Orientador: Jorge Luís Akasaki / Banca: Haroldo de Mayo Bernardes / Banca: João Adriano Rossignolo / Resumo: Desde a década de 70 o Brasil vem apresentando uma maior quantidade de estruturas de concreto armado em deterioração. A preocupação com a durabilidade destas estruturas tornou-se motivo de inúmeras pesquisas visando contribuir com a qualidade e com a redução dos custos com manutenção e reparos. Este trabalho avaliou a durabilidade do concreto de alto desempenho com adições, substituindo parte de cimento e agregados presentes no concreto pela cinza da casca de arroz e borracha de pneu respectivamente. Os ensaios de durabilidade submeteram os concretos a diversos processos de degradação, como a ação da água, temperatura, sais e solução ácida. Com a análise dos resultados foi possível verificar a interferência das adições no combate às ações deletérias no concreto para os traços dosados com Sílica Ativa, Cinza da Casca de Arroz e estes dois com a adição de borracha de pneu. Em geral o estudo mostrou que a durabilidade não foi comprometida com adição dos resíduos, além disso, a borracha mostrou-se muito eficaz no combate a ação de agentes químicos, a altas temperaturas e a entrada de água. A CCA mesmo com maior diâmetro de suas partículas conseguiu resultados similares à relação à Sílica Ativa. Os resultados também mostraram os tipos de aplicação para os concretos produzidos, em relação a sua durabilidade. Para obras que necessitam de elevada resistência à compressão, expostas à água sob pressão e com contenção à entrada de íons cloreto, os traços sem borracha foram mais favoráveis. Para obras hidráulicas com baixa pressão hidrostática, que necessitam de resistência ao ataque químico e contenção de fissurações por altas temperaturas, os traços contendo borracha apresentaram melhores resultados / Abstract: Since the decade of 70 Brazil is presenting a growing degradation in their structures of armed concrete. The concern with the durability of these structures became motivate of countless researches seeking to contribute with the quality and with the reduction of the costs with maintenance and repairs. This work evaluated the behavior of the durability of the high-performance concrete with additions, substituting part of cement and aggregates, in the concrete, for the rice husk ash and tire rubber respectively. The rehearsals of durability submitted the concretes to several degradation processes, as the action of the water, temperature, salts and acid solution. With the analysis of the results it was possible to verify the interference of the additions in the combat to the harmful actions in the concrete for the mixes with silica fume, rice husk ash and these two with the addition of tire rubber. In general the study showed that the durability was not committed with addition of the residues, besides, the tire rubber showed very effective in the combat of action of chemical agents, to high temperatures and the entrance of water. Same rice husk ash with larger diameter of their particles had similar results to the silica fume. The results also showed the application types for the produced of those concretes, in relation to durability. For works that need high resistance to the compression, exposed to the water under pressure and with contention to the entrance of chlorides, the lines without tire rubber were more favorable. For hydraulic works with low water pressure, that need resistance to the chemical attack and contention of cracks for high temperatures, the lines containing tire rubber presented better results / Mestre

L’optimisation des performances énergétiques du bâtiment et la réduction des émissions de CO2 générées par le secteur de la construction sont devenus des enjeux majeurs. Il s’agit non seulement de réduire considérablement les consommations d’énergie liées au chauffage et à la climatisation durant la période de fonctionnement des bâtiments mais aussi de choisir des matériaux à faible impact carbone en privilégiant l’utilisation de ressources renouvelables et locales. Ces dernières années ont vu naître un intérêt croissant pour les bétons de chanvre. Ces agromatériaux associent un granulat végétal issu de la tige du chanvre avec un liant minéral. Il en résulte un matériau isolant qui présente une certaine efficacité à réguler les variations de température et d’humidité. Considérés comme multifonctionnels, les bétons de chanvre constituent une alternative écologique aux enveloppes traditionnelles. Face aux matériaux à isolation répartie comme le béton cellulaire ou la brique dont l’impact carbone est élevé, les bétons de chanvre présentent l’inconvénient d’être peu résistants mécaniquement et sont de ce fait associés à une structure porteuse. Ce travail de thèse s’inscrit dans une démarche visant d’une part à diversifier la ressource végétale utilisée pour la confection des agromatériaux de construction en développant un béton innovant incorporant les balles de riz de Camargue et d’autre part à étudier certains procédés dans l’optique d’améliorer les performances mécaniques de ces matériaux après les premiers mois de cure. Le premier objectif a consisté à caractériser la balle de riz naturelle préalablement à son association avec un liant à base de chaux. Les caractéristiques propres au granulat de balles de riz se sont traduites par la fabrication d’un agrobéton moins dosé en eau et de densité apparente plus élevée que celle du béton de chanvre (en restant inférieure à 800 kg.m-3). La conductivité