Concrete structures have the largest surface area of all human made structures. Large surface area makes concrete capable to absorb CO2 from environment during its lifetime. It is estimated that concrete during its lifetime can absorb about 15-20% of CO2 which had produced in cement production. In Sweden the CO2 uptake by concrete construction is estimated to 300 000 tons annually. This study aims to investigate the influences of fly ash and ground granulated blast furnace slag on carbonation. Accelerated carbonation with 65% relative humidity and 10% CO2 concentration was utilized to simulate the carbonation in cement pastes and cement mortars. Series of experiments have accomplished by collaborating with RISE and university of Borås. In this study cement pastes crushed into three fractions in order to evaluate the impact of particle size and influence of blended cement in CO2 uptake. Lastly, carbonation depth of mortars after 14 days accelerated carbonation were analyzed. Experimental results show that the increasing CO2 uptake induced by adding mineral admixture such fly ash in cement pastes. In this study cement paste with 30% fly ash replacement and fraction lower than 2 mm exhibit the highest CO2 uptake compared to other cement paste in this study. Moreover, carbonation depth of cement mortar was also increased three times more in mortar with 30% fly ash compared with mortar with 100% Portland cement. Therefore, incorporation of mineral admixture in cement pastes can improve the CO2 uptake and moreover, CO2 uptake can be more efficient if more surface area be involved with CO2 by crushing cement paste into lower 2 mm. / Betongkonstruktioner har den största ytan av alla människor gjorda strukturer. Stor yta gör att betong kan absorbera CO2 från luften under betongens hela livstid. Det uppskattas att betong under sin livstid kan absorbera cirka 15–20 % av CO2 som hade producerats i cementproduktionen. I Sverige uppskattas CO2-upptaget till 300 000 ton per år. Denna studie syftar till att undersöka den optimala kombinationen som kan påverka karbonatisering. Accelererad karbonatisering med 65% relativ luftfuktighet och 10% CO2-koncentration utfördes för att kunna simulera upptaget av koldioxid i cementpastor och cementbruk. En rad experiment har genomförts tillsammans med RISE och Högskolan i Borås. I denna studie krossades cementpastor i tre olika fraktioner för att utvärdera effekten av kornstorlek och påverkan av cementpastasinnehål i upptaget av CO2. Slutligen analyserades karboneringsdjupen för cementbruk efter 14 dagar accelererad karbonatisering. De experimentella resultaten från accelererad karbonatisering visar att med ökad halt av flygaska kan CO2-upptaget ökas. Cementpastan med 30 % flygaska och fraktionen lägre än två mm uppvisar det högsta CO2-upptaget jämfört med andra cementpastor med grövre fraktioner i denna studie. Dessutom ökade karbonatiseringsdjupet i cementbruk med 30% flygaska cirka tre gånger mer jämfört med cementbruk med 100% Portlandcement. Utifrån dessa resultat kan det konstateras att inblandning av tillsattmaterial i cementpasta kan förbättra CO2-upptaget och dessutom kan CO2-upptaget sker effektivare om mer kontaktytor blir involverade med CO2 genom att krossa cementpastan i fraktionen 0–2 mm.

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.

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.

