Made available in DSpace on 2014-07-29T15:18:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pretextual.pdf: 140883 bytes, checksum: 5d9ee4b9b3884a0032825e604304580f (MD5) Previous issue date: 2009-09-28 / Increasing the durability of concrete structural elements is primordial, especially those related to power generation in eolic areas that are subjected to the phenomenon of reinforcement corrosion. In this context, this study aims to evaluate the overall protection ability of concrete to the phenomenon of reinforcement corrosion induced by chlorides. To this end, it was adopted a statistical program based on a fractional factorial design in which the variables studied were as follows: the water-binder ratio (0.35, 0.45 and 0.55), the type of mineral admixture (silica fume and blast furnace slag at specific levels), the type of corrosion inhibitor (calcium nitrite, sodium nitrite and amine) and the level of corrosion inhibitor (minimum and maximum recommended by each manufacturer). In the concrete investigations, the tests performed were corrosion potential, polarization resistance and electrochemical impedance. Throughout the experiments, it was possible to testify the beneficial effect of reducing the water-binder ratio. It was also possible to prove the very positive effect of the incorporation of mineral admixtures, especially of silica fume. The satisfactory performance of various inhibitors evaluated was also verified, specially when concrete contains mineral admixtures. A parallel study was conducted to make a comparative analysis of inhibitors at the same range of concentrations (at solid levels of 0.76%, 2.21% and 3.66% of the compound on the cement mass), nevertheless this study have demonstrated that fixing contents for all inhibitor is not appropriated, and the recommended dosages by the manufacturer is the best condition. As the levels recommended by manufacturers, it was found that the higher percentages have not worked well for sodium nitrite otherwise, for amine and nitrite calcium, the higher levels implied better results. Regarding the tannin inhibitor also assessed in the parallel study mentioned above (related to specific inhibitors), its good performance related to corrosion inhibition happened just for the content of 0.76% (the lowest levels). For the other contents, it was verified anomalous results. These results demonstrated that each type of corrosion inhibitor has its optimal concentration for use in concrete. Based on a cost-benefit analysis and evaluating the increase in the concrete value for cubic meter (in R$) in the presence of inhibitors at the same contents, it was verified a relative parity prices among the tested nitrites and an extremely high cost of amine. However, when performing the same analysis but using the levels recommended by the manufacturers for each inhibitor independent, it was found that the large disparity in prices between nitrite and amine was reduced considerably. An assessment of technical and economic feasibility was also performed based on the efficiency of corrosion inhibition and cost per cubic meter of concrete mixtures that did not show a typical depassivation of their stell bar up to the attack age evaluated / O aumento da durabilidade é um aspecto primordial para os elementos estruturais de concreto, em especial aqueles constituintes das estruturas de geração de energia em parques eólicos, sujeitos ao fenômeno de corrosão das armaduras. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo geral avaliar a capacidade de proteção de diferentes concretoS frente ao fenômeno da corrosão da armadura induzida por cloretos. Para tanto, foi adotado um planejamento estatístico baseado em um modelo fatorial fracionado em que as variáveis estudadas foram: a relação água/aglomerante (0,35; 0,45 e 0,55), o tipo de adição mineral (sílica ativa e escória de alto-forno, em teores específicos), o tipo de inibidor de corrosão (nitrito de cálcio, nitrito de sódio e amina) e o teor de inibidor de corrosão (mínimo e máximo recomendado por cada fabricante). Na avaliação dos concretos, foram realizados ensaios de potencial de corrosão, resistência de polarização e impedância eletroquímica. Ao longo de todo experimento foi possível constatar o efeito benéfico da redução da relação a/agl. Também foi possível verificar o efeito extremamente positivo da incorporação das adições minerais, em especial da sílica ativa. Constatou-se também o efeito positivo dos diversos inibidores avaliados, em seus teores mínimo e máximo, beneficio que se mostrou mais pronunciado quando da utilização conjunta com as adições minerais. Um estudo paralelo foi realizado para se fazer uma análise comparativa dos inibidores dentro da mesma faixa de teores empregados (teores de 0,76%; 2,21% e 3,66% de sólidos do aditivo em relação à massa de cimento), no qual se verificou que a utilização desses teores fixos para os diferentes tipos de inibidores não se mostrou tão eficiente quanto em relação à