thermique du béton à base de balles de riz s’est montrée similaire à celle du béton de chanvre pour un ratio massique « liant/granulat (L/G) » identique. En revanche, les performances mécaniques en compression se sont révélées plus faibles pour le béton à base de balles de riz après 1 mois de cure à 20°C et 50%HR.Le second axe de travail s’est porté sur le suivi temporel des caractéristiques mécaniques et du durcissement du liant jusqu’à 10 mois de conservation soit à 20°C et 50%HR soit en conditions extérieures. Les bétons de chanvre se sont caractérisés par un gain de résistance en compression plus favorable que celui observé sur les bétons de balles de riz malgré une cinétique de durcissement du liant équivalente. Cette conservation naturelle a été comparée à une cure en carbonatation accélérée (CO2). Les résultats ont montré que ce procédé a permis d’obtenir une résistance en compression 2 mois après la fabrication des éprouvettes équivalente à celle obtenue après 10 mois de conservation à l’extérieur. Considérant que la résistance mécanique du béton à base de balles de riz est limitée par la liaison mécanique liant/particule, ce travail s’est porté également sur l’effet d’un traitement des particules à l’eau de chaux saturée. S’il s’est montré inefficace pour le béton de chanvre, il a permis d’améliorer la résistance en compression des bétons à base de balles de riz.Enfin, cette étude a traité de l’effet d’une cure humide (95%HR) et d’une élévation de température (50°C) sur le durcissement du liant et l’acquisition des résistances mécaniques à court terme. L’étude a été préalablement menée sur des mortiers de chaux. Les résultats ont montré que ce type de cure permet une très forte augmentation de la résistance mécanique du liant après 28 jours par un effet cinétique sur les réactions d’hydratation. Toutefois, ces conditions de cure ont entrainé une perturbation de la zone de transition entre le liant et la particule et par conséquent une dégradation des propriétés mécaniques des agrobétons. / The improvement of building energy efficiency and the reduction of CO2 emissions from the construction industry have become a major issue over the last years. We need to cut the energy consumption linked to heating and cooling of buildings during their operating period but also to choose materials with low carbon footprint using renewable and local resources.Hemp concretes are more and more used in green construction. These bio-based building materials consist of hemp-derived aggregates mixed with mineral binders and water. These concretes have attractive insulating properties and present some effectiveness in buffering variations of temperature and humidity in buildings. Considered as a multifunctional material, hemp concrete can offer an eco-friendly alternative to traditional building envelopes but have the disadvantage of being very low strength. Unlike cellular concrete or clay bricks, hemp concretes cannot be used as load-bearing materials but for infilling walls with a wood timber frame. The aim of this thesis work is, on the one hand, to diversify plant aggregates used for the manufacturing of bio-based concretes by developing an innovative material based on local rice husk from the Camargue area and on the other hand to investigate some processes in order to increase mechanical strength of these materials after the first months of curing. The first objective of this work was to characterize rice husks prior to incorporating them in a lime-based mix. Intrinsic features of rice husks led to the manufacturing of a new bio-based concrete designed with a lower water content and a higher apparent density than hemp concrete (by remaining below 800 kg.m-3). Thermal conductivity of rice husk concrete was comparable to that of hemp concrete for a given « binder on aggregates (B/A) » mass ratio. Nevertheless, mechanical performances in compression have proved lower for the rice husk concrete after one month of hardening at 20°C and 50%RH. The second line of the work dealt with the evolution of mechanical properties and binder hardening over time. Specimens were cured during 10 months either at 20°C and 50%RH or exposed outdoors. Hemp concrete exhibited a higher compressive strength gain over time than that achieved for rice husk concrete despite a same hardening kinetics. This curing under natural carbonation was compared to an accelerated one (CO2 curing). Accelerated carbonation provided the opportunity to obtain the same compressive after 2 months than that reached after the outdoor exposure during 10 months. Considering that compressive strength of rice husk concrete is restricted by the bonding strength between the binder and the aggregates, this work also focused on the effect of a lime-water treatment of plant aggregates. This latter was not efficient for hemp concrete but increased compressive strength of rice husk concrete. Finally, the effect of a moist curing (95%RH) and elevated temperature (50°C) on binder hardening and strength development of bio-based concretes was investigated. This aspect was also studied on lime-based mortars. The results showed that this type of curing led to a strong increase of mechanical strength for the binder after 28 days due to kinetic effects on hydration reactions. Nevertheless, these curing conditions were detrimental to the transition zone between the binder and the plant aggregates and consequently counterproductive for the mechanical performances of bio-based concretes.

