Thesis submitted in fulfilment of the requirements for the degree Master of Technology: Civil Engineering in the Faculty of Engineering at the Cape Peninsula University of Technology / Self-compacting concrete (SCC) is a flowable self-consolidating concrete which can fill formwork without any external vibration. A self-compacting concrete mix requires the addition of superplasticiser (SP), which allows it to become more workable without the addition of excessive water to the mixture. The effect of different CEM I 52.5N cements produced by one company at different factories on self-compacting concrete was investigated. The properties of SCC are highly sensitive to changes in material properties, water content and addition of admixtures. For self-compacting concrete to be more accepted in South Africa, the effect that locally sourced materials have on SCC, partially replaced with extenders, needs to be investigated. The European guidelines for SCC (2005) determined the standard, through an extensive study, for the design and testing of self-compacting concrete. Using these guidelines, the properties of self-compacting concrete with the usage of local materials were investigated. The effect on SCC mixes was studied by using four cements; two types of SPs – partially replaced with two types of fly ash; and one type of slag. Mix design and tests were done according to the European Specification and Guidelines for Self-Compacting Concrete (2005). Using locally sourced materials (different cements, sand, coarse aggregate, fly ashes and slag), mixes were optimised with different SPs. Optimisation was achieved when self-compacting criteria, as found in the European guidelines, were adhered to, and the binders in these required mixes were then partially replaced with fly ash and slag at different concentrations. Tests done were the slump flow, V-funnel, L-box, sieve segregation resistance as well as the compressive strength tests. The results obtained were then compared with the properties prescribed by the European guidelines. The cements reacted differently when adding the SPs, and partially replacing fly ash and slag. According to the tests, replacing cement with extenders – in order to get a sufficient SCC – seemed to depend on the chemical and physical properties of each cement type, including the soluble alkali in the mixture, C3A, C3S and the surface area. The range, in which the concentration of these chemical and physical cement compounds should vary – in order to produce an acceptable SCC partially replaced by extenders – was determined and suggested to the cement producer. The main conclusion of this project is that cement properties vary sufficiently from factory to factory so as to influence the performance of an SCC mix. The problem becomes even bigger when such cements are extended with fly ash or slag, and when different SPs are used. When designing a stable SCC mix, these factors should be taken into account.

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Foundry technology is an industrial sector, where progress is still the important aspect for reducing the environmental impact and increasing competitiveness. Master's thesis is focused on the possibilities of influencing residual strength of the core moulding mixtures with the biogenic binders, which forms a new group of binder systems.

The simplification of the historical pieces of work samples' treatment is described in the dissertation. The recent methods have been inappropriate therefore, modification of the treatment was necessary. The dammar and copal resin, important restoration materials, were used in the experiment. HPLC-MS, HPLC-ELSD, GC-FID, GC-MS and pyrolysis GC- MS were applied. The concentration of fatty acids in the historical sculpture was determined by GC-MS, and it was compared to the content of fatty acids inside an egg. For identification of monosaccharide in the gum, GC-MS (hexamethyldisilazan, trimethylchlorsilan, and pyridine) is the suitable method. GC-MS determines the same composition of dammar resin as stated in the cited sources. The simple process for the samples' treatment was designed.