The carbonation in concrete is caused by the penetration of environmental carbonic anhydride (CO2) in concrete by diffusion, being considered one of more important structures pathologies. It occurs naturally in concrete structures, from the surface and causes the alkalis neutralization reactions, depassivating the rebars and its corrosion possibility. In this study the concrete investigation with 14 years old composed by binary and ternary mixtures of pozzolans as silica fume (10%), fly ash (25%), rice husk ash (25%), fly ash and silica fume (15+10)% and fly ash with rice husk ash (10+15)%. The natural carbonation depths were measured in cylindrical specimens with 0,5, 1, 2, 4 and 14 years readings, exposed in lab internal environment, in normal conditions of temperature and CO2 concentrations. Natural carbonation coefficients in the five cited ages were calculated, in equality of water/binder (w/b) relationship (0.35, 0.45 and 0.55), and 50 and 60 MPa axial compressive strength, and the results were compared with the short term tests (accelerated). Microstructure analysis by means of remained calcium hydroxide, hydrated compounds by DRX, porosity by Hg intrusion porosimetry and visual analysis by MEV and EDS were accomplished. Among the pozzolans mixtures the silica fume (10%) presented lower carbonation for w/b 0.35 and 0.45. For w/b 0.55 the better performance occurred to the fly ash and rice husk ash ternary mixture. The relationships between accelerated and natural carbonation coefficients showed decrease of the natural coefficients related to the accelerated ones, in a relation that varied between 1,0 and 2,0 (mean) for the pozzolanic mixtures. In 50 and 60 MPa compressive strength equality, the carbonation depended of the pozzolan type and content, being influenced by the chemical and physical properties of each one in particular. The microstructure tests results confirmed the CH decrease in the carbonated layer and the CaCO3 increase, and the hydrated silicates and silicoaluminates depolymerization. According NBR 15575-5 was observed that it is possible to obtain concretes with until 25% of pozzolans with performance of the project useful life, in front of carbonation, of 60 years. / A penetração de anidrido carbônico (CO2) ambiental por difusão no concreto ocasiona a carbonatação, sendo considerada uma das patologias mais importantes das estruturas. Acontece naturalmente nas estruturas de concreto, a partir da superfície e ocasiona reações de neutralização dos álcalis, despassivando a armadura e a possibilidade de sua corrosão. Neste estudo apresenta-se a investigação de concretos com 14 anos de idade, compostas de misturas binárias e ternárias de pozolanas sendo sílica ativa(10%), cinza volante(25%), cinza de casca de arroz(25%), cinza volante e sílica ativa (15+10)% e cinza volante com cinza de casca de arroz (10+15)%. As profundidades de carbonatação natural foram medidas em corpos de prova cilíndricos, com leituras a 0,5, 1, 2, 4 e 14 anos, expostos em ambiente interno de laboratório, em condições normais de temperatura e concentração de CO2. Calculou-se os coeficientes de carbonatação natural nas 5 idades citadas, em igualdade de relação a/ag (0,35, 0,45 e 0,55) e de resistência à compressão axial de 50 e 60 MPa, e comparou-se com os resultados de curto prazo (acelerado). Realizou-se análise da microestrutura por meio do teor de hidróxido remanescente, dos compostos hidratados por difração de raios-X, porosidade por porosimetria por intrusão de mercúrio e análise visual por microscopia eletrônica de varredura com EDS. O concreto de referência apresentou menor coeficiente de carbonatação nas três relações a/ag estudadas. Entre as misturas com pozolanas a sílica ativa (10%) apresentou menor carbonatação para a/ag 0,35 e 0,45. Para a/ag 0,55 o melhor desempenho aconteceu para a mistura ternaria de cinza volante e cinza de casca de arroz. As relações entre os ensaios acelerado e naturais mostraram decréscimo dos coeficientes de carbonatação natural em relação aos acelerados, numa relação que variou, em média, entre 1,0 e 2,0 para as mistura pozolânicas. Em igualdade de resistência à compressão de 50 e 60 MPa a carbonatação dependeu do tipo e do teor de pozolana, sendo influenciada pelas propriedades químicas e físicas de cada uma em particular. Os resultados dos ensaios da microestrutura confirmaram o decréscimo do CH nas camadas carbonatadas e acréscimo de CaCO3 e a despolimerização dos silicatos e silicoaluminatos de cálcio hidratados. Segundo a NBR 15575-2 observou-se que é possível obter-se concretos com até 25% de pozolanas, com desempenho à vida útil de projeto, frente a carbonatação, de 60 anos.