Alguns materiais, constituídos quase que exclusivamente por sílica, são empregados, de forma suplementar ao cimento Portland, por promoverem melhorias ao concreto, devido aos seus efeitos físicos e pozolânicos, além de atenderem a questões ambientais. No entanto, essa sílica pode gerar produtos indesejados na presença de álcalis, sendo este fenômeno conhecido como reação álcali sílica (RAS). Na presença de água, esses produtos são capazes de expandir no interior da massa de concreto, provocando fissuras internas e externas e, em casos mais graves, a degradação do elemento estrutural. Com a finalidade de evitar essa manifestação patológica, o presente trabalho propõe-se avaliar o potencial reativo frente à RAS da sílica ativa e dois tipos de cinzas da casca do arroz (CCA), uma comercial e outra residual. Nessa investigação foram adotados os teores de 5 a 50 %, utilizados como substituição parcial ao cimento Portland padrão. Os métodos de ensaio adotados nesta pesquisa foram o método acelerado em barras de argamassa segundo a NBR 15577 - 4/5, e dois novos métodos acelerados (cubos de pasta e prismas). O métodos acelerado em cubos de pasta avaliou a resistência à compressão, enquanto o método em prismas de pasta avaliou a variação dimensional. Os resultados obtidos em barras de argamassa apontaram que ambas as CCA investigadas, foram reativos frente à RAS. No entanto, o teor de 50 %, em ambas as CCA, se mostrou inócuo para essa reação. A sílica ativa foi considerada inócua em todos os teores avaliados. O aditivo superplastificante empregado não foi eficiente em reduzir a expansão provocada pela CCA. Os ensaios que avaliaram a expansão em prismas de pasta apresentaram uma ótima correlação positiva com o método normalizado em barras de argamassa. Nos prismas de pasta com 25 % de CCA industrial foram identificados os compostos franzinite, chessexite e thaumasite. Estes compostos apresentaram morfologia de acículas ora tortuosas ora delgadas e retilíneas compondo todas as amostras coletadas dessa pasta. A análise termogravimétrica apontou o alto poder adsorvente de água dessa pasta. Em conclusão, o ensaio em prismas de pastas a 48°C com 1,25 % de Na2Oeq demonstrou ser um método prático laboratorialmente e apresentou um grande potencial para avaliar os materiais suplementares ao cimento Portland frente a RAS, além de facilitar identificação dos produtos que provocaram expansão. / Some materials, consisting almost exclusively for silica, are employed, supplementary form to Portland cement, for promoting improvements to concrete, due to their physical and pozzolanic effects and environmental issues. However, this silica may generate unwanted products in presence of alkalis. This phenomenon is known as alkali-silica reaction (ASR). In the presence of water, these products are able to expand inside concrete, generating internal and external cracks and, in severe cases, structural element degradation. In order to prevent this pathologic manifestation, the aim of the present study was to evaluate reactive potential in ASR of fume silica and two types of rice husk ash (RHA), a manufacturing and residual. Levels of 5 to 50 % were used as partial replacement to standard Portland cement. In the present study, accelerated method in mortar bars according to NBR 15577 - 4/5 and two new accelerated methods (pastes cubes and prisms) were used. Accelerated method in paste cubes evaluated compressive strength, while method in paste prims evaluated dimensional change. Results in mortar bars demonstrated, both RHA, were reactive to ASR. However, level of 50 %, both RHA, was innocuous to ASR. Fume silica was innocuous to ASR at all levels evaluated. Superplasticizer additive was not effective to reduce to expansion caused by RHA. In the cubes assay was possible to evaluate the reactive potential to ASR by analysis of variation coefficient. Results demonstrated a positive correlation between expansion in paste prism and standard method in mortar bars. In the paste prism with 25 % of RHA manufacturing were identified compounds of franzinite, chessexite and thaumasite. These compounds presented morphology of needles sometimes tortuous and sometimes thin and straight in all samples. Thermogravimetric analysis showed the high adsorbent power of water in this paste. In conclusion, paste prims assay at 48ºC with Na2Oeq 1.25 % demonstrated to be a practical laboratory method and presented a great potential to evaluate additional material to Portland cement in front of ARS, and this assay facilitates the identifications of products that cause expansion.

A reação álcali-agregado no concreto é um fenômeno que tem como causa uma reação química que ocorre entre os hidróxidos alcalinos provenientes do cimento e alguns minerais reativos presentes no agregado. Esta reação pode causar a deterioração do concreto, pois os seus subprodutos podem tornar-se expansivos na presença de umidade, originando fissuração, diminuição da resistência, aumento da permeabilidade e, eventualmente, a ruptura da estrutura. O uso de adições minerais em concretos suscetíveis à reação álcali-agregado tem sido apontado como uma alternativa eficiente na prevenção da reação expansiva, juntamente com o uso de agregados não reativos e a limitação dos teores de álcalis no cimento ou concreto. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo principal a investigação do processo de deterioração do concreto devido à reação álcali-sílica, principalmente no que se refere ao tipo ou mineralogia do agregado e à utilização de cinza de casca de arroz, como substituição parcial do cimento Portland. Desta forma, o programa de pesquisa compreendeu, a realização de ensaios de expansão acelerada em barras de argamassa (ASTM C1260/94) moldadas com cimento Portland tipo CP-I S 32, com teores de 12,5; 25 e 50% de dois tipos de cinza de casca de arroz, em substituição parcial ao cimento, e quatro diferentes tipos de agregados (basalto B, basalto BGO, granito e riodacito). A microestrutura dos materiais utilizados e das barras submetidas ao ensaio acelerado foi avaliada através de técnicas analíticas e experimentais, tais como, petrografia, difração de raios x, porosimetria por intrusão de mercúrio, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão (MEV e MET), com microanálise por detecção de energia dispersiva (EDS). Os resultados obtidos no ensaio acelerado comprovaram a potencialidade reativa das rochas analisadas e identificaram uma correlação entre o tipo de rocha e o teor de cinza de casca de arroz. A análise da microestrutura indicou que existe uma reação química da CCA com o meio alcalino utilizado no ensaio que acaba interferindo na formação e na relação C/S dos produtos expansivos resultantes da reação álcali-sílica. / The alkali-aggregate reaction in concretes is a phenomenon caused by a chemical reaction that occurs between alkaline hydroxides from Portland cement and some reactive minerals from aggregates. Such reaction can cause severe concrete deterioration, as its by-products can become expansive in the presence of water, originating fissuration, strength reduction, permeability increase, and eventually, the failure of concrete structures. The use of mineral admixtures in concretes susceptible to the alkali-aggregate reaction has been pointed out as an efficient alternative to prevent concrete expansion, along with the use of non-reactive aggregates and the limitation of the alkali amount in cement or concrete composition. In this context, the main purpose of the present work was the investigation of concrete deterioration due to the alkali-silica reaction, focusing the aspects related to the type or mineralogy of the aggregate and the utilization of rice husk ash as partial substitution of Portland cement. The research program comprised initially accelerated expansion tests carried out in mortar bars (ASTM C 1260/94), which were molded using CP-I S 32 Portland cement, 12.5, 25, and 50% contents of two types of rice husk ash, as partial replacement to the cement, and four different types of rock aggregates (basalt B, Basalt BGO, granite, and rhyodacite). Also, the microstructure of the concrete mixtures investigated, after being submitted to expansion in the accelerated tests, were evaluated through experimental and analytical techniques such as petrography, mercury intrusion porosimetry, x-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM), and energy dispersive detection (EDS). The results obtained have proved the reactivity potential of the investigated rock aggregates and identified a correlation between type of aggregate and rice husk ash content. The microstructure analysis indicated that the occurrence of a chemical reaction involving the rice husk ash in the alkaline environment established in the tests, had a significant effect on the amount of expansive by-products as C/S relation resulting from alkali-silica reactions.

