A quantidade de resíduos gerados em diversos segmentos industriais vem aumentando com o passar dos anos. Temas como a disposição final de resíduos e os riscos de poluição de sistemas biológicos onde esses são depositados, denotam-se como grandes problemáticas envolvidas nos avanços destes segmentos. Dentre as técnicas mais utilizadas de disposição final de resíduos, o processo de Solidificação/Estabilização (S/E) em matriz de cimento é apresentado como uma tecnologia de destaque para imobilização de materiais residuais contendo metais pesados. Neste estudo, os cimentos Aluminosos Fondu e Secar (51) e cimento Portland (ARI) foram empregados como materiais aglutinantes objetivando a imobilização do dicromato de potássio, o qual apresenta como principal constituinte o Cr no estado hexavalente. As variações ocorridas durante a hidratação dos cimentos frente à adição de dicromato de potássio foram investigadas utilizando técnicas de monitoramento da temperatura de hidratação e determinação das principais fases consumidas e formadas. Para isto difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura e análises térmicas (diferenciais e termogravimétricas) foram utilizadas. Os resultados obtidos para esta etapa mostram que as adições de dicromato de potássio acarretaram em reduções no consumo das fases anidras, bem como, na formação das principais fases hidratadas para os três cimentos estudados, sendo a adição de 2,5% de cromo (VI) a responsável pelas maiores quedas. Para investigação da eficiência da retenção do cromo (total e hexavalente) e a avaliação da integridade estrutural dos produtos formados, técnicas de lixiviação e resistência mecânica foram empregadas. Como resultados, foram verificadas que as matrizes de cimento Aluminoso registraram os maiores valores de eficiência na retenção do cromo atingindo níveis superiores a 99%. Entretanto, o parâmetro resistência à compressão apresentou quedas de até 60% em relação às argamassas de referência com 0% de cromo. Já para o cimento Portland, a adição do sal de cromo não influenciou de maneira significativa nas resistências à compressão, entretanto a análise de retenção do metal indica a menor eficiência deste tipo de cimento, uma vez que as concentrações acima de 0,5% de cromo foram lixiviadas a níveis superiores ao estabelecidas pela norma. / The increasing amount of waste generated in several industries has been increasing over the years. Topics such as waste disposal and pollution risks of biological systems where these are deposited denote as main issues involved in advancing these sectors. Among the most widely used techniques of waste disposal process, Solidification / Stabilization (S / E) in the cement matrix are a prominent technology for immobilization of waste materials containing heavy metals. In this study, the aluminous cement (Fondu and Secar 51) and Portland cement (ARI) were used as binder materials aimed at immobilizing the potassium dichromate, which has as its main constituent Cr in the hexavalent state. The variations during hydration of cements before the addition of potassium dichromate were investigated using techniques of hydration heat monitoring and determination of the main phases formed and consumed. For this purpose, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and thermal gravimetric analysis and differential thermal analysis were used. The results show that for this step adding of potassium dichromate resulted in reductions in the consumption of anhydrous phases, as well as the formation of the main hydrated phases for the three cements studied, being the addition of 2.5% of chromium (VI) responsible for the biggest decay. To investigate the efficiency of retention of chromium (hexavalent and total) and the evaluation of the structural integrity of the products formed, leaching techniques and mechanical strength were used. As results, the aluminous cement matrices showed the highest values of efficiency in retaining chrome, achieving more than 99%. However, the compressive strength parameter showed declines of up to 60% compared to the references folders with 0% chromium. As for the Portland, adding the chromium salt did not have a significantly influence in the compressive strength, however, the metal retention analysis indicates the ineffectiveness of this type of cement, since the concentrations above 0.5% chromium were leached to levels above the established norm.