utilização dos aditivos na dosagem de recomendação do fabricante. Quanto a estes teores (recomendados pelos fabricantes), verificou-se que os percentuais mais altos não funcionaram bem para o nitrito de sódio, ao passo que para a amina e para o nitrito de cálcio os teores mais elevados resultaram em melhores resultados. Em relação ao tanino, inibidor que também foi avaliado no estudo paralelo referido anteriormente (específico sobre os inibidores), só houve algum resultado de inibição de corrosão para o teor de 0,76% (mais baixo dos teores), tendo-se obtido resultados anômalos para os outros 2 teores mais altos. Tais resultados permitiram constatar que cada tipo de inibidor de corrosão possui sua concentração ótima de utilização no concreto. Fazendo-se uma análise de custo e avaliando-se o acréscimo em Reais no valor do m3 do concreto proporcionado pelos diversos aditivos inibidores e nos teores de mesma faixa de emprego, verificou-se uma relativa paridade de preços entre os nitritos e um elevadíssimo custo da amina. No entanto, ao se realizar a mesma análise, mas utilizando os teores recomendados pelos fabricantes de cada inibidor, verificou-se que a grande disparidade de preços entre os nitritos e a amina foi reduzida de forma considerável. Uma avaliação da viabilidade técnico-econômica dos concretos também foi realizada, a partir dos dados de eficiência de inibição à corrosão e custo/m3 das misturas que não apresentaram comportamento típico de despassivação de suas armaduras até a idade de ataque considerada

[ES] Una alternativa para reducir el consumo de materias primas y los impactos ambientales derivados del cemento Portland es la sustitución parcial del clínker por adiciones minerales de subproductos agroindustriales. El objetivo de este trabajo fue investigar los efectos de la extracción de potasio sobre la reactividad de las biopuzolanas a partir de cenizas puras de caña de azúcar y caña energética, y evaluar las ganancias ambientales potenciales en compuestos de cemento Portland, buscando producir cenizas reactivas y sostenibles, y potasio para su aplicación como fertilizante. La caña energética y la caña de azúcar se caracterizaron morfológicamente mediante microscopio electrónico de barrido y EDS, se analizó el suelo recolectado durante la extracción de ambas variedades. Ambas cañas fueron calcinadas a una temperatura de 600 °C con una velocidad de 4 °C/min y un tiempo de exposición de 120 min. Las cenizas fueron lavadas para la extracción de potasio, cloro y azufre, y molidas para obtener el mismo rango granulométrico, luego se realizó el análisis de la solución extraída del lavado, y, por otra parte, sobre las cenizas se llevaron a cabo los análisis de masa específica real, granulometría, fluorescencia de rayos X, pérdida al fuego, difracción de rayos X, termogravimetría, microscopía electrónica de barrido con EDS, y determinación de sílices amorfa y cristalina. En pastas de hidróxido de calcio y puzolanas se realizó análisis de fijación de cal por termogravimetría, microscopía electrónica de barrido con EDS, evaluación de reactividad puzolánica por conductividad y pH, y método de Frattini. En las pastas de puzolanas y cemento se realizó la prueba de porosidad por intrusión de mercurio. Se evaluó la influencia de las cenizas y humo de sílice en el comportamiento de los morteros de cemento Portland, con ensayos de masa específica, absorción de agua, porosidad aparente, resistencia a la compresión y carbonatación acelerada. Se utilizó la técnica de Evaluación del Ciclo de Vida para evaluar los impactos ambientales potenciales de los morteros con reemplazo parcial de ceniza de caña energética, de caña de azúcar y humo de sílice en comparación con el mortero de referencia (sin reemplazos). La quema de caña energética genera un 78% más de ceniza en comparación con la caña de azúcar. Las cenizas de hoja de la caña energética presentaron mayor cantidad de sílice que las de caña de azúcar; por otro lado, los tallos presentaron un alto contenido de potasio. El análisis de la solución de lavado de ceniza indicó la posibilidad de utilizar esta solución en fertirrigación debido a los altos valores de potasio y azufre en el agua. El humo de sílice, la ceniza de paja de caña de azúcar, la ceniza de paja de caña energética y la mezcla de cenizas de caña energética (tallo y paja) fueron las muestras que presentaron alta puzolanicidad. Los morteros con sustitución del 10% de cenizas, fueron los que presentaron mejores resultados en cuanto a resistencia mecánica. En general, la sustitución de contenidos superiores al 10% de ambas cenizas mejora considerablemente el comportamiento ambiental de los morteros, debido al menor consumo de cemento, y a la generación de los subproductos de la extracción de sacarosa, (como el residuo filtrado y vinaza) y el potasio extraído del lavado de las cenizas, que evitan la producción de agroquímicos para la agricultura. Teniendo en cuenta el comportamiento ambiental y la resistencia a la