La presente tesis evalúa la efectividad de diferentes materiales activos basados en SIO2 para su utilización como materiales suplementarios en sistemas tradicionales de cemento Portland o como fuente adicional de sílice en sistemas conglomerantes no convencionales de activación alcalina, con el próposito de obtener materiales con un mejor desempeño, prolongada vida útil y de menor afectación ambiental. El humo de sílice es la adición puzolánica de mayor uso para la producción de hormigones de elevado desempeño. No obstante, su comercialización en su estado desinficado conlleva a una disminución en el grado de reactividad como consecuencia de la falta de los componentes del hormigón. La aplicación de un tratamiento ultrasonidos de elevada frecuencia mejora el grado de dispersión del humo de sílice conduciendo a un incremento en la resistencia a compresión y refinamiento de la red de poros en los morteros. Esto es atribuido a una mejora en la reactividad puzolánica lograda mediante la dispersión de las micropartículas de SIO2, para promover un mayuor consumo de portlandita durante el curado y formación de geles de C-S-H, con un mayor grado de reticulación y de cadenas más largas. Esto sugiere que la utilización de humo de sílice sonicado como adición puzolánica en sistemas tradicionales de cemento Portland puede reducir la cantidad de adición mineral requerida para lograr un desempeño específico, con la ventaja adicional de obtener una estructura altamente densifiada, una estructura de poro refinada y menor permeabilidad, contribuyendo así a aun incremento tanto en el desempeño mecánico del material como a unas mejores propiedades de durabilidad, especialmente cuando es sometido a ambientes agresivos. Adicionalmente, la activación del humo de sílice meidante tratamientos de sonicación conduce a la obtención de volúmenes elevados de partículas con diámetros inferiores a una 1 um y cuya eficacia como adición puzolánica es significativamente mayor frente a otros nano o / Rodríguez Martínez, ED. (2012). EFECTO DE LA INCORPORACIÓN DE MATERIALES BASADOS EN SÍLICE SOBRE LAS PROPIEDADES DE MATRICES DE CEMENTO PÓRTLAND Y ACTIVADAS ALCALINAMENTE [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17400

Com o intuito de valorizar resíduos localmente disponíveis foi selecionada como principal matéria prima desta pesquisa, uma cinza de fundo proveniente da queima de carvão mineral para geração de energia em uma usina termoelétrica do Estado. Uma vez que este resíduo ainda não possui destinação que lhe agregue valor, o mesmo é amplamente utilizado no preenchimento de cavas de extração de carvão ou então permanece em bacias de sedimentação, criando assim um panorama suscetível a problemas ambientais além de gerar elevados custos para seu transporte. Neste âmbito surgem com grande destaque o desenvolvimento de ligantes álcali-ativados, dentre estes os geopolímeros, que por utilizarem diversos materiais provenientes de resíduos industriais na sua produção apresentam grande redução na emissão de CO2 e no consumo energético quando são comparados ao cimento Portland. Estes materiais consistem na ativação alcalina de aluminossilicatos amorfos (precursor), sendo estes na maioria das vezes resíduos ou subprodutos industriais. Sendo assim, o presente trabalho teve por objetivo otimizar traços, com base em cinza de fundo, para a produção de ligantes e argamassas geopoliméricas. O método experimental proposto se encontra dividido em diferentes fases subsequentes à seleção e caracterização das matérias primas: (1) síntese de sistemas geopoliméricos em pasta, (2) otimização dos geopolímeros em pasta e (3) produção de argamassas geopoliméricas com verificação das propriedades mecânicas e de absorção de água. A partir da análise dos resultados observou-se que o teor de Na2O = 15% com uma concentração de silicatos solúveis no ativador (expresso como a relação molar SiO2/Na2O) igual a 1 (sistema CF-15-1,0), se mostrou ideal para as misturas com cinza de fundo. A adição de silicatos solúveis propiciou um incremento de resistência aos sistemas produzidos no geral, atingindo em alguns casos o acréscimo de até 40% na resistência aos 28 dias. Quando avaliados diferentes tamanhos de partículas a partir do beneficiamento mecânico das cinzas, observou-se que um diâmetro médio de 7 μm é o mais adequado. Com relação aos sistemas binários e híbridos testados quando comparados aos seus referenciais moldados apenas com cinza de fundo, nenhuma combinação foi capaz de superar as resistências dos referenciais. Quando produzidas argamassas geopoliméricas a partir das combinações com outros resíduos (lodo de anodização do alumínio e catalizador de equilíbrio - resíduo proveniente do processo de craqueamento catalítico em leito fluidizado