Nos últimos anos, uma atenção considerável tem sido dada para o desenvolvimento de cimentos especiais, capazes de reduzir as emissões de CO2 e de energia, bem como o consumo de calcário. Cimentos supersulfatados são compostos principalmente de escória de alto forno (80-90%), sulfato de cálcio (10-20%) e um ativador alcalino, tal como o cimento Portland (cerca de 5%) ou hidróxidos de metais alcalinos. Os cimentos supersulfatados (CSS) foram usados nos anos entre 1950- 1960 na Europa, especialmente para aplicações em concretos, mas o seu menor ganho de resistência em idades iniciais limitava a sua aplicação comercial. Mais tarde, mudança no processo de fabricação do ferro gerou implicou na geração de escórias que deixaram de apresentar o conteúdo mínimo de Al2O3 exigido para CSS, levando a sua utilização alternativa em misturas com cimento Portland (Cimento de alto forno). Recentemente, a norma para o cimento supersulfatado na Europa foi substituída pela norma EN 15743 (2010), no entanto, o mecanismo de hidratação bem como a sua composição ótima não são bem compreendidos. Nesta pesquisa, o efeito do tipo e teor de ativador alcalino (hidróxidos) e das proporções de escória e anidrita foi estudado. Os hidróxidos de cálcio e potássio foram estudados em teores de 0,2, 0,5 e 0,8% em formulações de CSS contendo entre 80 - 90% de escória de alto-forno e 10-20% de sulfato de cálcio (anidrita). Através de análise de resistência à compressão verificou-se que os teores de ativadores alcalinos apresentaram maior influência em comparação às proporções de anidrita e escória. Argamassas moldadas com KOH como ativador alcalino, com 0,2 e 0,5% apresentaram os maiores valores para resistência à compressão enquanto que as argamassas elaboradas com Ca(OH)2 apresentaram maior valor 0,8%. Todos os cimentos elaborados com utilização de 0,5% de KOH como ativador alcalino, e as proporções com 85% de escória e 15% de anidrita encontram-se dentro das exigências da EN 2010. Entretanto, nenhum dos cimentos elaborados com 0,8% de KOH atingiram o limite, apenas aqueles elaborados com 0,8% de Ca(OH)2. As medidas calorimétricas confirmaram que a utilização de KOH fornece maiores fluxos de calor e maior calor acumulado quando comparado com Ca(OH)2. Para ambos os ativadores, maiores teores aumentaram o fluxo de calor e o calor acumulado. As análises microestruturais (DRX, TG/DTG, MEV) comprovam que os principais produtos de hidratação dos cimentos supersulfatados são as fases de etringita, gipsita e C-S-H, e também que o teor de ativador alcalino influência na disposição de anidrita (sulfato de cálcio) na matriz sólida de cimento. A anidrita ue deveria ser consumida para formação de etringita, quando muito solúvel, propicia a maior formação da fase hidratada gipsita. / In recent years, considerable attention has been given to the development of special cements that can reduce CO2 emissions and energy and the consumption of limestone. Supersulfated cement are mainly composed of blast furnace slag (80- 90%), calcium sulfate (10-20%) and an alkaline activator such as Portland cement (around 5%) or alkali metal hydroxides. The supersulfated cements (SSC) were used in the years between 1950 to 1960 in Europe, especially for applications in concrete, but its lower gain strength at initial age limited their commercial application. Later changes in iron manufacturing processes generated slag which Al2O3 no longer met the requirement of minimum content required for SSC, leading to its alternative use mixtures of Portland cement (blast furnace cement). Recently, the standard for Europe supersulfated cement was replaced by EN 15743 (2010), however, the hydration mechanism and its optimum proportion are not well understood. In this study, the effects of the type and content of the alkali activator (hydroxides) and the content of slag and anhydrite were studied. The calcium and potassium hydroxide were studied in 0.2, 0.5 and 0.8% with SSC formulations containing 80 - 90% blast furnace slag and 10-20% sulfate calcium (anhydrite). Compressive strength tests showed that the content of alkaline activators influenced more than slag/anhydrite content. Mortars made with KOH with of 0.2 and 0.5% presented the highest compressive strength values; however, mortars made prepared with Ca(OH)2 presented the highest values with 0.8%. All cements prepared with 0.5% KOH as alkaline activator containing 85% of slag and 15% of anhydrite reached the EN 15743 requirements. The calorimetric measurements confirmed that the KOH provided higher heat flow rate and increased the total heat in relation to Ca(OH)2. The microstructural analysis (XRD, TG/DTG, SEM) confirmed ettringite, gypsum and C-S-H as main phases. The anhydrite should be consumed for the formation of ettringite, however when very soluble, provided a higher formation of gypsum phase.

