Un modèle de transport réactif est proposé pour simuler la réactivité des matériaux à base de ciment en contact avec une saumure saturée en CO2 et/ou le CO2 supercritique (CO2sc) dans les conditions de stockage géologique du CO2. Un code a été développé pour résoudre simultanément le transport et la chimie par une approche globale couplée, compte tenu de l'effet de la température et de la pression. La variabilité des propriétés du CO2sc avec la pression et la température, telles que la solubilité dans l'eau, la densité et la viscosité sont pris en compte. On suppose que tous les processus chimiques sont en équilibre thermodynamique. Les réactions de dissolution et de précipitation de la portlandite (CH) et de calcite (CC) sont décrites par des lois d'action de masse et des seuils de produit d'activité ioniques. Une cinétique de dissolution de CH est introduite pour faciliter la convergence numérique. La définition d'une variable principale permet de capturer la précipitation et la dissolution des phases solides à base de calcium. Une généralisation de la loi d'action de masse est développée et appliquée aux silicates de calcium hydratés (CSH) pour tenir compte de la variation continue (diminution) du rapport Ca/Si au cours de la dissolution des CSH. Les variations de porosité et de la microstructure induites par les réactions de précipitation et de dissolution sont également prises en compte. Le couplage entre le transport et la chimie est modélisé par cinq équations de bilan de masse écrites pour chaque atome (Ca, Si, C, K, Cl), ainsi que par une équation de conservation de la masse totale et celle de la charge électrique. Les lois de Darcy et de Nernst-Planck sont utilisées pour décrire le transport de masse et d'ions. Les propriétés de transport dépendent du degré de saturation et de la porosité. Le modèle est implémenté dans le code de volumes finis, Bil. Les principes de cette méthode et l'approche de modélisation sont discutés et illustrés sur un exemple simple. Ce modèle est en mesure de simuler les processus de carbonatation des matériaux à base de ciment, dans des conditions à la fois saturés et insaturés, dans une large plage de concentration de CO2, de température et de pression. Plusieurs expériences, rapportées dans la littérature, sont simulées en utilisant divers types de conditions aux limites: (i) solutions saturées ou non en CO2 et carbonate de calcium, (ii) gas supercritique de CO2. Les prédictions sont comparées avec les observations expérimentales. Certains phénomènes observés expérimentalement peuvent être également expliqués par le modèle / A reactive transport model is proposed to simulate the reactivity of cement based material in contact with CO2-saturated brine and supercritical CO2 (scCO2) under CO2 geological storage conditions. This code is developed to solve simultaneously transport and chemistry by a global coupled approach, considering the effect of temperature and pressure. The variability of scCO2 properties with pressure and temperature, such as solubility in water, density and viscosity are taken into account. It is assumed that all chemical processes are in thermodynamical equilibrium. Dissolution and precipitation reactions for portlandite (CH) and calcite (CC) are described by mass action laws and threshold of ion activity products in order to account for complete dissolved minerals. A chemical kinetics for the dissolution and precipitation of CH and CC is introduced to facilitate numerical convergence. One properly chosen variable is able to capture the precipitation and dissolution of the relevant phase. A generalization of the mass action law is developed and applied to calcium silicate hydrates (C-S-H) to take into account the continuous variation (decrease) of the Ca/Si ratio during the dissolution reaction of C-S-H. The changes in porosity and microstructure induced by the precipitation and dissolution reactions are also taken into account. Couplings between transport equations and chemical reactions are treated thanks to five mass balance equations written for each atom (Ca, Si, C, K, Cl) as well as one equation for charge balance and one for the total mass. Ion transport is described by using the Nernst-Plank equation as well as advection, while gas and liquid mass flows are governed by advection. Effect of the microstructure