de frações pesadas do petróleo) e cimento Portland, houveram quedas na resistência à compressão de maneira generalizada. A argamassa utilizada como referência (CF-15-1,0) se mostrou a matriz mais densa e consequentemente atingiu o maior desempenho mecânico com menor absorção de água por capilaridade. / In order to valorise locally available residues, bottom ash (BA) from a thermo-electrical plant was selected as the main material within the project presented here. BA does not have any commercial value and normally it is used to refill old coal mines or it is disposed in extended basins increasing the environmental impact as well as the cost related to its transport. Also there exist convincing interests in the development of non-conventional binders, i.e. alkali-activated cements (geopolimers), which can be a feasible pathway to the valorization of different industrial wastes. When alkali-activated concrete is produced under optimal conditions, it can exhibits similar or even higher mechanical performance and durability when compared to traditional Portland cement concrete. These materials are based on aluminosilicate mineral (precursor) chemically activated by an alkaline solution (activator). Thus, this project is focused in the optimization dosage of bottom ash based geopolymers in pastes and the subsequent mortars production and assessment. Mechanical performance and some permeability properties of the developed geopolyemrs were assessed. The results showed that 15% of Na2O in respect to the bottom ash with 1,0 SiO2/Na2O molar ratio as activator produced more suitable geopolymeric paste. This material was used as a reference system for the development of the proposed project. Also mechanical treatement applied to the BA reduced x% the mean particle size obteining 7 μm and this improved up to ~95% the mechanical performance of the produced geopolymers. The inclusion of Portland cement as a secondary precursor did not have significant effect under the compressive strength when compared to the BA-based systems. Furthermore, the use of other sorces of aluminosilicates, such as aluminium anodizing sludge and spent fluid cracking catalyst, also did not presented any improvement in the analysed geopolimeric systems. BA-based systems activated at 15% of Na2O using an alkali activator solution with a Ms of 1.0 showed the lowest permability and higher mechanical performance.

Com o intuito de valorizar resíduos localmente disponíveis foi selecionada como principal matéria prima desta pesquisa, uma cinza de fundo proveniente da queima de carvão mineral para geração de energia em uma usina termoelétrica do Estado. Uma vez que este resíduo ainda não possui destinação que lhe agregue valor, o mesmo é amplamente utilizado no preenchimento de cavas de extração de carvão ou então permanece em bacias de sedimentação, criando assim um panorama suscetível a problemas ambientais além de gerar elevados custos para seu transporte. Neste âmbito surgem com grande destaque o desenvolvimento de ligantes álcali-ativados, dentre estes os geopolímeros, que por utilizarem diversos materiais provenientes de resíduos industriais na sua produção apresentam grande redução na emissão de CO2 e no consumo energético quando são comparados ao cimento Portland. Estes materiais consistem na ativação alcalina de aluminossilicatos amorfos (precursor), sendo estes na maioria das vezes resíduos ou subprodutos industriais. Sendo assim, o presente trabalho teve por objetivo otimizar traços, com base em cinza de fundo, para a produção de ligantes e argamassas geopoliméricas. O método experimental proposto se encontra dividido em diferentes fases subsequentes à seleção e caracterização das matérias primas: (1) síntese de sistemas geopoliméricos em pasta, (2) otimização dos geopolímeros em pasta e (3) produção de argamassas geopoliméricas com verificação das propriedades mecânicas e de absorção de água. A partir da análise dos resultados observou-se que o teor de Na2O = 15% com uma concentração de silicatos solúveis no ativador (expresso como a relação molar SiO2/Na2O) igual a 1 (sistema CF-15-1,0), se mostrou ideal para as misturas com cinza de fundo. A adição de silicatos solúveis propiciou um incremento de resistência aos sistemas produzidos no geral, atingindo em alguns casos o acréscimo de até 40% na resistência aos 28 dias. Quando avaliados diferentes tamanhos de partículas a partir do beneficiamento mecânico das cinzas, observou-se que um diâmetro médio de 7 μm é o mais adequado. Com relação aos sistemas binários e híbridos testados quando comparados aos seus referenciais moldados apenas com cinza de fundo, nenhuma combinação foi capaz de superar as resistências dos referenciais. Quando produzidas argamassas geopoliméricas a