The carbonation is a physicochemical phenomenon that occurs naturally in concrete structures. The greater the presence of carbon dioxide (CO₂) in the atmosphere and in contact with moisture and hydration products of cement, the greater the depth of carbonation. Its main effect by reducing the alkalinity (pH) is the armature depassivation, which leaves the steel unprotected and susceptible to corrosion. In view of this, the present study aimed to verify the technical viability of using unground rice husk ash (natural NRHA) in partial replacement of cement for concrete for structural purposes against accelerated carbonation, as well as to collaborate with sustainable development in construction, since NRHA are residues from industrial processes of grain processing, which often are discarded directly into the environment without any environmental concern. Based on these principles, the mixtures were investigated CPII-Z and CP-IV with contents of 15% of cement mass replacement by NRHA and GRHA for w/b ratios of 0.45, 0.55 and 0.65 and compared with the REF mixtures. The depths were verified, the carbonation coefficients and the calcium hydroxide contents remaining after 91 days. Accelerated carbonation tests were performed at 4, 8, 12 and 16 weeks of exposure to CO₂ in an environmental chamber as the recommendation of RILEM TC 116-PCD (1999). The results showed that the carbonation depths were increased over time and the w/b ratios stipulated in this study for all mixtures, yielding the lowest depths to the lowest w/b of REF and CPII-Z mixtures. For NRHA mixtures, predominated shallower depths for both cements (CPII-Z and CP-IV) when compared with GRHA, yielding lower depths for CPII-Z than for CP-IV. When compared on an equal w/b ratio and resistance, was observed that carbonation coefficients depended on the type of cement and on the RHA of each mixture. The lowest coefficients were obtained for REF and CPII-Z mixtures, as well the highest contents of calcium hydroxide (CH) when compared to the contents of CP-IV. For mixtures containing RHA additions, predominated better results for NRHA mixtures compared with GRHA, verifying for mixtures of NRHA of CPII-Z and CP-IV for resistance C30 it is possible to use in concrete for structural purposes when the variable to be considered is the carbonation. / A carbonatação é um fenômeno físico-químico que ocorre naturalmente nas estruturas de concreto. Quanto maior a presença de dióxido de carbono (CO₂) na atmosfera e, em contato com a umidade e os produtos de hidratação do cimento, maior será a profundidade de carbonatação. Seu principal efeito pela redução da alcalinidade (pH) é a despassivação da armadura, que deixa o aço desprotegido e susceptível a corrosão. Em vista disso, a presente pesquisa teve por objetivo verificar a viabilidade técnica do emprego da cinza de casca de arroz sem moagem (natural - CCAN), em substituição parcial de cimento, para concretos com fins estruturais frente a carbonatação acelerada, assim como, colaborar com o desenvolvimento sustentável na construção civil, já que as CCAN são resíduos de processos industriais do beneficiamento do grão onde, muitas vezes, são descartadas diretamente no meio ambiente sem nenhuma preocupação ambiental. Baseados nestes preceitos, foram investigadas misturas de CPII-Z e CP-IV com teores de 15% de substituição de cimento em massa por CCAN e CCAM para as relações a/ag de 0,45; 0,55 e 0,65 e comparadas com as misturas de REF. Foram verificadas as profundidades, os coeficientes de carbonatação e os teores de hidróxido de cálcio remanescentes aos 91 dias. Os ensaios de carbonatação acelerada foram realizados em 4, 8, 12 e 16 semanas de exposição ao CO₂ em câmara climática e conforme determina a RILEM TC 116-PCD (1999). Os resultados mostraram que as profundidades de carbonatação foram crescentes ao longo do tempo e das relações a/ag estipulados nesta pesquisa para todas as misturas, obtendo-se as menores profundidades para menores a/ag das misturas de REF de CPII-Z. Para as misturas de CCAN, predominaram profundidades menores para os dois cimentos utilizados (CPII-Z e CP-IV) quando comparadas com as CCAM, obtendo-se para as de CPII-Z profundidades inferiores as de CP-IV. Quando comparados em igualdade de relação a/ag e de resistência, observou-se que os coeficientes de carbonatação dependeram do tipo de cimento e de CCA de cada mistura, sendo os menores obtidos para as misturas de REF de CPII-Z, assim como os maiores teores de hidróxido de cálcio (CH), quando comparados aos de CP-IV. Para as misturas contendo adições de CCA, predominou melhores resultados para as misturas de CCAN quando comparadas com as CCAM, verificando-se para as misturas de CCAN de CPII-Z e CP-IV para a resistência C30 que existe a possibilidade de utilização em concretos para fins estruturais quando a variável a ser considerada é a carbonatação.