A quantidade de resíduos gerados em diversos segmentos industriais vem aumentando com o passar dos anos. Temas como a disposição final de resíduos e os riscos de poluição de sistemas biológicos onde esses são depositados, denotam-se como grandes problemáticas envolvidas nos avanços destes segmentos. Dentre as técnicas mais utilizadas de disposição final de resíduos, o processo de Solidificação/Estabilização (S/E) em matriz de cimento é apresentado como uma tecnologia de destaque para imobilização de materiais residuais contendo metais pesados. Neste estudo, os cimentos Aluminosos Fondu e Secar (51) e cimento Portland (ARI) foram empregados como materiais aglutinantes objetivando a imobilização do dicromato de potássio, o qual apresenta como principal constituinte o Cr no estado hexavalente. As variações ocorridas durante a hidratação dos cimentos frente à adição de dicromato de potássio foram investigadas utilizando técnicas de monitoramento da temperatura de hidratação e determinação das principais fases consumidas e formadas. Para isto difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura e análises térmicas (diferenciais e termogravimétricas) foram utilizadas. Os resultados obtidos para esta etapa mostram que as adições de dicromato de potássio acarretaram em reduções no consumo das fases anidras, bem como, na formação das principais fases hidratadas para os três cimentos estudados, sendo a adição de 2,5% de cromo (VI) a responsável pelas maiores quedas. Para investigação da eficiência da retenção do cromo (total e hexavalente) e a avaliação da integridade estrutural dos produtos formados, técnicas de lixiviação e resistência mecânica foram empregadas. Como resultados, foram verificadas que as matrizes de cimento Aluminoso registraram os maiores valores de eficiência na retenção do cromo atingindo níveis superiores a 99%. Entretanto, o parâmetro resistência à compressão apresentou quedas de até 60% em relação às argamassas de referência com 0% de cromo. Já para o cimento Portland, a adição do sal de cromo não influenciou de maneira significativa nas resistências à compressão, entretanto a análise de retenção do metal indica a menor eficiência deste tipo de cimento, uma vez que as concentrações acima de 0,5% de cromo foram lixiviadas a níveis superiores ao estabelecidas pela norma. / The increasing amount of waste generated in several industries has been increasing over the years. Topics such as waste disposal and pollution risks of biological systems where these are deposited denote as main issues involved in advancing these sectors. Among the most widely used techniques of waste disposal process, Solidification / Stabilization (S / E) in the cement matrix are a prominent technology for immobilization of waste materials containing heavy metals. In this study, the aluminous cement (Fondu and Secar 51) and Portland cement (ARI) were used as binder materials aimed at immobilizing the potassium dichromate, which has as its main constituent Cr in the hexavalent state. The variations during hydration of cements before the addition of potassium dichromate were investigated using techniques of hydration heat monitoring and determination of the main phases formed and consumed. For this purpose, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and thermal gravimetric analysis and differential thermal analysis were used. The results show that for this step adding of potassium dichromate resulted in reductions in the consumption of anhydrous phases, as well as the formation of the main hydrated phases for the three cements studied, being the addition of 2.5% of chromium (VI) responsible for the biggest decay. To investigate the efficiency of retention of chromium (hexavalent and total) and the evaluation of the structural integrity of the products formed, leaching techniques and mechanical strength were used. As results, the aluminous cement matrices showed the highest values of efficiency in retaining chrome, achieving more than 99%. However, the compressive strength parameter showed declines of up to 60% compared to the references folders with 0% chromium. As for the Portland, adding the chromium salt did not have a significantly influence in the compressive strength, however, the metal retention analysis indicates the ineffectiveness of this type of cement, since the concentrations above 0.5% chromium were leached to levels above the established norm.

Nos últimos anos, uma atenção considerável tem sido dada para o desenvolvimento de cimentos especiais, capazes de reduzir as emissões de CO2 e de energia, bem como o consumo de calcário. Cimentos supersulfatados são compostos principalmente de escória de alto forno (80-90%), sulfato de cálcio (10-20%) e um ativador alcalino, tal como o cimento Portland (cerca de 5%) ou hidróxidos de metais alcalinos. Os cimentos supersulfatados (CSS) foram usados nos anos entre 1950- 1960 na Europa, especialmente para aplicações em concretos, mas o seu menor ganho de resistência em idades iniciais limitava a sua aplicação comercial. Mais tarde, mudança no processo de fabricação do ferro gerou implicou na geração de escórias que deixaram de apresentar o conteúdo mínimo de Al2O3 exigido para CSS, levando a sua utilização alternativa em misturas com cimento Portland (Cimento de alto forno). Recentemente, a norma para o cimento supersulfatado na Europa foi substituída pela norma EN 15743 (2010), no entanto, o mecanismo de hidratação bem como a sua composição ótima não são bem compreendidos. Nesta pesquisa, o efeito do tipo e teor de ativador alcalino (hidróxidos) e das proporções de escória e anidrita foi estudado. Os hidróxidos de cálcio e potássio foram estudados em teores de 0,2, 0,5 e 0,8% em formulações de