Neste trabalho foi estudado o efeito sinérgico do microambiente e de óxidos na degradação de corantes e aglutinantes. Para avaliar o efeito de MnO2 e α- Fe2O3 na degradação de aglutinantes em câmaras climáticas à temperatura de 35°C e UR de 50% foi utilizado linoleato de metila como molécula modelo e observou-se que MnO2 atua catalisando reações de auto-oxidação, que ocorrem preferencialmente na degradação desses aglutinantes. Já α- Fe2O3 apresentou comportamento ambíguo, sugerindo mecanismo de ação mais complexo desse óxido. Experimentos para verificar o efeito de luz UV foram conduzidos e reafirmaram os resultados sobre falta de reprodutibilidade dos resultados na presença de α- Fe2O3 e sobre o efeito da presença de MnO2 ser mais significativa para a degradação de linoleato de metila do que a luz. Para gordura vegetal e animal foram conduzidos experimentos com maior tempo de exposição (22 dias), uma vez que não foram observadas mudanças espectrais significativas com 8 dias de exposição. No caso das gorduras animal e vegetal a presença de óxidos de Mn e Fe teve um efeito menos expressivo, mas mesmo assim foi possível observar que o comportamento foi o mesmo do linoleato de metila. No caso dos corantes foi feita uma caracterização espectroscópica de 6 corantes sintéticos semelhantes aos encontrados em têxteis pré-colombianos e avaliou-se a interação de índigo carmim com metais visando mimetizar o comportamento de mordentes proveniente de sais usados como mordentes. Para os corantes índigo carmim, purpurina e alizarina foram estudados os espectros SERS e SERRS, e observou-se que os dois últimos formam complexos com o substrato metálico usado para o obtenção do efeito tendo uma variação significativa em seus espectros Raman. A análise de fibras arqueológicas Huari permitiu identificar que se trata de lã e que o corante da fibra vermelha era carmim. / This work aimed the investigation of the microenvironment and metal ions synergic effect on the degradation of binders and dyes. The role of MnO2 and α- Fe2O3 was assessed using environment chambers at 35°C and 50 % RH and methyl linoleate was chosen as a model binder since fats present very complex chemical composition. It was find that MnO2 catalyses auto-oxidation reactions which are the main routes for binders degradation. On the other hand, the results using α- Fe2O3 were not reproducible, suggesting that this oxide present a more complex mechanism of action. The same behavior was observed when methyl linoleato -metal oxides mixtures were irradiated with UV light and confirms that a radical mechanism mediated the MnO2 catalytic effect. Vegetal and animal fats, although not as sensitive as methyl linoleate to metal oxide, presented the same behavior. The preliminary results on dyes degradation involved the spectroscopic characterization of 6 synthetic dyes, selected from those found in pre-Colombian textiles and indigo carmine metal complexes aiming to mimic mordants. Fe, Cu and Al complexes were prepared and analyzed and complexation only caused minor changes in their spectra compared to indigo carmine. SERS and SERRS were used in the investigation of indigo carmine, purpurin and alizarin and except for the former, the spectra indicated that chemical adsorption to the SERS active surface (Ag and Cu) with a significant change in their spectrum. The analysis of the archaeological Huari fibers allowed to identify that it was wool and the dyes were carmine ( red fiber) and indigo carmine (blue fiber).

Este trabalho teve como objetivo avaliar as vantagens ou desvantagens de utilizar-se asfalto modificado com polímero em misturas densas com seixo rolado como agregado graúdo. Para o experimento foram moldados setenta e cinco corpos-de-prova com asfalto convencional (CAP-40) e setenta e cinco corpos-de-prova com asfalto modificado (BETUFLEX B 65/60) e avaliados à luz dos ensaios Marshall, fluência por compressão uniaxial estática à 40ºC, resistência à tração por compressão diametral e módulo de resiliência por compressão diametral à 25ºC. Os resultados dos ensaios Marshall e de resistência à tração acusaram um melhor desempenho das misturas com asfalto modificado. As relações MR/'sigma tal' encontradas para ambas as misturas sugerem, a princípio, um melhor comportamento para as misturas modificadas. Os resultados dos ensaios de fluência por compressão uniaxial estática, no que tange à deformação elástica, detectou também uma performance superior das misturas com asfalto modificado em três teores de ligante dos cinco teores analisados, entretanto, para as demais propriedades, deformação total, deformação viscoplástica e módulo de fluência as misturas com asfalto convencional sairam-se melhor. / This research intends to analyze the advantages of hot-mix asphalt mixtures composed by polymer modified binder and gravel in relation to those made with conventional binder. To achieve the objective, there were compacted seventy five specimens with conventional binder and seventy five specimens with SBS polymer modified binder (BETUFLEX B 65/60) and were performed Marshall tests, static creep (40oC) tests, indirect tensile strength tests and resilient modulus by indirect tensile (25oC) tests. The results of Marshall and tensile strength tests showed a better performance of the polymer modified asphalt mixes than that presented by the conventional asphalt ones. The results from the relation of resilient modulus by indirect tensile and indirect tensile strength tests probably showed that the modified asphalt mixes have the best performance. The elastic strains from static creep tests also showed a better performance of the polymer modified mixes in three of the five binder contents, however, the others properties from static creep tests like as total strain, viscoplastic strain and creep modulus showed that the conventional asphalt mixes have the best performance.