Estudos anteriores utilizando matriz cimentícia reforçada exclusivamente com fibras vegetais propiciaram a produção de telhas com desempenho aceitável nas idades iniciais. Porém, com o envelhecimento natural, as telhas apresentaram significativa redução do desempenho mecânico, fato este atribuído principalmente ao ataque alcalino da matriz cimentícia. A presente pesquisa teve como objetivo o aprimoramento de telhas onduladas de fibrocimento sem amianto, a partir de processo automatizado. A primeira etapa do trabalho consistiu na avaliação do efeito da intensidade de refino da polpa Kraft de sisal (Agave sisalana) nas propriedades mecânicas e físicas de placas planas baseadas em matriz de cimento Portland, e o uso conjunto com fibras de poliproprileno (PP). Esta etapa envolveu também a caracterização dos principais atributos das polpas celulósicas refinadas, bem como a caracterização microestrutural (microscopia eletrônica de varredura e porosimetria por intrusão de mercúrio) do material resultante após envelhecimento acelerado e em ambiente natural. Na segunda etapa, séries de telhas onduladas de fibrocimento foram produzidas por técnica de sucção do excesso de água e prensagem, utilizando os melhores parâmetros definidos na etapa anterior. Os efeitos da cura acelerada em autoclave e dos envelhecimentos acelerados (carbonatação acelerada, imersão-secagem e calor-chuva) nas propriedades mecânicas e físicas das telhas foram avaliados. Os resultados obtidos mostraram a grande contribuição do refino da polpa celulósica na melhoria da resistência dos compósitos. Altas intensidades de refino apresentaram os melhores resultados para compósitos reforçados somente com polpa celulósica, mesmo após os envelhecimentos, porém intensidades intermediárias em compósitos híbridos mostraram-se suficientes. A adição das fibras de polipropileno como reforço híbrido teve como ponto forte a manutenção da resistência ao impacto, propriedade esta fortemente afetada pelo envelhecimento acelerado nos compósitos reforçados somente com polpa de sisal. As telhas produzidas mostraram-se mais eficientes no amortecimento térmico do que telhas comerciais de fibrocimento amianto. Melhorias no processo de produção das telhas mostraram efetiva contribuição no desempenho mecânico em relação aos trabalhos anteriores, tanto no curto como no longo prazo. Os resultados também indicaram a utilização da carbonatação acelerada como um procedimento eficiente na mitigação da degradação sofrida pelas fibras celulósicas em meios menos agressivos, no caminho para tornar viáveis os materiais reforçados com fibras vegetais. / Previous studies using exclusively vegetal fibres as the sole reinforcement of cement matrix have propitiated the production of roofing tiles with acceptable performance at the first ages. However, with the natural ageing, the roofing tiles have presented significant reduction in the mechanical performance, attributed to the alkaline attack of the cimentitious matrix mainly. The present research had as objective the improvement of undulate fibrecement roofing tiles without asbestos with automated equipment for production. The study also evaluated the physical, mechanical and microstructural behaviour of the obtained composites. The first stage consisted of evaluating the refinement effect of sisal Kraft pulp on mechanical and physical properties of flat pads based on Ordinay Portland cement and the jointly use of polypropylene fibres (PP). This stage also involved the characterization of the main attributes of refined cellulosic pulps, as well as the microstructural characterization (scanning electron microscopy and mercury intrusion porosimetry) of the resultant material after the accelerated and natural ageing. In the second stage, series of fibrecement roofing tiles were produced by slurry dewatering technique and pressing, using the best parameters of the first stage. Efects of autoclaved curing and accelerated ageing (accelerated carbonation, soak-dry and heat-rain) on mechanical and physical properties of tiles were evaluated. Results showed the great contribution of pulp refinement on mechanical strengh improvement. Higher intensities of refinement provided the best results for composites only reinforced with sisal pulp, despite ageing mechanism. Intermediate refinement revealed to be enough for hybrid composites. Adition of polypropylene fibres as hybrid reinforcement provided toughness maintenance after ageing, which was strongly affected only in sisal reinforced composites. Asbestos free tiles showed to be more efficient on thermal insulating properties than commercial asbestos cement. Improvements on tiles production process showed effective contribution on mechanical performance in relation to the previous works, both at initial ages and after ageing. The results have also indicated the utilization of accelerated carbonation as an effective procedure to mitigate the degradation suffered by the cellulosic fibres in the less aggressive medium, in way of the viability of the cement based materials reinforced by vegetal fibres.