Orientador: Antonio Ludovico Beraldo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-09T11:32:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zucco_LorisLodir_D.pdf: 10570276 bytes, checksum: 090871f339d00c3709ca38718b69a991 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A reciclagem pode ser considerada uma ferramenta adequada para minimizar o impacto humano causado ao meio ambiente, o que aponta para o aproveitamento de resíduos agrícolas na obtenção de materia is para construções rurais, como uma forma alternativa de seqüestro ou da não emissão de carbono. O aproveitamento racional dos resíduos ainda é um problema não solucionado e uma parte substancial dos resíduos é desperdiçada, ou contamina o meio ambiente. No entanto, agregados de origem vegetal podem ser empregados na fabricação de artefatos leves de cimento, na busca de materiais de comportamento diferenciado em termos de isolamento térmico e acústico e de resistência às cargas dinâmicas. Esse trabalho de pesquisa, baseado em estudos anteriores envolvendo o aproveitamento da casca de arroz (CASCA), objetivou a redução no consumo de cimento através da incorporação de maior quantidade de material, a casca de arroz queimada em condições especiais, resultante de processo industrial (CINZA). Os percentuais de adição de casca e de cinza, variaram em função do tipo de mistura (pasta ou compósito). Assim, as diferentes misturas cimento-cinzacasca obtidas foram agrupadas em FASES, de acordo com o tipo de mistura (Pasta ou Compósito), a quantidade de casca (7,5% nas Fases I e II; variável nas Fases III e IV) e a quantidade de cinza (0%, 5%, 20% e 35%, na fase I e de 0%, 20% e 35%, nas demais fases). Por ser um material biológico a casca de arroz apresentou comportamento físico-químicomecânico variável, com síntese apresentada ao final de cada fase, em função do grande volume de informação (interação entre os fatores CASCA e CINZA). São apresentadas avaliações do comportamento químico, físico e mecânico das misturas à base de cimento, com incorporação de casca de arroz e/ou cinza da casca de arroz. As avaliações evidenciaram através do comportamento químico das misturas, o efeito negativo dos extrativos da casca de arroz (lavada em solução de cal) sobre as reações químicas do cimento (curva de hidratação), bem como sua redução pela adição de cinza, independentemente da distribuição em tamanho das partículas de casca. Atribuiu-se ao alto teor de carbono (98%) da cinza, a melhoria no comportamento químico das misturas. As reduções observadas em alguns parâmetros químicos, com a adição de cinza, está associada ao aumento de massa no sistema. A avaliação do comportamento físico-mecânico das misturas evidenciou que a adição de casca promoveu um aumento na resistência em tração por compressão diametral e redução na resistência em compressão simples. A adição de cinza promoveu aumento nestas resistências. A avaliação das placas prensadas evidenciou a ausência de diferença significativa entre as misturas, fato este também constatado na fase III, de modo que a adição de cinza não afetou de forma significativa a resistência mecânica, o que sugere a mistura 10 mm-35% como sendo a mais adequada para a produção de compósitos cimento-cinza-casca, com redução no consumo de cimento em cerca de 25%. Destaca-se que a mistura 10 mm-35% apresentou a maior capacidade de confinamento (ou de não emissão) de carbono. Sua capacidade de confinar foi estimada em cerca de 1,9 toneladas de CO2 por tonelada de cimento consumido no processo de fabricação do compósito, o que seria liberado para a atmosfera, quando da queima da casca de arroz no uso ou descarte inadequados. Palavras-chaves: calorimetria; casca de arroz; cimento; cinza; compósito / Abstract: The recycling is an effective tool to minimize environmental impact that is caused by human civilization. The utilization agricultural residual for rural construction is an efficient way for retain or reduce carbon emission to the atmosphere. However, the present-day techno logy is not enough to be a satisfactory level. A part of the residue is not consumed, and the rejected substances are causing environmental pollution. However, the vegetable aggregates can be employed to lightweight cement artifacts production, which is applied to thermal and acoustic isolators. This work look for a method for light artifacts production with minor cement consumption and larger rice husk (HUSK) consumption, with the help of the rice husk burned by a special industrial process (ASH). The ash and rice husk addition percentages had varied in function of the type of mixture (paste or composite). The different gotten mixtures cement-ash-rice husk been grouped in PHASES, in accordance with the type of mixture (Paste or Composite), the amount of rice husk (7.5% in Phases I and II; variable in Phases III and IV) and the amount of ash (0%, 5%, 20% and 35%, in phase I and of 0%, 20% and 35%, in the too much phases). For a biological material, the rice husk presented behavior changeable physic-chemistry-mechanic. A analyze synthesis is presented on the end each phase; this is necessary of the great volume of the information (interaction between the factors HUSK and ASH). Evaluations of the chemical, physical and mechanical behavior of cementash- rice husk mixtures are presented. The evaluations had evidenced through the chemical behavior of the mixtures, the negative effect of the extractives of the rice husk (Washed in Lime Solution) on the chemical reactions of the cement - hydration curve (temperature against time), the its reduction with the ash addition, independently of the particles size range. The high carbon content (98%) of the ash attributed the improvement to the chemical behavior of the mixtures. The reductions observed in some chemical parameters, with the ash addition, are associated with the increase of mass in the system. The behavior physical-mechanical evaluation of the mixtures evidenced that the rice husk addition increase the resistance in Brazilian test, with reduction in the resistance in simple compression. The ash addition promoted increase in this resistance. The evaluation of the board manufacturing evidenced an absence of significant difference between the mixtures, fact also evidenced in phase III. The ash addition not is significant affect in the mechanical resistance properties. The mixture 10 mm-35% proposed from at the production of composite, have reduction in the cement consumption in about 25%. In detach for 10 mm-35% mixture, presented the higher capacity of retain or reduce carbon dioxide emission. The capacity of to confine was estimated to in about 1.9 tons of CO2 for each ton of cement consumed in the process of manufacture of the composite, what would be emitted for the atmosphere, when of the burning of the rice husk, on the use or in the inadequate deposit. Keyywords: ash; calorimetric, cement; composite; rice husk / Doutorado / Construções Rurais e Ambiencia / Doutor em Engenharia Agrícola