partir das combinações com outros resíduos (lodo de anodização do alumínio e catalizador de equilíbrio - resíduo proveniente do processo de craqueamento catalítico em leito fluidizado de frações pesadas do petróleo) e cimento Portland, houveram quedas na resistência à compressão de maneira generalizada. A argamassa utilizada como referência (CF-15-1,0) se mostrou a matriz mais densa e consequentemente atingiu o maior desempenho mecânico com menor absorção de água por capilaridade. / In order to valorise locally available residues, bottom ash (BA) from a thermo-electrical plant was selected as the main material within the project presented here. BA does not have any commercial value and normally it is used to refill old coal mines or it is disposed in extended basins increasing the environmental impact as well as the cost related to its transport. Also there exist convincing interests in the development of non-conventional binders, i.e. alkali-activated cements (geopolimers), which can be a feasible pathway to the valorization of different industrial wastes. When alkali-activated concrete is produced under optimal conditions, it can exhibits similar or even higher mechanical performance and durability when compared to traditional Portland cement concrete. These materials are based on aluminosilicate mineral (precursor) chemically activated by an alkaline solution (activator). Thus, this project is focused in the optimization dosage of bottom ash based geopolymers in pastes and the subsequent mortars production and assessment. Mechanical performance and some permeability properties of the developed geopolyemrs were assessed. The results showed that 15% of Na2O in respect to the bottom ash with 1,0 SiO2/Na2O molar ratio as activator produced more suitable geopolymeric paste. This material was used as a reference system for the development of the proposed project. Also mechanical treatement applied to the BA reduced x% the mean particle size obteining 7 μm and this improved up to ~95% the mechanical performance of the produced geopolymers. The inclusion of Portland cement as a secondary precursor did not have significant effect under the compressive strength when compared to the BA-based systems. Furthermore, the use of other sorces of aluminosilicates, such as aluminium anodizing sludge and spent fluid cracking catalyst, also did not presented any improvement in the analysed geopolimeric systems. BA-based systems activated at 15% of Na2O using an alkali activator solution with a Ms of 1.0 showed the lowest permability and higher mechanical performance.

Com o intuito de valorizar resíduos localmente disponíveis foi selecionada como principal matéria prima desta pesquisa, uma cinza de fundo proveniente da queima de carvão mineral para geração de energia em uma usina termoelétrica do Estado. Uma vez que este resíduo ainda não possui destinação que lhe agregue valor, o mesmo é amplamente utilizado no preenchimento de cavas de extração de carvão ou então permanece em bacias de sedimentação, criando assim um panorama suscetível a problemas ambientais além de gerar elevados custos para seu transporte. Neste âmbito surgem com grande destaque o desenvolvimento de ligantes álcali-ativados, dentre estes os geopolímeros, que por utilizarem diversos materiais provenientes de resíduos industriais na sua produção apresentam grande redução na emissão de CO2 e no consumo energético quando são comparados ao cimento Portland. Estes materiais consistem na ativação alcalina de aluminossilicatos amorfos (precursor), sendo estes na maioria das vezes resíduos ou subprodutos industriais. Sendo assim, o presente trabalho teve por objetivo otimizar traços, com base em cinza de fundo, para a produção de ligantes e argamassas geopoliméricas. O método experimental proposto se encontra dividido em diferentes fases subsequentes à seleção e caracterização das matérias primas: (1) síntese de sistemas geopoliméricos em pasta, (2) otimização dos geopolímeros em pasta e (3) produção de argamassas geopoliméricas com verificação das propriedades mecânicas e de absorção de água. A partir da análise dos resultados observou-se que o teor de Na2O = 15% com uma concentração de silicatos solúveis no ativador (expresso como a relação molar SiO2/Na2O) igual a 1 (sistema CF-15-1,0), se mostrou ideal para as misturas com cinza de fundo. A adição de silicatos solúveis propiciou um incremento de resistência aos sistemas produzidos no geral, atingindo em alguns casos o acréscimo de até 40% na resistência aos 28 dias. Quando avaliados diferentes tamanhos de partículas a partir do beneficiamento mecânico das cinzas, observou-se que um diâmetro médio de 7 μm é o mais adequado. Com relação aos sistemas binários e híbridos testados quando comparados