compresión, los morteros con mejores resultados son aquellos con un 10% de ceniza de caña energética, ya que alcanzan los valores más altos de resistencia a la compresión y buenos valores de desempeño ambiental. Por lo tanto, la ceniza de la caña de azúcar y de la caña energética se pueden utilizar para su incorporación en materiales cementantes, especialmente la ceniza de caña energética. Sin embargo, el potasio y el cloro deben extraerse hasta que estén dentro de los niveles aceptables para su uso en compuestos de cemento. / [CA] L'alternativa per a reduir el consum de matèries primeres i els impactes que origina la producció de ciment Pòrtland implicaria substituir parcialment el clínquer per minerals obtinguts de subproductes agroindustrials. L'objectiu d'aquest treball és investigar els efectes de l'extracció del potassi en la reactivitat de les bioputzolanes, a partir de les cendres de la canya de sucre i de la canya energètica, i a més a més avaluar els beneficis ambientals com a component del ciment Pòrtland. La finalitat seria produir cendres reactives més sostenibles que podran ser utilitzades com a putzolanes, així com potassi com a fertilitzant. La canya de sucre i la canya energètica es caracteritzaren morfològicament mitjançant microscòpia electrònica de rastreig amb espectroscòpia d'energia dispersiva de raigs X, i es va analitzar el sòl després de la recol·lecció de les plantes. Ambdues canyes foren calcinades a 600¿°C de temperatura, a una velocitat d'escalfament de 4¿°C/min durant un temps màxim d'exposició de 120 minuts. Després de la calcinació, les cendres foren rentades per a extraure el potassi, el clor i el sofre i a continuació foren moltes fins a obtindre la granulometria adequada. Finalment, es va fer l'anàlisi de la solució aquosa del rentat, i diferents anàlisis de les cendres: massa específica real, granulometria làser, fluorescència de raigs X, pèrdua al foc, difracció de raigs X, termogravimetria, microscòpia electrònica de rastreig amb espectroscòpia d'energia dispersiva de raigs X, avaluació de reactivitat putzolànica per conductivitat i pH, i mètode Frattini. Les pastes de putzolana i de ciment se'n van sotmetre a la prova de porositat per intrusió de mercuri. Es va avaluar com influeix la cendra de la canya de sucre, la cendra de la canya energètica i el fum de sílice en els morters de ciment Pòrtland, amb assajos de massa específica, absorció d'aigua, porositat aparent, resistència a la compressió i carbonatació accelerada. La tècnica d'Avaluació del Cicle de Vida, va ser utilitzada per a valorar els impactes ambientals possibles dels morters amb substitució parcial de cendra de canya de sucre, cendra de canya energètica i fum de sílice i comparar-los amb els morters de referència (sense reemplaçaments). La canya energètica genera un 78% més de cendra per hectàrea que la canya de sucre tradicional, per altra banda, les cendres de les fulles de la canya energètica tenen un major contingut de sílice i la tija una gran quantitat de potassi. Els resultats de l'anàlisi de les solucions de les cendres rentades, ens indiquen que és possible utilitzar aquesta solució en fertirrigació per l'alt contingut en potassi i sofre. El fum de sílice, la cendra de la palla de la canya de sucre, la de la palla de canya energètica i LA de la mescla de canya energètica (tija i palla) foren les mostres amb millors resultats de reactivitat putzolànica. Els morters substituïts amb un 10% de cendra de canya de sucre i de cendra de canya energètica són els que presentaren millors resultats de resistència mecànica. En general, amb substitucions superiors al 10% de les cendres de canya de sucre i de canya energètica millora considerablement el comportament ambiental dels morters, gràcies a un menor consum de ciment, i a la generació de subproductes de l'extracció de sacarosa (com residus de filtres i vinassa), i del potassi obtingut de rentar les cendres que eviten la producció de productes químics per a l'agricultura. Si tenim en compte el comportament ambiental i la resistència a la compressió, els morters amb un 10% de cendra de canya energètica són els que presenten millors resultats, ja que registren els valors més alts a la compressió. En resum, podem afirmar que les cendres de la canya de sucre i de la canya energètica poden ser utilitzades per a afegir-les als materials cimentants, especialment, la cendra de canya energètica, sempre que els nivells de potassi i clor estiguen dins dels nivells permesos per al seu ús en el ciment. / [EN] An alternative to reduce the consumption of raw materials and the environmental impacts arising from the production of Portland cement is the partial replacement of clinker by mineral additions using agro-industrial by-products. The present research aimed to investigate the effects of potassium extraction on the reactivity of biopozzolans from from sugarcane and energy cane, and to evaluate the potential environmental gains of its use in Portland cement composites, seeking