A sustentabilidade das regiões de produção intensiva de suínos depende de destinos alternativos para os resíduos gerados. A calcinação da casca de arroz pode gerar sílica vítrea para substituição parcial de aglomerantes comerciais. A utilização de cinzas de casca de arroz como material pozolânico para argamassas e concretos tem merecido atenção considerável, nos últimos anos, não apenas por melhorar suas propriedades mecânicas, mas, sobretudo pelos benefícios ambientais gerados, com a redução do consumo de clínquer. A falta de sustentabilidade ambiental pode limitar o crescimento econômico da suinocultura, dada a tendência do setor de crescimento concentrado em grandes empreendimentos, e, por conseqüência, do aumento da poluição por dejetos. Assim, barreiras à expansão do setor podem surgir em estados onde o problema ambiental já está instalado, a exemplo de Santa Catarina. Com a busca de alternativas que solucionem ou minorizem tal problema, este trabalho tem como objetivo testar as cinzas de cama sobreposta de suínos à base de casca de arroz, como material alternativo em diferentes proporções de substituição do cimento Portland em argamassas. A cama sobreposta de suínos foi proveniente do município de Rio Verde, Estado de Goiás, onde atualmente são criados 110.000 suínos em sistema de confinamento. As cinzas foram obtidas por calcinação em mufla laboratorial nas temperaturas de 400, 500 e 600ºC, beneficiadas por moagem e, a seguir, passadas na peneira ABNT nº 200 (# 0,074 mm) e nº 325 (# 0,044 mm). A caracterização de cinzas incluiu a determinação do índice de atividade pozolânica com a cal hidratada e com o cimento Portland. As cinzas foram testadas como substitutos parciais de cimento Portland. As argamassas foram preparadas na proporção cimento:areia de 1:1,5 e com fator água-cimento de 0,4. Três porcentagens de substituição do cimento comercial foram usadas: 10, 20 e 30% em massa além das argamassas de referência sem substituição e com 10% de sílica ativa. O desempenho das argamassas foi avaliado aos sete e aos 28 dias com a determinação da resistência à compressão axial com corpos-de-prova cilíndricos de 5 cm x 10 cm e cura por imersão em água. As cinzas da cama sobreposta de suínos, calcinadas a 600ºC e com substituição de até 30% em massa de cimento Portland, produzem argamassa de excelentes propriedades. Quanto à finura do material, foi observada diferença significativa (P<0,05) nas cinzas passantes na peneira ABNT nº 325 queimadas a 600ºC. As resistências das argamassas produzidas com cinzas passantes na peneira ABNT nº 200 e nº 325, com teores de 10, 20 e 30% de substituição, foram superiores às de argamassas com 0% de substituição e com 10% de sílica ativa. / The sustainability of intensive areas of swine production depends on alternative destinations for the generated residues. The calcination of rice husk can generate vitreous silica for partial substitution of commercial agglomerates. The use of rice husk ashes as pozzolanic material for mortars and concretes has deserved considerable attention in the last years, not just for improving their mechanical properties, but also for the environmental benefits linked to the reduction of clinker consumption. The lack of environmental sustainability can limit the economical growth of swine production, due to the tendency for concentration in sites with intensive activity, and, as a consequence, the increase of the contamination by wastes. Thus, barriers to the sector expansion can appear in regions where the environmental problem is already installed as, for example, in Santa Catarina State, Brazil. Aiming alternatives that can solve or decrease such a problem, the objective of this work is to test the ashes of swine deep bedding based on rice husk as an alternative binder in mortars. The swine deep bedding ashes were originated from the district of Rio Verde, State of Goias, where now 110,000 swine are produced in confinement system. The ashes were obtained in a laboratorial furnace at the temperatures of 400, 500 and 600ºC and processed in two granulometric distributions by passing through the nº 200 (# 0.074 mm) and nº 325 (# 0.045 mm) mesh sieve. The ash characterization included the determination of pozzolanic activity index with lime and cement. The husks were tested as partial substitutes of Portland cement. The mortars were prepared in cement:sand proportion of 1:1.5, and with water/cement factor of 0.4. Three percentages of substitution of OPC were used: 10%, 20% and 30% by mass, plus the reference mortars without substitution and with 10% of silica fume. Mortars performance was assessed at seven and 28 days by determining the axial compressive strength with 5 cm x 10 cm cylindrical specimens and cure by immersion in water. The results indicated that the ashes obtained at 600ºC with substitution of up to 30% by mass of Portland cement, produced mortars with excellent properties. There was significant difference (P<0,05) in the ashes by passing through the nº 325 burning of 600ºC. The mechanical strength of mortars produced with ashes passing in the sieve nº 200 and with 10 - 30% of cement substitution was superior to the strength of mortars with 0% of substitution and with 10% of silica fume.

Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosiane Silva Penha.pdf: 1185030 bytes, checksum: 1245e0f7f26361b970082d5de61de02b (MD5) Previous issue date: 2009-01-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Adsorption of some metal ions (Co2+, Ni2+, Cu2+ e Zn2+) from aqueous solutions (pH 5.0) onto in nature rice husk (0.088 <  < 0.177 mm) was investigated. All experiments were conducted by the batch adsorption techniques at room temperature (28  1°C) and under constant stirring. The adsorption amounts were determined using atomic absorption spectroscopy. The Adsorption data were studied using two well-known adsorption models: Langmuir and Freundlich. The results showed that the metal ions uptake processes mediated by rice husks were fitted Freundlich isotherm model, suggesting that all adsorptions are governed by weak electrostatic interactions. According to the equilibrium studies, the selectivity sequence can be given as: Ni2+ (0.08 mmol g-1) < Co2+ (0.16 mmol g-1) < Zn2+ (0.40 mmol g-1) < Cu2+ (0.89 mmol g-1). This result showed that natural rice rusk holds good potential to remove such metal ions from wastewater. The effect of chemical pretreatment of rice husk on adsorption was also investigated. In nature rice husk (IN) was pretreated with phosphoric acid (AF); phosphoric acid and urea (AFU) and sodium metaperiodate (MP). AFU was the best adsorbent for all metal ions investigated [Ni2+ (0,96 mmol g-1) < Cu2+ (1,20 mmol g-1) < Co2+ (1,59 mmol g-1) < Zn2+(1,80 mmol g-1)]. In addition, in nature rice husk was characterized by chemical-bromatological analyses (humidity, ash, protein, carbohydrate, starch, lipid and fibers), scanning electron microscopy, solid-state 13C NMR and specific BET surface area. Some properties of in nature and pretreated samples were studied by infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, X-ray diffractometry, and elemental analyses. The results showed only marginal changes among them. / Investigou-se a adsorção de alguns íons de metais (Co2+, Ni2+, Cu2+ e Zn2+) a partir de soluções aquosas (pH 5,0), em casca de arroz in natura (IN) (0,088 <  < 0,177 mm). Todos os experimentos foram conduzidos em batelada, a temperatura ambiente (28  1°C) e sob agitação constante. Dois modelos de isotermas foram aplicados aos resultados experimentais: o de Langmuir e o de Freundlich. Os resultados mostraram que as adsorções seguem o modelo da isoterma de Freundlich. De acordo com os estudos de equilíbrio, a seletividade observada para a matriz in natura foi: Ni2+ (0,08 mmol g-1) < Co2+ (0,16 mmol g-1) < Zn2+ (0,40 mmol g-1) < Cu2+ (0,89 mmol g-1). Este resultado mostrou que a matriz tem bom potencial para remover os íons citados de efluentes aquosos. O efeito do pré-tratamento químico na casca de arroz foi também investigado a fim de melhorar a capacidade de adsorção da casca de arroz. A matriz in natura foi tratada com ácido fosfórico (AF), ácido fosfórico e uréia (AFU) e metaperiodato de sódio (MP). Dentre os adsorventes examinados, AFU foi o que melhor adsorveu todas as espécies de íons de metais investigadas [Ni2+ (0,96 mmol g-1) < Cu2+ (1,20 mmol g-1) < Co2+ (1,59 mmol g-1) < Zn2+(1,80 mmol g-1)]. A matriz IN foi caracterizada por análise bromatológica (umidade, cinzas, proteínas, carboidratos, amido, lipídios e fibras), microscopia eletrônica de varredura, ressonância magnética nuclear (13C) e área superficial específica. Todas as matrizes foram caracterizadas por infravermelho, análise termogravimétrica, difratometria de raios-X e análise elementar (CHN). Os resultados mostraram apenas pequenas variações entre as matrizes investigadas.