aos seus referenciais moldados apenas com cinza de fundo, nenhuma combinação foi capaz de superar as resistências dos referenciais. Quando produzidas argamassas geopoliméricas a partir das combinações com outros resíduos (lodo de anodização do alumínio e catalizador de equilíbrio - resíduo proveniente do processo de craqueamento catalítico em leito fluidizado de frações pesadas do petróleo) e cimento Portland, houveram quedas na resistência à compressão de maneira generalizada. A argamassa utilizada como referência (CF-15-1,0) se mostrou a matriz mais densa e consequentemente atingiu o maior desempenho mecânico com menor absorção de água por capilaridade. / In order to valorise locally available residues, bottom ash (BA) from a thermo-electrical plant was selected as the main material within the project presented here. BA does not have any commercial value and normally it is used to refill old coal mines or it is disposed in extended basins increasing the environmental impact as well as the cost related to its transport. Also there exist convincing interests in the development of non-conventional binders, i.e. alkali-activated cements (geopolimers), which can be a feasible pathway to the valorization of different industrial wastes. When alkali-activated concrete is produced under optimal conditions, it can exhibits similar or even higher mechanical performance and durability when compared to traditional Portland cement concrete. These materials are based on aluminosilicate mineral (precursor) chemically activated by an alkaline solution (activator). Thus, this project is focused in the optimization dosage of bottom ash based geopolymers in pastes and the subsequent mortars production and assessment. Mechanical performance and some permeability properties of the developed geopolyemrs were assessed. The results showed that 15% of Na2O in respect to the bottom ash with 1,0 SiO2/Na2O molar ratio as activator produced more suitable geopolymeric paste. This material was used as a reference system for the development of the proposed project. Also mechanical treatement applied to the BA reduced x% the mean particle size obteining 7 μm and this improved up to ~95% the mechanical performance of the produced geopolymers. The inclusion of Portland cement as a secondary precursor did not have significant effect under the compressive strength when compared to the BA-based systems. Furthermore, the use of other sorces of aluminosilicates, such as aluminium anodizing sludge and spent fluid cracking catalyst, also did not presented any improvement in the analysed geopolimeric systems. BA-based systems activated at 15% of Na2O using an alkali activator solution with a Ms of 1.0 showed the lowest permability and higher mechanical performance.

Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais – PPGCEM da Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / A crescente demanda por soluções econômicas e sustentáveis para a diminuição do impacto ambiental devido ao consumo dos recursos naturais e a produção de resíduos, resulta na procura por alternativas econômicas, principalmente pela fabricação de novos materiais utilizando esses rejeitos. Com base nesse cenário, este estudo objetivou a valorização dos resíduos cinza de casca de arroz (CCA) e lodo de anodização de alumínio, para a obtenção de geopolímeros. As variáveis estudadas foram os percentuais mássicos de CCA, lodo e da solução de silicato de sódio (SS) e hidróxido de sódio. Os resíduos foram caracterizados por determinação de umidade, análise química e mineralógica, espectrometria ao infravermelho e distribuição de tamanho de partícula. Além disso as CCA’s coletadas foram analisadas termicamente. Após caracterizados, os resíduos foram preparados por secagem, moagem/desagregação e peneiramento. A produção dos geopolímeros se deu pela mistura física dos componentes segundo um planejamento estatístico de misturas e logo após, os mesmos foram levados para estufa a 40°C por 28 dias. Após este período, as quatro composições geopoliméricas foram caracterizadas. Os resultados para densidade aparente, resistência mecânica à tração por compressão diametral e deformação na ruptura, foram semelhantes aos encontrados em outras bibliografias. A análise estatística dos resultados demonstrou que o lodo é o fator que mais contribui para densidade aparente, retração diametral, resistência à tração e deformação na ruptura. A solução SS+NaOH demonstrou que quanto maior seu percentual, menor densidade aparente, retração e deformação. Na análise de FTIR, foram identificadas as bandas Si-O-T, ligações características de geopolímeros. Após a análise dos resultados, comprovou-se que é possível a utilização de CCA e lodo de anodização para a fabricação de geopolímeros.

Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade do Extremo Sul Catarinense UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais com área de concentração em Tecnologia de Materiais. / Com o aumento populacional nos últimos anos, novos materiais devem ser produzidos ou criados para satisfazer as necessidades do ser humano. Com o aumento da produção desses, também há uma maior produção de resíduos industriais. Sendo assim, tecnologias alternativas para a valorização desses resíduos têm sido muito atrativas. A partir desse contexto, esta pesquisa objetivou a valorização de resíduos industriais (lodo de anodização e vidro plano) para a obtenção de geopolímeros. As variáveis de estudo foram a quantidade em massa de lodo de anodização, vidro plano, solução de hidróxido de sódio e silicato de sódio. Os resíduos utilizados no estudo foram caracterizados por análise mineralógica e química, espectroscopia ao infravermelho, distribuição do tamanho de partícula, análise térmica e determinação de área superficial. Após a caracterização, os resíduos foram preparados (secagem, moagem e peneiramento) para a geopolimerização, que consistiu na mistura física entre os componentes da síntese. Em seguida, os geopolímeros foram acondicionados e sintetizados em estufa (45°C) por 7, 28 e 90 dias de cura. Posteriormente à cura, foi realizada a caracterização das composições obtidas. A análise mineralógica mostrou a formação de um material com baixa cristalinidade, que aumentou com o tempo de cura. Nos espectros de FTIR, de todas as composições em todos os tempos de cura, foram identificadas as ligações Si-O-T, ligação química característica da formação geopolimérica. A análise micro estrutural por imagem (MEV) evidenciou uma boa formação geopolimérica, com pouca porosidade ou fissuras internas. Comparou-se a resistência mecânica das composições geopoliméricas com a do cimento Portland CP-I. Os resultados para o tempo inicial de cura (7 dias) mostram valores inferiores de resistência, mas, com 28 dias a resistência de algumas composições equiparou-se, e, com 90 dias, algumas composições apresentam valores superiores ao cimento. Os resultados de densidade aparente e real das composições geopoliméricas foram superiores ao encontrado para o cimento, o que mostra uma boa compactação da estrutura. Em relação à porosidade dos materiais, o cimento apresentou porosidade superior a das composições geopoliméricas. Após a análise dos resultados, constatou-se que é possível utilizar e valorizar resíduos industriais de vidro plano e de anodização de alumínio para a obtenção de geopolímeros.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6662.pdf: 5723374 bytes, checksum: e5636b889eedfd2a711a1f922028bab3 (MD5) Previous issue date: 2015-02-10 / Universidade Federal de Minas Gerais / Os geopolímeros (polímeros inorgânicos) têm atraído a atenção da academia por várias razões, em particular pelo fato de ser considerado um material sustentável onde subprodutos industriais podem ser utilizados como matéria prima, além de um processo de baixo custo energético. Tais materiais encontram aplicações em todos os setores industriais, dependendo da razão atômica Si:Al, responsável por suas propriedades. Atualmente seu grande volume de aplicação está na substituição do cimento Portland. Entretanto, devido às suas propriedades similares aos materiais cerâmicos e a busca cada vez maior por novas aplicações, estudos sobre geopolímeros porosos tem despertado grande interesse da academia. Porém, as rotas usadas atualmente na obtenção dessa classe de materiais são baseadas nas da construção civil para a produção do concreto aerado, de porosidade fechada, limitando sua aplicação onde porosidade aberta é necessária. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de duas novas rotas de processamento (Gelcasting Route e Gelcasting/Saponification/Peroxide Combined Route), para a criação de uma nova classe de geopolímeros porosos com porosidade aberta. Em ambas as rotas foram adotadas a técnica de espumação direta para a produção de componentes cerâmicos, sendo que a maior diferença entre elas está na natureza química do agente porogênico. Na Gelcasting Route foram usados surfactantes comerciais, e na Gelcasting/Saponification/Peroxide Combined Route foi explorada a reação de saponificação de um triglicerídeo em meio alcalino para a geração in situ de surfactante. A partir das novas rotas foram produzidos geopolímeros altamente porosos, com microestrutura homogênea, células abertas e porosidade de até 85vol%, com propriedades físicas que sugerem sua utilização como substituto de baixo custo para produtos cerâmicos em aplicações tais como, suportes de catalisadores, filtração de gases quentes, adsorção e isolamento refratário de fornos. / The geopolymers (inorganic polymers) have attracted increasing attention from academia for several reasons, particularly because it is considered a sustainable material where industrial by-products can be used as raw material, and is based on a low energy cost process. Such materials find applications in virtually all industrial sectors, depending on the atomic ratio Si: Al, responsible for its properties. Currently the application of large volumes of geopolymers is focused on