CSS contendo entre 80 - 90% de escória de alto-forno e 10-20% de sulfato de cálcio (anidrita). Através de análise de resistência à compressão verificou-se que os teores de ativadores alcalinos apresentaram maior influência em comparação às proporções de anidrita e escória. Argamassas moldadas com KOH como ativador alcalino, com 0,2 e 0,5% apresentaram os maiores valores para resistência à compressão enquanto que as argamassas elaboradas com Ca(OH)2 apresentaram maior valor 0,8%. Todos os cimentos elaborados com utilização de 0,5% de KOH como ativador alcalino, e as proporções com 85% de escória e 15% de anidrita encontram-se dentro das exigências da EN 2010. Entretanto, nenhum dos cimentos elaborados com 0,8% de KOH atingiram o limite, apenas aqueles elaborados com 0,8% de Ca(OH)2. As medidas calorimétricas confirmaram que a utilização de KOH fornece maiores fluxos de calor e maior calor acumulado quando comparado com Ca(OH)2. Para ambos os ativadores, maiores teores aumentaram o fluxo de calor e o calor acumulado. As análises microestruturais (DRX, TG/DTG, MEV) comprovam que os principais produtos de hidratação dos cimentos supersulfatados são as fases de etringita, gipsita e C-S-H, e também que o teor de ativador alcalino influência na disposição de anidrita (sulfato de cálcio) na matriz sólida de cimento. A anidrita ue deveria ser consumida para formação de etringita, quando muito solúvel, propicia a maior formação da fase hidratada gipsita. / In recent years, considerable attention has been given to the development of special cements that can reduce CO2 emissions and energy and the consumption of limestone. Supersulfated cement are mainly composed of blast furnace slag (80- 90%), calcium sulfate (10-20%) and an alkaline activator such as Portland cement (around 5%) or alkali metal hydroxides. The supersulfated cements (SSC) were used in the years between 1950 to 1960 in Europe, especially for applications in concrete, but its lower gain strength at initial age limited their commercial application. Later changes in iron manufacturing processes generated slag which Al2O3 no longer met the requirement of minimum content required for SSC, leading to its alternative use mixtures of Portland cement (blast furnace cement). Recently, the standard for Europe supersulfated cement was replaced by EN 15743 (2010), however, the hydration mechanism and its optimum proportion are not well understood. In this study, the effects of the type and content of the alkali activator (hydroxides) and the content of slag and anhydrite were studied. The calcium and potassium hydroxide were studied in 0.2, 0.5 and 0.8% with SSC formulations containing 80 - 90% blast furnace slag and 10-20% sulfate calcium (anhydrite). Compressive strength tests showed that the content of alkaline activators influenced more than slag/anhydrite content. Mortars made with KOH with of 0.2 and 0.5% presented the highest compressive strength values; however, mortars made prepared with Ca(OH)2 presented the highest values with 0.8%. All cements prepared with 0.5% KOH as alkaline activator containing 85% of slag and 15% of anhydrite reached the EN 15743 requirements. The calorimetric measurements confirmed that the KOH provided higher heat flow rate and increased the total heat in relation to Ca(OH)2. The microstructural analysis (XRD, TG/DTG, SEM) confirmed ettringite, gypsum and C-S-H as main phases. The anhydrite should be consumed for the formation of ettringite, however when very soluble, provided a higher formation of gypsum phase.

The influence of tricalcium silicate content of cement on concrete durability has long been a topic of discussion in the literature. The objective of this investigation was to determine whether increasing tricalcium silicate content of cement has a negative effect on concrete sulfate durability. Several mill certificates were reviewed to select cements with similar tricalcium aluminate content and variable tricalcium silicate contents. Cements selected for this study were randomly labeled as cements C, D, D2, E, and P. The following properties were assessed for the as-received cements: Blaine fineness, particle size distribution, chemical oxide content, and mineralogical content. Three different methods were employed to determine the mineralogical composition of the as-received cements: Bogue calculation, internal standard method, and Rietveld refinement analysis. Despite the attempt to select cements with similar composition, it was determined that the as-received cements had compositional differences other than their C3S content. These cements had a variable tricalcium aluminate and alkali content, as well as differences in the amount and form of calcium sulfates. In order to eliminate these variances, doped cements were prepared by increasing the C3S content of the as received cements to 69 % by Bogue calculation. Durability of as-received cements and doped cements was assessed through several measurements including length change, compressive strength, and phase transformation in sodium sulfate solution. For as-received cements, compressive strength of mortar cubes stored in saturated lime solution was evaluated as well. Semiquantitative x-ray diffraction analysis and scanning electron microscopy observations were performed on mortar bars to evaluate the relative amounts and morphology of the hydrated phases. It was concluded at the end of this study that cements with high tricalcium silicate content generally have poor durability in sodium sulfate environment. All the cements experienced higher expansion with increased C3S content. High C3S content combinedwith high C3A content was particularly detrimental to mortar resistance to sodium sulfate attack.