The durability of reinforced concrete structures derives from the protective effect provided by the concrete cover over the steel rebars. When the passivation of the steel is compromised, the whole structure is liable to corrosion phenomena, whose rate of propagation is mainly controlled by the electrical resistivity of the concrete between the anode and cathode and by the availability of oxygen at the cathode. The electrical resistivity of concrete is highly dependent on its physical and chemical characteristics. This study aimed at to investigate the influence of the content of rice husk ash (RHA) on the electrical resistivity of concrete and identify any correlations between electrical resistivity and compressive strength properties and changes in pore solution and pore structure. The mixtures in this study were prepared with water/binder ratios (w/b) of 0.35, 0.50 and 0.65 with RHA substitutions of 10%, 20% and 30% for cement. Samples with 50% blast furnace slag, 35% fly ash and a reference sample with 100% cement were also investigated. Electrical resistivity was determined using the four electrode method (Wenner s Method adapted for concrete). Tests of compressive strength, pore solution composition, pH e electrical condutivity, and mercury porosimetry were also performed. These indicate that that the age of the sample, the w/b ratio used and the mineral additions have a expressive effect on the electrical resistivity of concrete because of changes in the concrete pore structure and in the composition and volume of pore solution. Results show there is a exponential increase in concrete resistivity as the content of RHA grows. This is confirmed by the smaller size of the pore network and the lower specific conductivity of the pore solution, which show a sound correlation. The best results in electrical resistivity were obtained with content of 30% of RHA. The best cost/benefit ratio for compressive strength values of 65MPa and electrical resistivity of 30kΩ.cm was obtained with the use of 10% RHA and for compressive strength values of 65MPa and electrical resistivity of 60kΩ.cm, the best results were obtained with 20% RHA. / A durabilidade das estruturas de concreto armado é resultado da ação protetora do concreto sobre o aço. Quando a passivação do aço deixa de existir, a estrutura torna-se vulnerável ao fenômeno da corrosão, cuja propagação, após iniciada, é essencialmente controlada pela resistividade elétrica do concreto entre o ânodo e o cátodo e pela disponibilidade de oxigênio no cátodo. A resistividade elétrica do concreto é uma propriedade extremamente sensível às características físicas e químicas do mesmo. O presente trabalho buscou investigar a influência do teor de cinza de casca de arroz (CCA) na resistividade elétrica do concreto, bem como correlacionar os resultados obtidos com a resistência à compressão axial e alterações na composição da solução aquosa e estrutura dos poros. Foram investigadas misturas com relações água/aglomerante (a/ag) 0,35 , 0,50 e 0,65 com teores de substituição em massa de 10%, 20% e 30% de CCA. Para comparar os resultados, misturas com 50% de escória de alto forno, 35% de cinza volante e uma mistura de referência com 100% de cimento foram simultaneamente investigadas. A resistividade elétrica foi determinada utilizando o método dos quatro eletrodos (método de Wenner, adaptado para uso em concreto). Paralelamente, foram realizados ensaios de resistência à compressão axial, composição, pH e condutividade elétrica específica da solução aquosa dos poros e porosimetria por intrusão de mercúrio. Verificou-se que a idade, a relação a/ag e as adições minerais mostraram uma influência expressiva na resistividade elétrica do concreto, em virtude principalmente das alterações na estrutura dos poros e na quantidade e composição da solução dos mesmos. Os resultados mostraram um crescimento exponencial na resistividade do concreto com o aumento do teor de CCA. Tal fato foi confirmado pelo maior refinamento dos poros e menor condutividade específica da solução dos mesmos, mostrando haver uma ótima correlação entre estes fatores. Assim, os melhores resultados na resistividade elétrica foram obtidos com o teor de 30% de CCA. A melhor relação CUSTO/BENEFÍCIO, para 65MPa de resistência à compressão e 30kΩ.cm de resistividade elétrica, foi obtida com 10% de CCA e, para 65MPa e 60kΩ.cm, os melhores resultados foram atingidos com 20% desta adição.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The construction industry has been studying the possibility of using industrial subproducts, as a strategy to remedy the environmental matters, considering that the sub-products are generated in large quantities and mostly without specific destination. In the present study investigates the feasibility of using the RHA residual, natural or ground, in structural concrete, in partial replacement of Portland cement, from the analysis of durability characteristics of the concrete. However, some natural rice husk ash have natural expansive effect due to the reaction of silica under form of microcrystalline and the cement alkali. Thus, it justifies the use of fly ash, forming ternary mixtures, as the solution to mitigate the expansion generated by alkaliaggregate reaction (AAR) or alkali-silica (RAS). For this, three binders mixtures were tested: one composed with the RHA natural + FA, one with RHA ground + FA and the last one composed with a reference mixture 80% of Portland cement and 20% of FA, in which confronted the results. It was adopted the replacement levels of 15% of RHA, and the relations a/g of 0.45; 0.55 and 0.65. It was conducted the trials of apparent electrical resistivity, specific electrical conductivity, resistance to chloride penetration according to the method of accelerated penetration ASTM C1202 (EAPC). Additionally, the trials of axial compressive strength and water absorption by capillarity were performed, according to requirements of ABNT. The obtained results in the research confirm that is feasible to use the residual RHA, natural or ground, as partial replacement of Portland cement, in concrete for structural use. It was found that the age and the ratio a/g showed a significant influence on the electrical resistivity and electrical conductivity of concrete, mainly due to changes in pore structure and the quantity and composition of them solution, showing there is a great correlation among these factors. As for the axial compressive strength, at 182 