O uso de fibras lignocelulósicas em compósitos de cimento, aliados a cura em atmosferas com excesso de CO2 para promover processos de carbonatação acelerada são potenciais tecnologias para desenvolvimento de materiais sustentáveis que fixam CO2. O presente estudo avaliou o potencial da fibra de curauá para aplicação em compósitos, bem como comparou fibrocimento com reforço de curauá (FCR) com fibrocimento com reforço de polipropileno (FPP), e estudou os efeitos da cura térmica, da cura em atmosfera com excesso de CO2, e a durabilidade ao longo de 100 ciclos de envelhecimento acelerado nesses compósitos. Para avaliar o potencial da fibra, foi realizada a análise anatômica foliar com intuito de analisar o arranjo, as funções e a morfologia das fibras na folha. Também foram determinadas: influência de comprimentos 20 e 40 mm nas variáveis mecânicas; e propriedades de massa específica; teores químicos e análise térmicas da fibra. Para os fibrocimentos, foram quantificadas propriedades de densidade aparente, porosidade aparente e absorção de água e variáveis mecânica módulo de ruptura, módulo de elasticidade, limite de proporcionalidade e energia específica. Também foram feitas as caracterizações mineralógicas por meio do DRX e microestrutural por MEV. A análise foliar evidenciou três classes de estruturas fibrilares denominadas genericamente como \"fibras\", sendo fibras de reforço primário (FP), fibras de reforço secundário (FS) e fibras associadas aos feixes vasculares (FV). A fibra de 40 mm atingiu melhor comportamento mecânico em relação a 20 mm e os comprimentos influenciam os valores de módulo de Young e módulo de Weibull. A análise química das fibras indicou altos teores de alfacelulose (68%) e extrativos (3,8%) e baixos teores de hemicelulose (10%) e lignina (13%). A análise termogravimétrica demonstrou que as estruturas de hemiceluloses e celuloses iniciam a degradação acima de 200ºC. Os resultados dos fibrocimentos indicaram que a cura em atmosfera com excesso de CO2, proporcionou melhorias nas propriedades mecânicas e físicas em FCR e FPP em relação a cura térmica. O processo de envelhecimento acelerado de 100 ciclos melhorou as propriedades da matriz em FCR e FPP, em ambas as curas. Em FCR a carbonatação acelerada melhorou a durabilidade dos compósitos. A fibra de curauá tem potencial para ser utilizada como reforço de materiais cimentícios, embora apresente limitações por ser instável dimensionalmente, sendo necessários tratamentos adicionais para superar esse problema. A carbonatação acelerada promovida pela cura em atmosfera com excesso de CO2 melhorou a durabilidade e propriedades físicas e mecânicas dos fibrocimentos. / The use of lignocellulosic fibers in cement composites with curing to promote accelerated carbonation is a promising technology for the development of sustainable materials to fix CO2. The aim of this study was to evaluate the potential of curauá fiber for use in composites and to compare fiber cement composite reinforcing with curauá (FCR) and cement reinforcing with polypropylene (FPP). In addition, to study the effects of thermal curing, curing in an atmosphere of excess CO2 and the durability over 100 cycles of accelerated aging in these composites. The potential of the curauá fibers was evaluated by leaf anatomical analysis to characterize their arrangement, function and morphology of the fibers\' leaves. The influence of their length (20 and 40mm) were also determined by the mechanical tests, specific mass properties, chemical contents and thermal analysis of the fibers. In the analysis of the fiber cement the density properties, porosity, water absorption, modulus of rupture (MOR), the modulus of elasticity, the limit of proportionality (LOP) and specific energy were measured. The mineralogical and microstructural characterizations were also carried out by DRX and MEV respectively. Foliar analysis showed three classes of fibrillar structures called generically as \"fibers\", with primary reinforcing fibers (PF), secondary reinforcement fibers (FS) and fibers associated with vascular bundles (FV). The 40 mm fiber showed a better mechanical behavior compared to 20 mm fiber, and the length has influenced Young\'s modulus values and Weibull modulus. The chemical analysis of the fibers has demonstrated high levels of alfacellulose (68%) and extractives (3.8%), and low hemicellulose (10%) and lignin (13%) content. Thermogravimetric analysis showed that the structures of celluloses and hemicelluloses started the degradation above 200°C. The fiber cement curing in an atmosphere with excess of CO2 provided improvements in mechanical and physical properties and for FCR and FPP when compared to thermal curing. The accelerated aging test was performed with 100 soak & dry cycles and showed improved performance of the matrix and for both fibers thru pores refinement. The curauá fiber has potential to be used as reinforcement of cementitious materials, although it has some limitations because it is dimensionally unstable, requiring additional treatments to overcome this problem. Accelerated carbonation promoted by curing in an atmosphere of excess CO2 enhanced the physical durability and the mechanical properties of the fiber cements.