and saturation change during carbonation to transport properties is also considered. The model is implemented within a finite-volume code, Bil. Principles of this method and modeling approach are discussed and illustrated with the help of a simple example. This model, with all the efforts above, is able to simulate the carbonation processes for cement based materials, at both saturated and unsaturated conditions, in a wide CO2 concentration, temperature and pressure range. Several sets of experiments, including sandstone-like conditions, limestone-like conditions, supercritical CO2 boundary and unsaturated conditions reported in the literature are simulated. Good predictions are provided by the code when compared with experimental observations. Some experimental observed phenomena are also explained by the model in terms of calcite precipitation front, CH dissolution front, porosity profile, etc

L’objectif de cette thèse sous contrat cifre entre la société S3d et l’Ecole des Mines de Nantes a été de développer une solution innovante et rentable de production de bio-GNV (Gaz Naturel pour Véhicules) à l’échelle d’une exploitation agricole. Les solutions testées pour capter le CO2 et l’H2S se sont respectivement basées sur les réactions de carbonatation accélérée et la sulfuration du fer sur matériaux alcalins. Pour cela, un co-produits industriels à faible valeur ajoutée a été identifié : les laitiers sidérurgiques issus de four de conversion à oxygène (laitiers BOF pour Basic Oxygen Furnace). Des essais ont été menés à l’échelle du laboratoire sur le CO2 etl’H2S en réacteurs statiques puis en colonne dynamique. L’étude de la carbonatation accélérée du CO2 sur les laitiers BOF et la chaux a permis d’estimer les capacités de capture du CO2 à 49 gCO2/kgBOF pour les BOF contre 265,4 gCO2/kg chaux pour la chaux. La sulfuration des laitiers par H2S a conduit à une capacité de capture de 7,0 ± 1,0 gH2S/kgBOF. Suite à ces résultats, la faisabilité technique a été évaluée sur un biogaz réel produit sur une exploitation agricole vendéenne. Des tests sur site dans une colonne garnie de 200 g de laitiers en lit fixe pendant 46 jours ont permis de valider la faisabilité de la désulfurisation parles laitiers BOF en conditions réelles. Cependant, les réflexions menées sur la carbonatation du CO2 ont conduit à l’introduction d’une solution alternative à savoir la filtration membranaire. Enfin, le bilan économique sur la filière complète a montré que la rentabilité de cette unité était contrainte par un investissement de 75 000 € subventionné à 30% et la consommation d’au moins 6 pleins/semaine. / Bio-NGV (bio- Natural Gas for Vehicles) is a bio-fuel based on the biogas in which components such as CO2and H2S are removed. But the economical feasibility of available and commercial technologies to perform these removals is limited to 80 Nm3/h of treated biogas. Regarding farm scale biogas plant, fuel needs of 1 fill-upper day would represent the treatment of only 1 Nm3/hof raw biogas. The aim of our work was to develop a solution economically adapted to farm scale to produce bio-NGV from biogas. An alternative and low cost material, BOF slag (Basic Oxygen Furnace slag), was then identified to perform CO2 removal by accelerated carbonation and H2S removal by iron sulfidation. The accelerated carbonation feasibility was evaluated in batch and dynamic reactors under laboratory conditions. But, removal capacities obtained were insufficient to be used under real conditions. Lime was then tested and CO2 removal capacities observed were higher than BOFslag ones but still insufficient. Iron sulfidation by H2Swas also tested under laboratory conditions. Batch reactor and dynamic column investigations led to an interesting H2S removal capacity of 7,0 ± 1,0 gH2S/kgBOF. Based on this result, performances were also validated under real conditions on the biogas produced on site field. According to the whole experimental data, the complete process of bio-NGV production was designed including the H2S removal performed by BOF slag, CO2 removal achieved in two membranes and the 200 bars compression. Finally, the overall economical balance has showed that a total investment of 75 000 € with a subsidy rates of 30% and a weekly fuel consumption between 6 and 28 fill-up/week will lead to a profitable project.

