresentado pela caracterização microestrutural apresentou clínquer com alta reatividade. Quanto ao cimento coprocessado com o resíduo CSS50, foram realizados os ensaios físico-mecânicos: tempo de pega e resistência a compressão, conforme ABNT NBR 16607 e NBR 7215. Os ensaios de tempo de pega e resistência à compressão do cimento atenderam plenamente a norma ABNT NBR 16697. / [en] Currently, the cement industry uses the coprocessing of industries residues as raw materials or alternative fuel for attending economics and the sustainability aspects. This procedure can introduce a variety of minor elements that can affect the clinkerization reactions by producing morphological changes of the clinker crystals and changing the surface tension and viscosity. Thus, mineralogic and microstrutural characterizations are necessary to understand the clinker reactivity and its effect on the Portland cement properties. Nonetheless, the number of clinquer kiln control variables is enormous, and it is proposed to use the Principal Component Analysis (PCA) to choose the most important ones. The X-ray diffraction characterization of the clinker showed that the four major constituents are consistent with the theorical values (Bogue potentials). The C3S phase was monoclinic, which is usual for industrial clinkers, and the C3A phase was usually cubic. These results suggest that the formation of a high reactivity clinker. The physico-mechanical characterizations setting time and compressive strength of the Portland cement were conducted according to NBR 16607 and NBR 7215 ABNT norms. The Portland Cement results agreed with the NBR 16697 ABNT norm.

[pt] O presente estudo busca definir uma relação de mistura estável utilizando aditivos poliméricos à base de álcool polivinílico (PVOH) para controlar a perda de filtrado, antiespumante e dispersante, caracterizando a influência de cada adição na cinética de hidratação, propriedades mecânicas, físicas e reologia da mistura. Além disso, foi caracterizado o comportamento das pastas de cimento em condições de cura que simulam a situação do poço até 6100 m de profundidade, seguindo as recomendações da API, e o comportamento do material nos estados in situ, utilizando pressões confinantes para realizar os ensaios de compressão. Por fim, propôs-se a inclusão de microfibras de álcool polivinílico (PVA) para melhorar o desempenho mecânico das pastas cimentícias, avaliando diferentes tipos de carregamento e definindo os impactos da adição de fibras na viscosidade e tixotropia das misturas. Verificou-se que o uso de PVOH como aditivo de perda de filtrado não influencia na cinética de hidratação para concentrações de até 0,4% em peso de cimento, mas à medida que a quantidade de PVOH é aumentada na mistura, o processo de hidratação da pasta de cimento pode ser modificado por causa do mecanismo de absorção do PVOH. Além disso, novas fases de produtos de hidratação aparecem com o aumento da temperatura e pressão de cura: dellaite, hydroxyellestadite e alpha-C2SH. A última fase (alpha-C2SH) está relacionada à perda de capacidade de resistência das amostras curadas a 149°C, simulando o caso do poço de petróleo de 6100 m de profundidade. Para os ensaios triaxiais, a pressão de confinamento conferiu às amostras um comportamento diferente do caso uniaxial, implicando em uma considerável melhora da plasticidade no comportamento tensão-deformação. Embora se observe algum reforço por atrito devido a tensões de cisalhamento no plano das fissuras, o efeito mais importante do confinamento é suportar a deformação dúctil, mesmo para o caso da pasta de cimento reforçada com fibra de PVA. Finalmente, o estudo mostrou que as fibras de PVA conferem um leve aumento da viscosidade da pasta de cimento, uma fase plástica prolongada aparentemente sem perda de capacidade de carga em testes triaxiais e uma capacidade aprimorada de absorver energia ao avaliar cargas de tração e cisalhamento. / [en] The present study seeks to define a stable mixing ratio using powder Polyvinyl Alcohol (PVOH) based polymeric additives to control the loss of filtrate, defoamer, and dispersant, characterizing the influence of each addition on hydration kinetics, mechanical and physical properties, and rheology of the mix. The behavior of cement pastes under curing conditions that simulate the wellbore situation up to 6100 m depth was also evaluated, following API recommendations. Moreover, the behavior of the material under in situ states, using confining pressures to perform the compression tests, was characterized. Finally, the inclusion of Polyvinyl Alcohol (PVA) microfibers is proposed to improve the mechanical performance of cement pastes, evaluating different types of loading and defining the impacts of the fiber addition on the viscosity and thixotropy of the mixtures. It was found that the use of PVOH as a fluid loss additive does not influence hydration kinetics for concentrations up to 0.4% by weight of cement, but as the amount of PVOH is increased in the mixture, the hydration process of the cement paste may be modified because of the PVOH absorptive mechanism. Moreover, new hydration products phases appear with increasing curing temperature and pressure: dellaite, hydroxyellestadite, and alpha-C2SH. The last phase (alpha-C2SH) is related to the loss of strength capacity of the samples cured at 149°C, simulating a 6100 m depth wellbore. For the triaxial tests, the confining pressure gave the samples a behavior markedly different from the uniaxial case, implying a considerable improvement in the plasticity of the stress-strain behavior. Although some frictional reinforcement is observed due to shear stresses in the cracks surface, the most important effect of confinement is to withstand ductile deformation, even in the case of PVA fiber-reinforced cement paste. Finally, the study has shown that PVA fibers impart a slight viscosifying effect on the cement slurry, a prolonged plastic phase with apparently no loss of load-carrying capacity in triaxial tests, and an improved ability to absorb energy when evaluating tensile and shear loads.