days, the mixture composed with RHA ground presented higher performance than to the reference mixture. However, for the mixing with RHA natural, the same course was not observed. In the EAPC the use of RHA ground, burned without temperature control, resulted in lower values of loads bystanders and lowest penetration depths, when compared to the mixtures with RHA natural and of reference. In the case of water absorption by capillarity, it was found that the use of RHA, in general, decreased the water absorption of concrete. / A indústria da construção civil vem estudando a possibilidade da utilização de subprodutos industriais, como uma das ações para solucionar as questões ambientais, tendo em vista que os mesmos são gerados em grandes quantidades e na sua maioria sem destinação específica. No presente trabalho investiga-se a viabilidade de se utilizar a CCA residual, ao natural ou moída, em concretos estruturais, em substituição parcial ao cimento Portland, a partir da análise de características de durabilidade do concreto. Porém, algumas cinzas de casca de arroz naturais apresentam efeito expansivo devido à reação entre a sílica sob a forma microcristalina e os álcalis do cimento. Assim, justifica-se o uso da cinza volante, formando misturas ternárias, como a solução para mitigar a expansão gerada pela reação álcali-agregado (RAA) ou álcali-sílica (RAS). Para isso, foram testadas três misturas aglomerantes: uma composta com CCA ao natural + CV, uma com CCA moída + CV e uma mistura de referência com 80% cimento Portland e 20% de CV, a qual se confrontaram os resultados. Adotou-se o teor de substituição de 15% de CCA, e as relações a/ag de 0,45; 0,55 e 0,65. Procederam-se os ensaios de resistividade elétrica aparente, condutividade elétrica específica, resistência à penetração de cloretos segundo o método de penetração acelerada ASTM C1202 (EAPC). Adicionalmente, foram realizados os ensaios de resistência à compressão axial e de absorção de água por capilaridade, segundo prescrições da ABNT. Os resultados obtidos na pesquisa confirmam que é viável utilizar a CCA residual, ao natural ou moída, como substituição parcial ao cimento Portland, em concretos para uso estrutural. Verificou-se que a idade e a relação a/ag mostraram uma influência expressiva na resistividade elétrica e condutividade elétrica do concreto, em virtude principalmente das alterações na estrutura dos poros e na quantidade e composição da solução dos mesmos, mostrando haver uma ótima correlação entre estes fatores. Quanto a resistência à compressão axial, aos 182 dias, a mistura composta com CCA moída apresentou desempenho superior ao da mistura de referência. Porém, para a mistura com CCA natural, o mesmo comportamento não foi verificado. No EAPC a utilização de CCA moída, queimada sem controle de temperatura, resultou em valores de cargas passantes mais baixos e profundidades de penetração menores, quando comparados aos das misturas com CCA natural e de referência. No caso da absorção de água por capilaridade, constatou-se que a utilização de CCA, em geral, diminuiu a absorção de água dos concretos.

[pt] Apresenta-se o estudo experimental do comportamento de um solo arenoso e de um solo argiloso, reforçado e não reforçado com cinza de bagaço de cana-deaçúcar e com cinza de casca de arroz, por meio da realização de ensaios de caracterização física e química e de ensaios de cisalhamento direto. Busca-se estabelecer padrões de comportamento que possam explicar a influência da adição das cinzas, relacionando-os com os parâmetros de resistência ao cisalhamento e de deformação do solo. Os ensaios foram realizados em amostras com teores que variaram entre 5-20 por cento. Por meio dos resultados obtidos, foi possível concluir que a inserção de cinza de bagaço de cana-de-açúcar, aos solos argiloso e arenoso em estudo, mostra-se viável, uma vez que resultaram em melhoria dos parâmetros de resistência ou não causaram alterações significativas. Para a cinza de casca de arroz, em misturas com solo arenoso, a aplicação não se mostrou viável, visto que, para ambos os teores de cinza, houve um decréscimo no ângulo de atrito e nenhum acréscimo de coesão. Nas misturas com solo argiloso, a aplicação da mesma cinza mostrou-se viável, haja vista que sua aplicação resultou em melhoria dos parâmetros de resistência. Quanto ao teor de cinza para as misturas com solo argiloso, verificou-se que o melhor comportamento obtido foi com o teor de 20 por cento, para as misturas com ambas as cinzas. Para as misturas com areia, como não houve um aumento proporcional da resistência com o aumento do teor das cinzas foi difícil determinar um teor ótimo de cinza a ser utilizado. Os resultados obtidos neste estudo, em geral, mostraram-se satisfatórios e cumpriram os objetivos iniciais propostos com relação à investigação do comportamento solo-cinza para utilização em obras geotécnicas. / [en] This paper presents the experimental study of the behavior of a sandy soil and a clay soil, reinforced and unreinforced with sugarcane bagasse ash and rice husk ash, by performing physical and chemical characterization tests and direct shear tests. The aim is to establish patterns of behavior that may explain the influence of the addition of ashes, relating them to the shear strength parameters and soil deformation. The tests were carried out on samples with concentrations ranging from 5-20 percent. Through the results, it was possible to conclude that the inclusion of sugarcane bagasse ash, to clay and sandy soils under study, proves viable, since it resulted in improved strength parameters or did not cause significant alterations. For the rice husk ash in mixtures with sandy soil, the application was not feasible, since for both ash contents there was a decrease in the friction angle and no increase in the cohesion. In blends with clay soil, the application of the same ash proved to be feasible, given that its application resulted in improvement of resistance parameters. As for the ash content for mixtures containing clay soil, it was found that the best performance was obtained with 20 percent content for mixtures with both ashes. For mixtures with sand, as there was not a proportional increase in resistance with increasing content of ash it was difficult to determine an optimal ash content to be used. The results of this study generally were satisfactory and met the initial proposed objectives in relation to soil-ash behavioral research for use in geotechnical works.