Cette thèse de doctorat est réalisée en partenariat avec EDF et s’inscrit dans le cadre de la gestion du parc de tours aéroréfrigérantes des centrales nucléaires. Certaines tours présentent des fissures qui peuvent favoriser la carbonatation du béton d’enrobage et ainsi accélérer l’initiation de la corrosion des armatures. L’objectif de ce travail est de caractériser l’impact de ces fissures sur l’initiation et la propagation de la corrosion des armatures. Un programme expérimental dédié est détaillé. Dans un premier temps, un protocole de fissuration permettant de reproduire les fissures observées sur les tours est défini. Une attention particulière a été portée à la limitation de l’endommagement de l’interface acier/béton. Les éprouvettes fissurées sont ensuite carbonatées (de manière accélérée) dans le double but de mesurer la longueur de la zone d’interface altérée et de dépassiver l’armature en fond de fissure pour permettre l’initiation de la corrosion. La corrosion est contrôlée en laboratoire par l’intermédiaire de cycles de pluie/séchage et l’état de corrosion est caractérisé par différentes techniques (desquamation, microscopie optique, spectroscopie Raman, suivi de potentiel de corrosion libre). Différentes configurations représentatives du service des tours aéroréfrigérantes sont testées (3 ouvertures de fissures, 2 orientations de fissures, température, HR, etc.). Les résultats obtenus permettent de montrer qu’après une période d’initiation, la vitesse moyenne de corrosion décroit rapidement et que l’acier tend à se repassiver. Cette repassivation est liée à la formation d’une couche d’oxydes en fond de fissure qui limite l’accès de l’oxygène et de l’eau à l’armature. / This thesis is performed in partnership with EDF in the framework of concrete ageing management of cooling towers of Electricity of France (EDF) nuclear power plants. Indeed some of them can be affected by cracks which may promote the carbonation of the concrete cover and accelerate the reinforcement corrosion initiation. The objective of this work is to characterize the impact of these cracks on the initiation and propagation of reinforcement corrosion. A dedicated experimental program is detailed. Firstly, a cracking protocol reproducing cracks found in the concrete of cooling towers is defined. Particular attention was paid to limit the damage along the steel/mortar interface. Cracked specimens are thereafter exposed to accelerated carbonation for the dual purpose of measuring the length of the damaged interface and accelerating the depassivation of the rebar deep in the crack in order to accelerate the corrosion initiation. The corrosion is controlled in the laboratory via raining/drying cycles and its state is characterized by several technics (desquamation, optical microscopy, Raman spectroscopy, monitoring of the free corrosion potential). Different configurations representative of the cooling towers are tested (three crack openings, 2 crack orientations, temperature, relative humidity, etc.). Obtained results show that after the corrosion initiation period, the corrosion kinetics decreases rapidly and the reinforcement tends to repassivation. This repassivation is related to the formation of oxide layer deep in the crack limiting therefore the access of water and oxygen to the rebar.

Le procédé Solvay génère d’énormes quantités de saumures résiduaires au pH alcalin contenant portlandite, brucite et silicates de calcium hydratés. La carbonatation conduit à un abaissement du pH, ce qui favorise la formation de deux phases majoritaires : la calcite et le gypse. L’objectif de la thèse est de valoriser les saumures résiduaires carbonatées par séparation des phases en colonne de flottation. L’étude de la carbonatation en réacteur batch, puis en colonne de carbonatation pilote montre qu’il est préférable de ne pas carbonater les saumures résiduaires jusqu’à l’équilibre thermodynamique. En effet, la mise en solution de métaux lourds intervient à partir d’un pH de l’ordre de 7,5, ce qui limiterait les rejets des saumures dans l’environnement. En outre, une carbonatation brusque et incomplète est souhaitable pour une meilleure séparation des phases par flottation. Les essais de flottation réalisés sur une colonne de 7,6 cm de diamètre et de 3 m de haut ont montré une faisabilité de la séparation des deux minéraux calciques avec l’oléate de sodium comme collecteur malgré une abondante littérature incitant à la prudence. La différence entre la taille des particules de carbonates et celle des particules de sulfates et leurs hydratations de surfaces, ainsi qu’une force ionique élevée du milieu permettent une bonne séparation des phases. Une étude des saumures synthétiques permet de mettre en évidence le rôle des cations métalliques (nature, rayon, charge…) sur la coalescence des bulles dans les conditions dynamiques et dans un milieu à forte force ionique. Une étude des paramètre de fonctionnement effectué sur une colonne de 30,5 cm de diamètre et de 10 m de haut ont permis la modélisation du procédé de flottation en colonne dans le but de proposer une procédure de dimensionnement du procédé industriel. La confrontation des résultats de simulation aux résultats réels permet la détermination des intensités des microprocessus de flottation (attachement/détachement), et conduit à la proposition d’une installation industrielle avec deux colonnes de flottation en série / Solvay process generates huge amounts of waste brines at alkaline pH containing portlandite, brucite and calcium silicate hydrates. Carbonation leads to lowering of pH which favors formation of two predominant phases: calcite and gypsum. The aim of this thesis is to develop carbonated waste brines valorization