O uso de fibras lignocelulósicas em compósitos de cimento, aliados a cura em atmosferas com excesso de CO2 para promover processos de carbonatação acelerada são potenciais tecnologias para desenvolvimento de materiais sustentáveis que fixam CO2. O presente estudo avaliou o potencial da fibra de curauá para aplicação em compósitos, bem como comparou fibrocimento com reforço de curauá (FCR) com fibrocimento com reforço de polipropileno (FPP), e estudou os efeitos da cura térmica, da cura em atmosfera com excesso de CO2, e a durabilidade ao longo de 100 ciclos de envelhecimento acelerado nesses compósitos. Para avaliar o potencial da fibra, foi realizada a análise anatômica foliar com intuito de analisar o arranjo, as funções e a morfologia das fibras na folha. Também foram determinadas: influência de comprimentos 20 e 40 mm nas variáveis mecânicas; e propriedades de massa específica; teores químicos e análise térmicas da fibra. Para os fibrocimentos, foram quantificadas propriedades de densidade aparente, porosidade aparente e absorção de água e variáveis mecânica módulo de ruptura, módulo de elasticidade, limite de proporcionalidade e energia específica. Também foram feitas as caracterizações mineralógicas por meio do DRX e microestrutural por MEV. A análise foliar evidenciou três classes de estruturas fibrilares denominadas genericamente como \"fibras\", sendo fibras de reforço primário (FP), fibras de reforço secundário (FS) e fibras associadas aos feixes vasculares (FV). A fibra de 40 mm atingiu melhor comportamento mecânico em relação a 20 mm e os comprimentos influenciam os valores de módulo de Young e módulo de Weibull. A análise química das fibras indicou altos teores de alfacelulose (68%) e extrativos (3,8%) e baixos teores de hemicelulose (10%) e lignina (13%). A análise termogravimétrica demonstrou que as estruturas de hemiceluloses e celuloses iniciam a degradação acima de 200ºC. Os resultados dos fibrocimentos indicaram que a cura em atmosfera com excesso de CO2, proporcionou melhorias nas propriedades mecânicas e físicas em FCR e FPP em relação a cura térmica. O processo de envelhecimento acelerado de 100 ciclos melhorou as propriedades da matriz em FCR e FPP, em ambas as curas. Em FCR a carbonatação acelerada melhorou a durabilidade dos compósitos. A fibra de curauá tem potencial para ser utilizada como reforço de materiais cimentícios, embora apresente limitações por ser instável dimensionalmente, sendo necessários tratamentos adicionais para superar esse problema. A carbonatação acelerada promovida pela cura em atmosfera com excesso de CO2 melhorou a durabilidade e propriedades físicas e mecânicas dos fibrocimentos. / The use of lignocellulosic fibers in cement composites with curing to promote accelerated carbonation is a promising technology for the development of sustainable materials to fix CO2. The aim of this study was to evaluate the potential of curauá fiber for use in composites and to compare fiber cement composite reinforcing with curauá (FCR) and cement reinforcing with polypropylene (FPP). In addition, to study the effects of thermal curing, curing in an atmosphere of excess CO2 and the durability over 100 cycles of accelerated aging in these composites. The potential of the curauá fibers was evaluated by leaf anatomical analysis to characterize their arrangement, function and morphology of the fibers\' leaves. The influence of their length (20 and 40mm) were also determined by the mechanical tests, specific mass properties, chemical contents and thermal analysis of the fibers. In the analysis of the fiber cement the density properties, porosity, water absorption, modulus of rupture (MOR), the modulus of elasticity, the limit of proportionality (LOP) and specific energy were measured. The mineralogical and microstructural characterizations were also carried out by DRX and MEV respectively. Foliar analysis showed three classes of fibrillar structures called generically as \"fibers\", with primary reinforcing fibers (PF), secondary reinforcement fibers (FS) and fibers associated with vascular bundles (FV). The 40 mm fiber showed a better mechanical behavior compared to 20 mm fiber, and the length has influenced Young\'s modulus values and Weibull modulus. The chemical analysis of the fibers has demonstrated high levels of alfacellulose (68%) and extractives (3.8%), and low hemicellulose (10%) and lignin (13%) content. Thermogravimetric analysis showed that the structures of celluloses and hemicelluloses started the degradation above 200°C. The fiber cement curing in an atmosphere with excess of CO2 provided improvements in mechanical and physical properties and for FCR and FPP when compared to thermal curing. The accelerated aging test was performed with 100 soak & dry cycles and showed improved performance of the matrix and for both fibers thru pores refinement. The curauá fiber has potential to be used as reinforcement of cementitious materials, although it has some limitations because it is dimensionally unstable, requiring additional treatments to overcome this problem. Accelerated carbonation promoted by curing in an atmosphere of excess CO2 enhanced the physical durability and the mechanical properties of the fiber cements.