This diploma thesis is divided into two parts, the theoretical and practical part. The theoretical part is to study of factors influencing the workability and bleeding of concrete. There is mentioned the production of cement and standard requirement. The task of the practical part is to assess the cements produced by the cement works Hranice and Prachovice. These cements test in terms of water separation. In combination with these cements use superplasticizing admixtures from Mapei and Stachema and determine the impact of water separation on cement pastes. Determine rheology on the cement pastes. Define influence of variations in cement composition affect the stability of cement mixtures.

O concreto autoadensável (CAA) tem a capacidade de fluir por obstáculos, preenchendo as fôrmas e resistindo à segregação, entretanto esse concreto apresenta proporção pasta-agregado alta, o que ocasiona um maior desprendimento de calor durante a hidratação do cimento bem como maior suscetibilidade a retração. Os cimentos oriundos da utilização de subprodutos industriais vêm ganhando atenção, devido à preocupação ambiental, sendo um deles o cimento supersulfatado (CSS). O CSS tem como constituintes a escória granulada de alto forno (80-90%), fonte de sulfato de cálcio (10-20%) e um ativador alcalino (até 5%), podendo, este último, ser o próprio clínquer Portland. Além do baixo gasto energético e da redução de emissão de CO2 o CSS, pode-se destacar pelo consumo de resíduos industriais que seriam descartados ao meio ambiente. Como principais características, este aglomerante apresenta baixo calor de hidratação e maior formação de etringitta nas primeiras idades, o que poderia viabilizar seu uso como um compensador de retração, características desejáveis no concreto autoadensável (CAA). Este trabalho busca estudar a adequação do CSS na produção de CAA e, para isso, dosou-se concretos autoadensáveis, utilizando o CSS e o cimento Portland pozolânico (CP IV) como referência, por ser um cimento de baixo calor de hidratação. Realizaram-se ensaios de autoadensibilidade, calor de hidratação, retração plástica e por secagem, módulo de elasticidade aos 28 dias, resistência à compressão aos 7,28 e 56 dias, absorção de água aos 28 dias e MEV aos 7 e 28 dias de hidratação. Os CAA’s produzidos com CSS apresentaram resultados superiores do que os produzidos com o CP IV que atenderam aos limites estabelecidos da NBR 15823 (2010) e, além disso, apresentaram menor taxa de liberação de calor e calor total liberado. O CSS obteve maiores valores de retração plástica, porém para retração por secagem o mesmo apresentou uma compensação de retração aos 28 dias de hidratação, apresentando valores inferiores ao CP IV. O CAA dosado com CP IV apresentou melhor desempenho na resistência mecânica, módulo de elasticidade e absorção de água, porém, apesar da menor resistência, o CSS apresentou valores que podem ser aplicados para diversas situações da construção civil, pois chegou a valores próximos a 40 MPa aos 28 dias. / SCC has the ability to flow through obstacles, filling the molds and resisting to segregation. However, this type of concrete has high cement paste-aggregate ratio, which causes higher heat release during cement hydration as well as higher susceptibility to retraction. Cements native from factory sub products are gaining attention due to environmental issues, being one of these the super sulfated cement (SSC). SSC has in its constitution granulated blast furnace slag (80%-90%), calcium sulfate (10-20%) and an alkaline activator (up to 5%), possibly Portland clinker. Besides low energy expense and a reduction in CO2 emission, SSC might stand out by its usage of factory waste which would be discarded to the environment. As its main characteristics, this type of binder presents low hydration heat release and higher formation of ettringite in the earlier ages, which could make it feasible to be used as a retraction compensator, characteristics desired in self-compacting concrete (SCC). This thesis studies the adequacy of SSC in SCC production, and for that reason SCC mixes were dosed using SSC and pozzolanic Portland cement type CP IV for benchmarks, as it is a low hydration heat release type of cement. Self-compacting tests were performed, as well as hydration heat tests, drying and plastic shrinkage, elasticity modulus at 28 days, axial compression resistance at the ages of 7, 28 and 56 days, water absorption at 28 days and SEM at 7 and 28 days of hydration. SCC’s produced with SSC presented superior results compared to CP IV cements that attended to the established limits is NBR 15823 (2010). SSC exhibited higher values for plastic shrinkage, but for drying shrinkage it presented retraction compensation at 28 days of hydration, showing inferior values compared to CP IV. SCC mixed with CP IV exhibited better performance on mechanical resistance, elasticity modulus and water absorption, but, despite its inferior resistance, SSC presented values that could be applied to a variety of situations in civil construction because its values reached around 40 MPa at 28 days.