by phase separation in flotation column Study of carbonation in a batch reactor and in a carbonation pilot column shows it is preferable not to carbonate waste brines until thermodynamic equilibrium. Indeed dissolution of heavy metals occurs from a pH of about 7.5 thereby limiting discharge of brines in the environment. In addition, a sudden and incomplete carbonation is appropriate for phase separation by flotation. Flotation tests carried out in a 7.6 cm diameter and 3 m high column showed feasibility of the separation of the two calcium minerals using sodium oleate as a collector despite abundant literature for caution. The differences between the particle size of carbonates and sulfates and their surface hydration, as well as the high ionic strength of the medium allow an efficient separation of phases. Study of synthetic brines highlights the role of metal cations (nature, radius, charge…) on bubble coalescence in dynamic conditions in an environment with high ionic strength. Study of operation parameter performed on a 30.5 cm diameter and 10 m high column enabled the modeling of the column flotation process in order to provide a scale-up procedure of industrial process. Comparison of simulation results with actual results allows the determination of intensities of flotation subprocesses (attachment/detachment), and led to the proposal of an industrial plant with two flotation columns in series

L'entreprise Juxta produit des résines pour des revêtements transparents de fortes épaisseurs en polyuréthane. Ces revêtements sont fabriqués à partir de deux produits dangereux : les isocyanates et un catalyseur à base de mercure. Pour protéger ses employés et consommateurs, l'entreprise Juxta a lancé un projet de substitution des isocyanates dans les polyuréthanes. Pour ce faire, trois nouvelles voies de synthèse ont été envisagées :La voie cyclocarbonate/amine est la plus novatrice. Dans un premier temps, la réactivité de cyclocarbonates et d'amines modèles a été étudiée ainsi que l'effet de différents catalyseurs. Les meilleurs catalyseurs sont de la famille des thiourées, urées et guanidines. Puis une voie d'accès à des cyclocarbonates incolores a été mise au point. Enfin, une étude a permis de mettre en évidence que les liaisons hydrogènes étaient responsables du faible avancement de la réaction lors de la synthèse de polyhydroxyuréthanes linéaires.La voie époxy/amine a permis de développer une gamme de matériaux transparents avec des Tg allant de 18 à 47°C. Une étude IR a été réalisée, permettant de mieux appréhender le phénomène de carbonatation de l'amine, récurent lors de la synthèse de résines époxys à température ambiante. L'utilisation de prépolymères aminotéléchéliques permet de contourner ce phénomène.La voie acrylate/amine a permis de développer un matériau transparent de basse Tg, -12°C. L'étude de la réactivité des acrylates avec les amines a été réalisée par DSC et RMN. Des tests de formulation ont été effectués dans le but d'augmenter la Tg / Juxta company produces thick transparent polyurethane coatings. These coatings are made from hazardous compounds, isocyanates and a mercury based catalyst. In order to protect its employees and consumers Juxta company wants to get rid of the isocyanates in its formulations. Therefore, three new synthesis pathways have been considered.The carbonate/amine pathway is the more innovative one. First, the reactivity and catalysis of model cyclocarbonates and amines were studied. The thioureas, ureas and guanidines proved to be very efficient catalyst families for the cyclocarbonate aminolysis. Then a synthesis was developed to obtain transparent cyclocarbonates. To conclude, a study conducted on linear polyurethanes demonstrated that hydrogen bondings are responsible for the low conversions observed with this reaction.Transparent materials with Tg ranging from 18°C to 47°C were synthesized using the epoxy/amine pathway. An IR study was performed to better understand the amine carbonation phenomenon. It is a frequent phenomenon when the epoxy resins are synthesized at room temperature. Aminotelechelic prepolymers can be used to circumvent it.A low Tg (-12°C) transparent material was synthesized using acrylate/amine synthesis. The couple reactivity was studied by DSC and NMR. Then several formulations were performed in order to increase the Tg

La carbonatation est une pathologie qui affecte les matériaux à base de ciment tels que les bétons et lesmortiers. Les zones carbonatées du matériau deviennent fragiles et perdent ainsi leur pouvoir deprotection des aciers contre la corrosion. Les produits de corrosion engendrent alors une dégradation dubéton pouvant aboutir à la ruine de la structure.Six types de bétons adjuvantés et deux pâtes de ciments ont été formulés grâce à une étude rhéologiqueafin d'étudier l'effet de la carbonatation accélérée et naturelle sur la durabilité des bétons et des pâtesde ciments à base de ressources algériennes. Pour ce faire, plusieurs méthodes d'investigation sontutilisées, aussi bien à l'échelle macroscopique que microscopique.En conclusion, le modèle rhéologique empirique développé peut être utilisé pour formuler des bétonsrésistants à la carbonatation. L'étude de la carbonatation démontre que le protocole accéléré, peut serévéler moins agressifs que la carbonatation naturelle, notamment pour des pâtes de ciment denses.Dans ce cas, la carbonatation accélérée de la surface tend à combler la microporosité superficielle dubéton, freinant ainsi la diffusion du dioxyde de carbone, contrairement à la carbonatation naturelle quiagit de manière plus diffuse sans totalement obstruer la porosité. Moins les bétons sont compacts, plusle protocole accéléré s'avère effectif.