Estudos anteriores utilizando matriz cimentícia reforçada exclusivamente com fibras vegetais propiciaram a produção de telhas com desempenho aceitável nas idades iniciais. Porém, com o envelhecimento natural, as telhas apresentaram significativa redução do desempenho mecânico, fato este atribuído principalmente ao ataque alcalino da matriz cimentícia. A presente pesquisa teve como objetivo o aprimoramento de telhas onduladas de fibrocimento sem amianto, a partir de processo automatizado. A primeira etapa do trabalho consistiu na avaliação do efeito da intensidade de refino da polpa Kraft de sisal (Agave sisalana) nas propriedades mecânicas e físicas de placas planas baseadas em matriz de cimento Portland, e o uso conjunto com fibras de poliproprileno (PP). Esta etapa envolveu também a caracterização dos principais atributos das polpas celulósicas refinadas, bem como a caracterização microestrutural (microscopia eletrônica de varredura e porosimetria por intrusão de mercúrio) do material resultante após envelhecimento acelerado e em ambiente natural. Na segunda etapa, séries de telhas onduladas de fibrocimento foram produzidas por técnica de sucção do excesso de água e prensagem, utilizando os melhores parâmetros definidos na etapa anterior. Os efeitos da cura acelerada em autoclave e dos envelhecimentos acelerados (carbonatação acelerada, imersão-secagem e calor-chuva) nas propriedades mecânicas e físicas das telhas foram avaliados. Os resultados obtidos mostraram a grande contribuição do refino da polpa celulósica na melhoria da resistência dos compósitos. Altas intensidades de refino apresentaram os melhores resultados para compósitos reforçados somente com polpa celulósica, mesmo após os envelhecimentos, porém intensidades intermediárias em compósitos híbridos mostraram-se suficientes. A adição das fibras de polipropileno como reforço híbrido teve como ponto forte a manutenção da resistência ao impacto, propriedade esta fortemente afetada pelo envelhecimento acelerado nos compósitos reforçados somente com polpa de sisal. As telhas produzidas mostraram-se mais eficientes no amortecimento térmico do que telhas comerciais de fibrocimento amianto. Melhorias no processo de produção das telhas mostraram efetiva contribuição no desempenho mecânico em relação aos trabalhos anteriores, tanto no curto como no longo prazo. Os resultados também indicaram a utilização da carbonatação acelerada como um procedimento eficiente na mitigação da degradação sofrida pelas fibras celulósicas em meios menos agressivos, no caminho para tornar viáveis os materiais reforçados com fibras vegetais. / Previous studies using exclusively vegetal fibres as the sole reinforcement of cement matrix have propitiated the production of roofing tiles with acceptable performance at the first ages. However, with the natural ageing, the roofing tiles have presented significant reduction in the mechanical performance, attributed to the alkaline attack of the cimentitious matrix mainly. The present research had as objective the improvement of undulate fibrecement roofing tiles without asbestos with automated equipment for production. The study also evaluated the physical, mechanical and microstructural behaviour of the obtained composites. The first stage consisted of evaluating the refinement effect of sisal Kraft pulp on mechanical and physical properties of flat pads based on Ordinay Portland cement and the jointly use of polypropylene fibres (PP). This stage also involved the characterization of the main attributes of refined cellulosic pulps, as well as the microstructural characterization (scanning electron microscopy and mercury intrusion porosimetry) of the resultant material after the accelerated and natural ageing. In the second stage, series of fibrecement roofing tiles were produced by slurry dewatering technique and pressing, using the best parameters of the first stage. Efects of autoclaved curing and accelerated ageing (accelerated carbonation, soak-dry and heat-rain) on mechanical and physical properties of tiles were evaluated. Results showed the great contribution of pulp refinement on mechanical strengh improvement. Higher intensities of refinement provided the best results for composites only reinforced with sisal pulp, despite ageing mechanism. Intermediate refinement revealed to be enough for hybrid composites. Adition of polypropylene fibres as hybrid reinforcement provided toughness maintenance after ageing, which was strongly affected only in sisal reinforced composites. Asbestos free tiles showed to be more efficient on thermal insulating properties than commercial asbestos cement. Improvements on tiles production process showed effective contribution on mechanical performance in relation to the previous works, both at initial ages and after ageing. The results have also indicated the utilization of accelerated carbonation as an effective procedure to mitigate the degradation suffered by the cellulosic fibres in the less aggressive medium, in way of the viability of the cement based materials reinforced by vegetal fibres.