replacement of Portland cement. However, due to their similar properties to ceramic materials and the search ever greater of new applications, studies particularly on porous geopolymers has also attracted great interest from the academic community. But the processing routes currently used to obtain porous geopolymers are based on the routes applied in the civil construction for the production of aerated concrete with closed porosity, limiting its application where open porosity is required. Thus, this work had as objective the study and application of two new processing routes (Gelcasting Route and Gelcasting/Saponification/Peroxide Combined Route), to create a new class of porous geopolymers with predominantly open porosity. Both techniques consist of the adoption of the direct foaming technique used for the production of ceramic components, where the major difference between them is the chemical nature of the pore forming agent. For the "Gelcasting Route commercial surfactants were used, and for the Gelcasting/Saponification/Peroxide Combined Route was explored the saponification reaction of a triglyceride in an alkaline medium for the in situ generation of surfactant. With the adoption of the suggested routes highly porous geopolymers were produced with a homogeneous microstructure, and open cell porosity of up to about 85vol%, with physical properties that suggest they may be used as a low cost replacement to highly porous ceramics in applications such as catalyst supports, filtration of hot gases, adsorption and insulating refractory furnaces.

Made available in DSpace on 2015-05-08T15:00:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 parte1.pdf: 1433244 bytes, checksum: 450e0c72891fe31b3b0fdd8deba7244b (MD5) Previous issue date: 2009-10-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This paper intends to obtain a composite having a polymer matrix as inorganic-based materials with natural geological occurrence - silicates and aluminates, resistant to high temperatures, high initial resistance and curable at room temperature, called geopolymer. For the formulation of composite particles were added quasicrystalline alloy system Al-Cu-Fe. It discussed the method for obtaining of quasicrystals and the preparation of composites. The training phase icosaedral Al65, Fe11 3Cu 22.8, 9, by conventional fusion air, was accompanied by fluorescence spectroscopy x-ray (EFRX) to monitor the composition of the melt and thereby promote the levels Corrections components of the chemical elements combine to keep its nominal composition. Alloys, then processed, were subjected to heat treatment for homogenization and stabilization phase icosaedral. The microstructure control was conducted by x-ray diffraction (XRD) (KαCu = 1.5406 A) and scanning electron microscopy (SEM) before and after heat treatment. Geopolymer matrix composites with volume fractions of quasicrystalline alloy particles equal to 5, 10, and 17% were prepared. Also, we evaluated the influence of adding different amounts of water in the resistance of the composites. The geopolymer matrix composites were characterized structurally and mechanically and the analysis results by SEM indicate that there is good adhesion between the matrix and dispersed phase, and therefore the capability to produce the composite material studied. The results of mechanical tests showed that the composite best performance was the one with 5% by volume of quasicrystalline phase, without adding water. / Este trabalho propõe-se à obtenção de um compósito, tendo como matriz um polímero inorgânico à base de materiais com ocorrência geológica natural - silicatos e aluminatos, resistentes a altas temperaturas, de alta resistência inicial e curável a temperatura ambiente, chamado geopolímero. Para formulação dos compósitos foram adicionadas partículas da liga quasicristalina do sistema Al-Cu-Fe. É abordado o método de obtenção dos quasicristais e a preparação dos compósitos. A formação da fase icosaedral Al65,3Cu22,8Fe11,9 por fusão convencional ao ar, foi acompanhada por espectroscopia de fluorescência de raios-x (EFRX) a fim de monitorar a composição do fundido e, assim, promover correções nos teores dos elementos químicos componentes da liga para manter sua composição nominal. As ligas, então processadas, foram submetidas a tratamentos térmicos para homogeneização e estabilização da fase icosaedral. O controle microestrutural foi realizado por difração de raios-x (DRX) (KαCu = 1,5406A) e por microscopia eletrônica de varredura (MEV), antes e após tratamento térmico. Compósitos de matriz geopolimérica com frações volumétricas de partículas da liga quasicristalina iguais a 5, 10, e 17% foram preparados. Também, avaliou-se a influencia da adição de diferentes teores de água na resistência dos compósitos. Os compósitos com matriz geopoliméricas obtidos foram caracterizados mecânica e estruturalmente e os resultados das análises por MEV indicam que há uma boa aderência entre a matriz e a fase dispersa, e, portanto, a potencialidade para a produção do material composto estudado. Pelos resultados das análises mecânicas o compósito que apresentou melhor desempenho mecânico foi aquele com 5% em volume de fase quasicristalina, sem a adição de água.