Neste trabalho foi estudado o efeito sinérgico do microambiente e de óxidos na degradação de corantes e aglutinantes. Para avaliar o efeito de MnO2 e α- Fe2O3 na degradação de aglutinantes em câmaras climáticas à temperatura de 35°C e UR de 50% foi utilizado linoleato de metila como molécula modelo e observou-se que MnO2 atua catalisando reações de auto-oxidação, que ocorrem preferencialmente na degradação desses aglutinantes. Já α- Fe2O3 apresentou comportamento ambíguo, sugerindo mecanismo de ação mais complexo desse óxido. Experimentos para verificar o efeito de luz UV foram conduzidos e reafirmaram os resultados sobre falta de reprodutibilidade dos resultados na presença de α- Fe2O3 e sobre o efeito da presença de MnO2 ser mais significativa para a degradação de linoleato de metila do que a luz. Para gordura vegetal e animal foram conduzidos experimentos com maior tempo de exposição (22 dias), uma vez que não foram observadas mudanças espectrais significativas com 8 dias de exposição. No caso das gorduras animal e vegetal a presença de óxidos de Mn e Fe teve um efeito menos expressivo, mas mesmo assim foi possível observar que o comportamento foi o mesmo do linoleato de metila. No caso dos corantes foi feita uma caracterização espectroscópica de 6 corantes sintéticos semelhantes aos encontrados em têxteis pré-colombianos e avaliou-se a interação de índigo carmim com metais visando mimetizar o comportamento de mordentes proveniente de sais usados como mordentes. Para os corantes índigo carmim, purpurina e alizarina foram estudados os espectros SERS e SERRS, e observou-se que os dois últimos formam complexos com o substrato metálico usado para o obtenção do efeito tendo uma variação significativa em seus espectros Raman. A análise de fibras arqueológicas Huari permitiu identificar que se trata de lã e que o corante da fibra vermelha era carmim. / This work aimed the investigation of the microenvironment and metal ions synergic effect on the degradation of binders and dyes. The role of MnO2 and α- Fe2O3 was assessed using environment chambers at 35°C and 50 % RH and methyl linoleate was chosen as a model binder since fats present very complex chemical composition. It was find that MnO2 catalyses auto-oxidation reactions which are the main routes for binders degradation. On the other hand, the results using α- Fe2O3 were not reproducible, suggesting that this oxide present a more complex mechanism of action. The same behavior was observed when methyl linoleato -metal oxides mixtures were irradiated with UV light and confirms that a radical mechanism mediated the MnO2 catalytic effect. Vegetal and animal fats, although not as sensitive as methyl linoleate to metal oxide, presented the same behavior. The preliminary results on dyes degradation involved the spectroscopic characterization of 6 synthetic dyes, selected from those found in pre-Colombian textiles and indigo carmine metal complexes aiming to mimic mordants. Fe, Cu and Al complexes were prepared and analyzed and complexation only caused minor changes in their spectra compared to indigo carmine. SERS and SERRS were used in the investigation of indigo carmine, purpurin and alizarin and except for the former, the spectra indicated that chemical adsorption to the SERS active surface (Ag and Cu) with a significant change in their spectrum. The analysis of the archaeological Huari fibers allowed to identify that it was wool and the dyes were carmine ( red fiber) and indigo carmine (blue fiber).

O processo de conformação por prensagem uniaxial é um dos mais utilizados na indústria cerâmica devido ao seu baixo custo e alta produtividade. O entendimento e controle dos diversos fatores que interferem neste processo são cruciais, pois grande parte dos defeitos encontrados na peça final é originada nesta etapa. Este trabalho trata da avaliação da compactação de pós a base de alumina processados em spray-dryer, com diferentes composições e contendo distintos aditivos orgânicos, sendo caracterizados em relação a fluidez, densidade solta e batida, determinação da distribuição do tamanho de grânulos e morfologia. Parâmetros como umidade (10, 64 e 85%) e temperatura (5, 25 e 45°C) foram variados. O comportamento do pó foi analisado nas diferentes etapas de compactação, as quais envolvem a deformação plástica e quebra dos grânulos e também redução da porosidade intergranular e intragranular. Posteriormente foram estudadas a influência da temperatura e da umidade relativa do ar durante a compactação, sendo o efeito dos mesmos avaliados por meios de curvas de compactação. A resistência mecânica das peças também foi avaliada por meio do módulo de Weibull. Através da análise da microestrutura (MEV e porosimetria) e de curvas de compactação constatou-se que os parâmetros citados acima interferem nas características dos compactados, particularmente na resistência mecânica dos grânulos em relação à deformação e fratura. Os resultados mais importantes são que quanto maior a temperatura e umidade ocorre a redução da Tg dos ligantes, diminuindo a resistência ao esmagamento dos mesmo e que através do módulo de Weibull é possível determinar qual a melhor condição para realizar a prensagem que no caso deste estudo foi a condição intermediária. / The compaction process by uniaxial pressing is the most used in the ceramics industry due to its low cost and high productivity. The understanding and control of several factors that interfere in this process are crucial, since most of the defects found in the final piece are originated at this stage. This paper deals with compaction evaluation of alumina powders, processed by spray-dryer with different compositions and containing different organic additives, being characterized according the flow, tap and apparent density, granule size distribution and morphology. Parameters such as relative humidity (10, 64 and 85%) and temperature (5, 25 and 45°C) were varied. The powder\'s behavior was analyzed at different compaction stages, which involves plastic deformation, breakage of the granules and reduction of intergranular and intragranular porosity. The influence of temperature and relative humidity during compaction were analyzed by compaction curves. The mechanical strength of the obtained parts was evaluated using the Weibull modulus. The microstructural analysis (SEM and porosimetry) and evaluation of the compaction curves shows that these parameters affect the characteristics of compacted powder, in particular the mechanical strength of the granules in relation to the deformation and fracture. The most important results show that higher the temperature and relative humidity occurs the Tg reduction of binders, decreasing the mechanical strength of binders and by Weibull modulus it is possible to determine the best condition for pressing, in this instance the intermediate condition.