Cement is the construction building material with higher responsibility by carbon dioxide emission of all industrial human activities, besides be a considerably expensive material, more than the rice husk ash in nature. Environmental benefits are generated in its utilization, because rice husk ashes are industrial process residues of the grain processing, that are discarded in the environment without none care. The using of these ashes in partial cement substitution in structural concrete, beside of the economical and environmental benefits, proportionate, in general, a higher useful life to the reinforced concrete structures. Based in theses environmental principles, this work aims at to study the technical and economical viability of the RHA utilization, substituting the cement partially, in concrete mixtures for conventional concrete. concrete prototypes with 20 x 20 x 70 cm, with and without ground and non-ground RHA, in 0%, 15% and 25% contents of cement substitution, with water/binder ratios of 0,45, 0,55 and 0,65. Exposed in natural environmental conditions (0,3 0,4% of CO2) the concrete prototypes were analyzed at 18, 24 and 30 months, to the axial compressive strength and carbonation by means of extraction of specimens perpendicularly cut to the casting direction, with 10 x 20 cm dimensions. The axial compressive strength at 18 months of the ground RHA mixtures were higher to the reference concrete, while the natural RHA ones were lower than the latter, with higher decreases for the 25% content than for 15%. The natural carbonation coefficients of reference concrete were the smallest ones, followed by the ground RHA with 15% and 25% and, after, with natural RHA, 15% and 25%. The results show that is possible substitute until 15% of cement by natural rice husk ash without pronounced strength losses (around 20%) and with carbonation coefficients between 4 and 5 mm.ano-0,5, values considered adjusted for conventional concrete. / O cimento é o material de construção com maior responsabilidade pela emissão do dióxido de carbono de todas as atividades industriais humanas, alem de ser um material consideravelmente mais caro do que as CCA s, in natura. Benefícios ambientais são gerados na sua utilização, pois as cinzas de casca de arroz são resíduos de processos industriais do beneficiamento do grão, que muitas vezes são descartados no meio ambiente, sem nenhuma preocupação ambiental. Usá-las em substituição parcial do cimento em concretos estruturais, além de benefícios econômicos e ambientais, proporciona, geralmente, uma maior vida útil às estruturas de concreto armado. Baseado nestes preceitos ambientais, esta pesquisa tem por objetivo o estudo da viabilidade técnica e econômica da utilização da cinza de casca de arroz (CCA), substituindo parcialmente o cimento nas misturas de concretos para uso em concreto convencional. Foram moldados protótipos de concreto de 20 x 20 x 70 cm, com CCA natural e moída, nos teores de 0, 15 e 25%, em substituição ao cimento, nas relações água/aglomerante 0,45, 0,55 e 0,65. Expostos em condições ambientais naturais (0,3 0,4% de dióxido de carbono), os protótipos de concreto foram analisados nas idades de 18, 24 e 30 meses, quanto à resistência, compressão axial e frente ao fenômeno de carbonatação natural, por meio da extração de testemunhos cortados perpendiculares à direção de moldagem, com dimensões 10 x 20 cm. A resistência à compressão axial a 18 meses dos traços com CCA moída foram superiores ao concreto de referência, enquanto que os de cinza natural foram menores do que as misturas com CCA moída, com quedas maiores para o teor de 25% do que para 15%. Os coeficientes de carbonatação natural do traço referência foram os menores de todos, seguidos dos CCA moída, com 15 e 25% e, após, com a CCA natural, de 15% e 25%. Os resultados mostram que é possível substituir até 15% de cimento por cinza de casca de arroz natural, sem moagem, sem perdas acentuadas de resistência (ao redor de 20%) e com coeficientes de carbonatação entre 4 e 5 mm.ano-0,5, valores que podem ser considerados adequados para concreto convencional.