L'objectif de ce travail est de contribuer à la valorisation du métakaolin en substitution du ciment dans les matrices cimentaires en levant certains verrous scientifiques. En effet l'utilisation d'additions minérales modifie les propriétés des bétons, que cela soit à l'état frais, à l'état durcissant ou à l'état durci. A l'état frais, la rhéologie a été étudiée avec l'adaptation et l'application d'une méthode de formulation pour béton auto-plaçant. Cette application a été développée jusqu'à l'échelle industrielle. A l'état durcissant, la phase d'hydratation a été étudiée en s'attardant particulièrement sur l'effet de la nature du ciment substitué sur la réactivité du métakaolin. Enfin à l'état durci deux caractéristiques de durabilité ont été explorées, à savoir l'effet du métakaolin sur la carbonatation dans une première partie, puis sur la diffusion des chlorures dans une deuxième partie. / The objective of the present thesis was to promote the use of metakaolin as substitute for cement in cementitious matrix by unlocking several scientific challenges. The use of mineral additions modifies the properties of concrete in the fresh state, the hardening state and the durability state. In the fresh state, rheology was studied by adapting a formulation method for self-compacting concretes. This application was then further developed to be used at an industrial scale. In the hardening state, the hydration phases were analysed with a focus on the effect of the cement nature on the metakaolin reactivity. Finally in the durability state, two particular features were studied:1) the metakaolin effect on the carbonation kinetic and 2) the effect of the metakaolin on the chloride diffusion.

La fabrication du ciment, par sa phase de clinkérisation, est très énergivore et émet une quantité importante de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. En effet, la production d'une tonne de clinker génère environ une tonne de CO2. Afin de réduire ces émissions, une des alternatives est l'utilisation des additions minérales dans la confection des bétons en remplacement partiel du ciment. Cette substitution apparait comme une des solutions les plus efficaces permettant à la fois de diminuer l'énergie consommée et de réduire le dégagement de CO2 dans l'atmosphère. Cette étude s'inscrit dans un projet plus global de développement des bétons de bâtiment à matrices binaires (ciment + additions) s'appuyant sur des critères de propriétés de transfert. En effet, afin de répondre à certaines exigences de durabilité, une campagne expérimentale a été menée sur des bétons confectionnés selon la norme européenne NF EN 206 qui autorise deux méthodes de formulation : * l'approche dite prescriptive, qui porte sur des obligations de moyens, * l'approche dite performantielle, qui consiste à fixer des exigences en terme de performances basées sur des indicateurs généraux ou spécifiques de durabilité. Ce travail de recherche a donc consisté à comparer les propriétés physico-chimiques de bétons à forte teneur en addition minérale (filler calcaire, cendre volante, laitier de haut fourneau et métakaolin), dérogeant à l'approche prescriptive avec celles des bétons de référence répondant à cette même norme. Cette comparaison s'est effectuée au travers d'indicateurs de durabilité généraux (porosité accessible à l'eau, perméabilité à l'oxygène, coefficient de migration des ions chlorure et teneur en Ca(OH)2) et d'indicateurs spécifiques : la résistance à la carbonatation naturelle et accélérée. D'un point de vue méthodologique, les travaux réalisés dans le cadre de cette recherche ont montré l'intérêt de l'approche performantielle pour la formulation des bétons. Mais, à l'heure actuelle, les outils disponibles, c'est à dire les indicateurs généraux et spécifiques, ne sont pas suffisants pour répondre à l'ensemble des bétons couvrant ce texte normatif. A l'échelle du matériau (béton pour une application en bâtiment), les campagnes expérimentales menées ont montré que dans la majorité des cas, les bétons à forte teneur en addition minérale (dérogeant aux spécifications) présentent des comportements proches de ceux observés sur les bétons de référence (répondant à l'approche prescriptive). / The manufacturing of cement, by its clinkering process, is very energy-consuming and emits an important quantity of greenhouse gases in the atmosphere (1 ton of clinker produced 1 ton of CO2 released into the atmosphere). To maximize this latter from an environmental point of view, it is necessary to reduce the cement content. This can be done by replacing part of the cement with mineral additives during the manufacturing