to produce reactive and sustainable ash that can be used as pozzolan and potassium for application as a fertilizer. Energy cane and sugar cane were morphologically characterized using a scanning electron microscope and X-ray energy dispersive spectroscopy, and the soil ,in which both varieties grew, analyzed. Both canes were calcined at a temperature of600 °C with a heating rate of 4 °C/min and a maximum exposure time of 120 min. After burning, the ashes were washed for the extraction of potassium, chlorine and sulfur and, then ground to obtain the same granulometric range; the analysis of the solution extracted from the washing was carried out, and, for the obtained ashes, real specific mass, laser granulometry, X-ray fluorescence, loss on fire, X-ray diffraction, thermogravimetry, scanning electron microscopy with X-ray energy dispersive spectroscopy and determination of amorphous and crystalline silica were carried out. In calcium hydroxide/ash pastes, the lime fixation analysis by thermogravimetry, scanning electron microscopy with X-ray energy dispersive spectroscopy, pozzolanic reactivity evaluation by conductivity and pH, and Frattini method were performed. In cement/ash pastes, the porosity test by mercury intrusion was carried out. The influence of energy cane ash, sugar cane and silica fume on the performance of Portland cement mortars was evaluated, by means specific mass, water absorption, apparent porosity, compressive strength and accelerated carbonation tests. The Life Cycle Analysis technique was used to assess the potential environmental impacts of mortars with partial replacement of energy cane ash, sugar cane ash and silica fume compared to the reference mortar (without replacements). The burning of energy cane generates 78% more ash per hectare compared to conventional sugarcane, the leaf ashes of the energy cane had a higher amount of silica than the sugar cane one; on the other hand, the stalks showed high potassium content. The analysis of the ash washing solution indicated the possibility of using this solution in fertigation due to the high values of potassium and sulfur that were solubilized in the water. Silica fume, sugar cane straw, energy cane straw, and the mixture of energy cane (stem and straw) were the ashes that showed high pozzolanicity. The mortars with replacement of 10% of sugarcane ash, and 10% of energy cane, were the ones that presented the best results in terms of mechanical strength. In general, the substitution of contents above 10% of sugarcane and energy cane ashes improves the environmental performance of mortars considerably, due to the lower consumption of cement, the co-products generated in the extraction of sucrose, such as filter and vinasse, and the potassium extracted from washing the ash, which avoid the production of agrochemicals for agriculture. Taking into account environmental performance and compressive strength, the mortars with the best results are those with 10% energy cane ash, as they achieve the highest compressive strength and good environmental performance values. Thus, ashes from sugarcane and energy cane can be used for incorporation into cementitious composites, especially energy cane ash. However, potassium and chlorine must be extracted until they are within acceptable levels for the use of ashes in cementitious composites. / Pitolli Lyra, G. (2023). Aplicação das cinzas da indústria sucroalcooleira como biopozolanas e Kfertilizante: cana-de-açúcar e cana-energia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/193853

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:18:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao marcus vinicius mendes.pdf: 2369089 bytes, checksum: 841841ae88caf7c6c9adb67b65e533c5 (MD5) Previous issue date: 2009-10-06 / The durability of reinforced concrete structures is damaged by the degrading action of the penetration of substances in the form of gases, vapors and liquids through the pores and cracks. It is known that water both in its pure form or containing dissolved ions such as chloride, sulphate, carbon dioxide or oxygen ions, can compromise the durability of concrete structures. In reinforced concrete structures at the marine environment, for example, the towers of wind power plants, this degradation can be more intense and accelerated. Thus, in the present study were analyzed concretes with different mineral additions (silica fume, blast furnace slag) and water / binder ratios (0.35, 0.45 and 0.55), with the objective to verify if the inside and cover thickness of concrete have some effect on the mechanisms of transport and also the effect of carbonation (only for concrete with w/b equal to 0.55) in the surface layer of concrete is important enough to make dificult the entry of aggressive agents in concrete. For this, the following tests to evaluate the mass transport in concrete were performed: capillary water absorption (NBR 9779:1995), water penetration under pressure (NBR 10787:1994), air