O Pó de Aciaria Elétrica (PAE) é um resíduo sólido originado na fabricação de aços em Fornos Elétricos a Arco (FEA), classificado como resíduo perigoso pela ABNT NBR 10004- 2004. Isto porque ele contém metais nocivos ao meio ambiente (como chumbo e cádmio), embora seja constituído, em sua maior parte, pelos elementos ferro, zinco e oxigênio. Devido aos custos onerosos para disposição e por tratar-se de resíduo perigoso, a indústria procura pela possibilidade de retorno ao processo produtivo do aço. Uma das alternativas é a reintrodução na aciaria elétrica através de aglomerados autorredutores como parte da carga do FEA. Neste trabalho, são produzidas misturas autorredutoras contendo PAE e coque de petróleo, apresentando as correspondentes caracterizações químicas e físicas. Através de ensaios termogravimétricos é feita uma avaliação do comportamento destas misturas, mostrando a possibilidade do emprego desta técnica na aferição prática do teor ótimo de coque, em aglomerados. Além disto, foram produzidas pelotas autorredutoras através do uso de um disco laboratorial, sendo as pelotas submetidas a testes físicos e mecânicos, com uso de aglomerantes e também testes de autorredução em fornos mufla e em aparato experimental. Como resultados destes experimentos pode-se concluir que o cimento Portland ARI e a combinação de cal hidratada com cinza de casca de arroz possuem melhor resistência a compressão frente aos outros ligantes utilizados. O grau de metalização obtido para a maior parte das amostras não passou de 35%. A remoção de zinco foi de aproximadamente 85%, para temperatura de 1100 ºC, com 45 minutos e com 10% de coque de petróleo. Isto indica a possibilidade de enriquecimento da nova poeira gerada em zinco. Fato este que agrega valor para tratamento do resíduo em outros processos externos. / The Electric Arc Furnace Dust (EAFD) is a solid waste generated by electric steelmaking, in Electric Arc Furnaces (EAF), being considered a hazardous waste by the Environmental Protection Agency. That is because of its harmful metals, although it is composed, in majority, by elements iron, zinc and oxygen. Due to high costs involved for its disposal and because it is a hazardous waste, industry seek for the possibility of returning the EAFD back to the steelmaking process. One of the alternatives is by reintroduction via electric meltshop through self-reducing agglomerates as part of the furnace burden. In this work, self-reducing mixtures of EAFD and petroleum coke were produced, showing as result corresponding chemical and physical characterizations. Using thermogravimetric tests, an evaluation of the mixtures behavior was carried out, demonstrating the possibility of using this technique in a practical measurement of optimal content of coke, in agglomerates. Furthermore, selfreducing pellets were pelletized using a laboratorial disc, with these agglomerates being tested in physical and mechanical strength essays, with different binders employed and also selfreduction tests in vertical electric furnace and experimental apparatus. As part of the results it could be concluded cement and the combination between hydrated lime and rice husk ash achieved the best results, in compressive strength, comparing to other binders. The metallization degree for almost all samples achieved a maximum of 35%. Zinc removal, for temperatures around 1100 ºC, in an experiment of 45 minutes and using 10% of petroleum coke, was approximately 85%. It indicates the dust to be enriched with zinc. This fact adds value to the waste for treatment in other processes.