phase. This substitution seems one of the most effective solutions allowing, at the same time, to decrease the energy consumed and to reduce the release of CO2 into the atmosphere. This study is part of a more comprehensive development project of concrete building binary matrices (cement + mineral additives) based on transfer properties criteria. Indeed, in order to answer certain sustainability requirements, an experimental campaign was conducted on concrete, made according to the new European standard (EN 206) that allows two methods of formulation: * a traditional prescriptive approach, based on limiting values for the composition (minimum binder content, maximum water to binder ratio, compressive strength class...) of concrete exposed to some aggressive environmental conditions, * an innovative method based on a performance approach for concrete properties. The present work aims at studying the physico-chemical properties of cementitious materials with high substitution rates of cement by mineral additions (limestone filler, fly ash, slag, metakaolin) derogating from the prescriptive approach with reference to concrete corresponding to the same standard. This comparison was made with general durability indicators (water porosity, oxygen permeability, chloride migration coefficient and portlandite content) and specific durability indicators: carbonation in natural and accelerated conditions. From a methodological point of view, the research carried out in the framework of this project has shown the interest of the performance-based approach with regards to the concrete formulation. But at the moment, the available tools, namely the general and specific indicators, are not sufficient to respond to all these types of concrete. However, considering the performance, economic and environmental criteria, laboratory results showed that concrete made according to a performance-based approach had a performance close to reference concrete and the standard prescription could still be reassessed.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-09-05Bitstream added on 2014-06-13T19:33:32Z : No. of bitstreams: 1 sauerbronn_wm_me_rcla.pdf: 7206084 bytes, checksum: a5da4b70f950a8c305478ed492fa97bd (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A redução das emissões de gases de efeito estufa representa um grande desafio tecnológico aos modelos industriais vigentes. Neste sentido, os mecanismos de desenvolvimento limpo (MDL’s) e o seqüestro de CO2 fundamentam os planos de crescimento sustentável. Atualmente, inovadoras pesquisas consideram também o seqüestro de CO2 por meio da carbonatação mineral, onde minerais silicáticos ricos em magnésio, cálcio, ferro e manganês são convertidos em carbonatos, por meio de reações com o CO2 em estado supercrítico ou em solução. Nas proximidades do distrito industrial de Paulínia (SP), ocorrem rochas metabásicas e metaultramáficas relacionadas aos Complexos Amparo e Itapira, que representam terrenos metamórficos de grau médio a alto. Nessa área as metabásicas são representadas por anfibolitos, actinolita-xistos e hornblenditos, e são encontradas sob a forma de lentes ou camadas estiradas intercaladas a rochas quartzo-feldspáticas. As metaultramáficas ocorrem em corpos pequenos e descontínuos, muitas vezes de estrutura maciça e composição mineralógica rica em olivina, piroxênio e anfibólio. O potencial destas rochas, em duas áreas selecionadas, foi avaliado para uso em processos de carbonatação mineral, com base em análises petrográficas e litogeoquímicas, fornecendo valores da ordem 73 x 106 toneladas de CO2 seqüestrável. / Greenhouse effect gas emission reduction has been a great technological challenge to the industrial models standings. Furthermore, the clean development mechanism (CDM) and CO2 sequestration are fundamental on sustainable development in order to reach safer levels of CO2. Nowadays, innovate researchers have also considered the CO2 sequestration by mineral carbonatation, where silicates rich in Mg, Ca and Fe are transformed into carbonates. Nearby to the industrial district of Paulinia (São Paulo), high grade metabasic and ultramaphics rocks of Amparo-Itapira Complex occur. The metamorphic rocks consisting of amphibolites, actinolite-schist and hornblend-rich amphibolite are found intercalated with quartz-feldspatic rocks as lenticular layers. The ultramafic rocks present as discontinuous massive bodies are rich in olivine, pyroxene and amphibole. Carbon sequestrating potential of two selected areas, based on petrographic and litogeochemical analyses are estimated to be capable of capturing approximately 73 x 106 tons of CO2.