permeability (method Figg), penetrability of chloride ion (ASTM C 1202: 2009), non-steadystate migration test (NT BUILD 492:1999). As a result, it was found that the mineral addition used generally provided an improvement in front of the concrete mechanisms of mass transport. In one of the properties, namely the diffusion coefficient (non-steady-state migration) of concrete with the use of silica fume and blast furnace slag, this has been reduced dramatically, around 11 times for the concrete with w/b equal to 0.55, when it is compared with concrete without mineral addition. It was observed that the inner region of concrete behaved better, in an unexpected way, than concrete cover region for some properties (capillary absorption, water penetration under pressure, penetration of chloride ions). From this conclusion, it can be said that the inner part of concrete is composed of transition zones (aggregated interface / mortar) exposed to facilitate the entry of fluids, gases and ions. About the effect of carbonation, this affected the capillary absorption and air permeability. The results led to explain that the clogging of the pores resulting from the product of carbonation (CaCO3), promoted the refinement of the pores, thus increasing capillary force and, consequently, increasing the capillary absorption. However, for air permeability this effect has damaged the passage of air through the surface layer. Finally, it is important noting that significant correlations were found among tests that evaluated the mechanisms of mass transport, namely, penetration of chloride ions and capillary absorption, diffusion coefficient (non-steady-state migration) and capillary absorption, permeability air and water penetration under pressure, penetration of chloride ions and the diffusion coefficient. / A durabilidade das estruturas de concreto armado é prejudicada pela ação deteriorante da penetração de substâncias na forma de gases, vapores e líquidos através de poros e fissuras. Sabe-se que a água, tanto no seu estado puro ou com íons dissolvidos, como os cloretos, sulfato, dióxido de carbono ou oxigênio, pode comprometer a durabilidade das estruturas de concreto. Em estruturas de concreto armado localizadas em ambiente marítimo como, por exemplo, as torres de energia eólica, essa deterioração pode ser mais intensa e acelerada. Diante disso, no presente trabalho foram analisados concretos com diferentes adições minerais (sílica ativa e escória de alto-forno) e relações água/aglomerante (0,35; 0,45 e 0,55), tendo como objetivo principal verificar se a parte interna e o cobrimento do concreto exercem algum efeito nos mecanismos de transporte e, se o efeito da carbonatação (somente para concretos de relação a/g igual a 0,55) na camada superficial do concreto é relevante a ponto de dificultar a entrada de agentes agressivos no concreto. Para isso, foram realizados os seguintes ensaios para avaliar o transporte de massa no concreto: absorção de água por capilaridade (NBR 9779:1995), penetração de água sob pressão (NBR 10787:1994), permeabilidade ao ar (método de Figg), penetrabilidade de cloretos (ASTM C 1202: 2009), ensaio de migração em regime não estacionário (NT BUILD 492:1999). Como resultado constatou-se que as adições minerais empregadas propiciaram de maneira geral uma melhoria dos concretos frente aos mecanismos de transporte de massa. Em uma das propriedades avaliadas, a saber, o coeficiente de difusão (migração regime não estacionário) dos concretos com o emprego de sílica ativa e escória de alto-forno, esse foi reduzido drasticamente, em torno de 11 vezes para os concretos com relação a/ag igual a 0,55, quando comparado com os concretos sem adição mineral. Quanto à região do concreto, notou-se para algumas propriedades (absorção capilar, penetração de água sob pressão, penetrabilidade de cloretos) que a região interna comportou-se melhor, de maneira inesperada, que a região do cobrimento. Diante dessa conclusão, criou-se uma hipótese para tal comportamento que consistiu em afirmar que a parte interna é composta por zonas de transição (interface agregado/pasta) expostas que facilitam a entrada de fluidos, gases e íons. Já com relação ao efeito da carbonatação, esta afetou a absorção capilar e a permeabilidade ao ar. Os resultados levaram a explicar que a colmatação dos poros, advindos do produto (CaCO3) da carbonatação promoveu o refinamento dos poros, aumentando, assim, a força capilar e, conseqüentemente, o aumento da absorção capilar. No entanto, para permeabilidade ao ar esse efeito dificultou a passagem de ar através da camada superficial. Por último, cabe destacar, que correlações importantes foram obtidas entre os ensaios que avaliaram os mecanismos de transporte de massa, a saber, penetrabilidade de cloretos e absorção capilar, coeficiente de difusão (migração regime não estacionário) e absorção capilar, permeabilidade ao ar e penetração de água sob pressão, penetrabilidade de cloreto e coeficiente de difusão.