Los geopolímeros son materiales de construcción preparados a partir de residuos industriales ricos en aluminio y silicio mediante su activación con una solución compuesta de silicato sódico e hidróxido de sodio. Estos materiales tienen un gran potencial debido a que pueden cumplir las mismas funciones que el cemento Portland ordinario (OPC por sus siglas en inglés), pero emitiendo menor cantidad de gases de efecto invernadero durante su producción. Se ha estudiado bastante la reacción de geopolimerización y las propiedades mecánicas de geopolímeros sintetizados a partir de fly ash, sin embargo, no se ha expandido esta investigación a otra clase de residuos ricos en silicio y aluminio, tal como el producido durante la refinación del petróleo: el residuo de catalizador de craqueo catalítico (SFCC por sus siglas en inglés). En el presente trabajo se estudiaron los geopolímeros preparados a partir de este material, se desarrolló un método para detener la reacción de geopolimerización, mediante la liofilización de geopolímeros, se desarrolló un estándar interno para facilitar el seguimiento de la reacción de geopolimerización utilizando espectroscopía ATR-IR y, además, se estudió el efecto de la cantidad de agua y silicato soluble en la reacción de geopolimerización mediante difracción de rayos X y espectroscopía infrarroja de reflectancia total atenuada. Durante este estudio se observó que una mayor cantidad de agua apoya las etapas iniciales de la reacción, pero ralentiza las etapas finales. La cantidad de Si en el medio también juega un rol fundamental: en este trabajo se observó que cantidades muy altas y muy bajas del mismo pueden afectar negativamente la reacción de formación de geopolímero.

El incremento en la demanda de materiales de construcción y su producción desmesurada ocasiona un aumento en la generación de contaminantes. Por tal motivo, para reducir estas emisiones se realizan estudios e investigaciones de materiales alternativos que ocasionen menos contaminación. La presente tesis aborda el tema de desarrollo de los geopolímeros como una alternativa al cemento ordinario Portland. Para cumplir con el tema, se inició con una revisión de los conceptos generales de los geopolímeros: A qué se le denomina geopolímero y cuál es su proceso de producción, el material precursor y el agente activador en la producción y cómo están compuestos, y una descripción de los precursores empleados en la investigación. Luego de la revisión bibliográfica, la investigación se separa en dos partes definidas por el material precursor utilizado en la producción del geopolímero: Ceniza volante y puzolana natural. La primera parte consistió en la caracterización del geopolímero a base de ceniza volante para entender la producción de los geopolímeros. La caracterización consistió en obtener la dosificación con la cual se obtiene la mayor resistencia a compresión posible. La dosificación resultante fue MS=1.00, Na2O=8%, w/b=0.26 y curado a 80°C durante 7 días, con lo que se obtiene una resistencia a compresión igual a 34.01 MPa. La segunda parte consistió en el desarrollo de un bloque de construcción utilizando un mortero de geopolímero ligero en base a puzolana natural y fibra natural. El bloque obtenido alcanzó una resistencia de 5.3 y 5.7 MPa a 7 y 28 días, respectivamente. Adicionalmente, se realizó ensayos de durabilidad bajo condiciones agresivas, estos ensayos mostraron un buen comportamiento de los bloques frente a la acción del fuego, altas temperaturas y agua. El estudio realizado demuestra la factibilidad de emplear los geopolímeros en la construcción.