Carbonation is a natural phenomenon for concrete structures and occurs due to the reaction between CO2, which is concentrated in the environment, and Ca(OH)2, which is present in the cementitious matrix. Carbonation reaction reduces the pH of the concrete and causes the destruction of the passivation layer, which surrounds the steel armor, leaving it vulnerable to the process of corrosion. In this study, was investigated the performance against the carbonation of concrete with the addition of water treatment plant sludge ashes, in concentrations of 5%, 10%, 15%, 20%, 25% and 30% replacing Portland cement, as well as a reference blend without mineral admixtures. All mixtures were molded with three w/b ratios (0.35; 0.50 and 0.65) and with two periods of wet cure (three and seven days). Concrete specimens underwent preconditioning according to RILEM TC 116-PCD, targeting the moisture balance (75% ± 2%) in an aerial environment with constant temperature (23° C ± 2° C) and uniform moisture distribution. Afterwards, specimens were forwarded to a carbonation chamber, with humidity (75 ± 2%), temperature (23°C ± 2° C) and CO2 concentration (3%) duly regulated. Specimens were tested after 4, 8, 12 and 16 weeks of CO2 exposure through phenolphthalein spraying, the depths of carbonation is obtained and, therefore, the carbonation coefficients. Results revealed that the incorporation of water treatment plant sludge ashes into concrete leads to increases in its carbonation, in all mixtures investigated. Comparisons with the results for Porosimetry by Mercury Intrusion and Thermogravimetry enable attribute this effect to the microstructural change and decrease of alkalinity of the mixture with addition of sludge ash. Through an analysis of equal resistance, it was found that concrete with addition of sludge ash water treatment are feasible, from the point of view of carbonation's lifespan, only to higher strength levels. / A carbonatação é um fenômeno natural às estruturas de concreto, ocorrendo pela reação entre o CO2, concentrado no ambiente, e o Ca(OH)2, presente na matriz cimentícea. A reação de carbonatação provoca a redução do pH do concreto, causando a destruição da camada passivadora, que envolve a armadura de aço, deixando esta vulnerável ao processo de corrosão. Nesta pesquisa, foi investigado o desempenho, frente à carbonatação, de concretos com adição de cinzas de lodo de estação de tratamento de água, nos teores de 5%, 10%, 15%, 20%, 25% e 30% em substituição ao cimento Portland, bem como uma mistura de referência, sem adições minerais. Todas as misturas foram moldadas com três relações a/agl (0,35; 0,50 e 0,65) e com dois períodos de cura úmida (três e sete dias). Os corpos-de-prova de concreto foram submetidos à um pré-condicionamento, conforme procedimentos sugeridos pela norma RILEM TC 116-PCD, visando o equilíbrio de umidade (75% ± 2%) em um ambiente aéreo com temperatura constante (23°C ± 2°C) e distribuição uniforme de umidade. Posteriormente os corpos-de-prova foram encaminhados para uma câmara de carbonatação, com umidade (75% ± 2%), temperatura (23°C ± 2°C) e concentração de CO2 (3%) devidamente reguladas. Os corpos-de-prova foram ensaiados após 4, 8, 12 e 16 semanas de exposição ao CO2, por meio de aspersão de fenolftaleína, sendo obtidas as profundidades de carbonatação e, com isso, os coeficientes de carbonatação. Os resultados demonstraram que a incorporação de cinzas de lodo de estação de tratamento de água ao concreto acarreta no aumento da carbonatação nos mesmos, para todas as misturas investigadas. Comparações com resultados de Porosimetria por Intrusão de Mercúrio e Termogravimetria permitiram atribuir este efeito às alterações microestruturais e a diminuição da reserva alcalina das misturas com adição de cinzas de lodo. Através de uma análise em igualdade de resistência, constatou-se que os concretos com adição de cinzas de lodo de estação de tratamento de água são viáveis, do ponto de vista da vida útil frente à carbonatação, apenas para níveis de resistência mecânica mais altos.