Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This study concentrates on the use of micro particles of limestone (CMV) and nano scale calcium carbonate (Np-CaCO3) in Portland cement (OPC) substitution in order to evaluate the influence in hydration reactions, microstructural morphology, mechanical properties and the durability of cement pastes and mortar. Specimens where characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, uniaxial compression, micro hardness and thermo gravimetric analysis. Atypical morphologies of calcium silicate hydrate (C-S-H) were observed in the pastes in the presence of high amount of Np-CaCO3. The results indicate that the Np-CaCO3 is reactive; accelerating early age C-S-H formation. Based on the morphological and mechanical properties, a synergetic effect was observed by the combined addition of CMV with low amounts of Np-CaCO3. Compressive strength results of the mortars are compatible with the standard requisite of the American Society of Testing Materials (ASTM). The durability of the mortars was evaluated by expositional aging methods in natural and laboratory environment for 6 months. The mechanical properties and durability of the composite cement mortars are competitive with results obtained by the reference mortars. By overall analysis of the results, it was concluded that OPC substitution of 10-30 wt.% CMV, when combined with controlled amount of Np-CaCO3 prove viable. / A presente pesquisa se concentra no uso de calcário mineral micrométrico (CMV) e nanopartículas de carbonato de cálcio (Np-CaCO3) na substituição de cimento Portland (OPC), visando avaliar a influência nas reações de hidratação, morfologia, microestrutura, propriedades mecânicas e durabilidade de pastas e argamassas de cimento. Os corpos de prova foram caracterizados por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, ensaios de compressão, microdureza e análise termogravimétrica. Nas pastas foram observadas morfologias atípicas de silicato de cálcio hidratado (C-S-H) na presença de altos teores de Np-CaCO3. Os resultados indicam que as Np-CaCO3 atuam como reativos acelerando a formação do C-S-H nas primeiras idades. Em base das propriedades morfológicas e mecânicas, foi observado um efeito sinérgico quando combinados baixos teores Np-CaCO3 com CMV. Os valores de resistência a compressão das argamassas são compatíveis com os valores padrão das normas da Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM). As argamassas envelhecidas em ambiente natural e laboratório por até 6 meses de exposição mostraram propriedades mecânicas e durabilidade comparáveis com resultados obtidos para argamassas feitas com cimentos de referência. Foi viável a substituição de OPC, mesmo para altos teores de carbonatos (10-35%), em especial quando combinados com teores controlados de Np-CaCO3.

Made available in DSpace on 2017-06-01T17:57:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_clerio_bezerra.pdf: 3171938 bytes, checksum: 2c69909d4369b39648102f2f200d89ec (MD5) Previous issue date: 2011-06-13 / The corrosion by chlorides is considered by a number of researchers the most dangerous pathological manifestation attacking concrete reinforcements. The assessment of the attacks to the structure by sodium chloride is usually done in the laboratory, takes too long and costs too much. The.main reason for this work is to assess the presence of free chlorides in Portland cement concrete and mortar through the silver nitrate aspersion method, which is justified by the fact that Our objective is to evaluate the applicability of the silver nitrate aspersion method in loco, in Portland-cement-based materials as indicators capable of showing the presence or not of contamination by chlorides, avoiding the immediate need for lab tests. So as to give credibility to the test for presence of free chlorides in the samples, these were checked by means of electrochemical tests in parallel with the silver nitrate aspersion. The experimental results of these tests showed that the applicability of the silver nitrate aspersion method seems to be of great relevance in the technical environment, as it is a qualitative method, easily applicable, inexpensive and capable of providing quick information so that professionals can safely diagnose the levels of chloride corrosion in the structures / A corrosão por cloretos é considerada por muitos pesquisadores a mais severa das manifestações patológicas que atacam as armaduras. O objetivo principal deste trabalho é avaliar a presença de cloretos livres em concreto de cimento Portland pelo método de aspersão de solução de nitrato de prata. A verificação de ataque por cloreto na estrutura é normalmente feita através de exames laboratoriais, demorados em que apresentam um custo muito alto. Pesquisando a aplicabilidade do método de aspersão de nitrato de prata in loco, em materiais à base de cimento Portland como indicador com capacidade de informar a presença ou não de contaminação por cloretos, evitando assim de imediato o teste laboratorial. Para que os resultados destes ensaios tivessem credibilidade quanto à presença de cloretos livres nas amostras, foi realizado, paralelamente à aspersão de nitrato de prata, um acompanhamento das amostras através de ensaios eletroquímicos. Observou-se com os resultados experimentais da pesquisa que a aplicabilidade do método de aspersão de solução de nitrato de prata vem a ser de grande relevância para o meio técnico, por ser um método qualitativo, de fácil aplicação, barato e provendo informações rápidas para que os profissionais da área de engenharia possam diagnosticar com segurança as estruturas com corrosão contaminadas por cloreto

[pt] SO2 é conhecido com um grande contaminante ambiental e muitos países estabeleceram regras para o controle da sua emissão para a atmosfera. Como resultado a maioria das plantas fornecedoras de energia foram equipadas com instalações de dessulfurização de gases de combustão. Embora esta tecnologia seja bem sucedida no abate de SO2, ela gera uma grande quantidade de gesso FGD (flue gas desulfurization) como resíduo. Grandes esforços estão sendo feitos para aproveitar este resíduo (gesso FGD). No presente estudo o gesso FGD foi avaliado como aditivo retardador do tempo de pega substituindo o gesso natural na fabricação do cimento Portland (CP II E-32). Os resultados da caracterização físico-química e morfológica do gesso natural e de gesso FGD identificam um material de alta pureza, sulfato de cálcio di-hidratado para o gesso natural, e presença principalmente de bassanita (CaSO4.0,6H2O) e hannebachite (CaSO3.0,5H2O) com baixas concentrações de impurezas no gesso FGD. Baseado nos resultados, o gesso FGD é uma alternativa adequada para substituir o gesso natural. O tempo de pega mostrou cerca de uma hora de retardo em comparação com gesso natural e seu efeito sobre a resistência à compressão para as amostras de 3, 7 e 28 dias depende da composição das misturas, atingindo um valor máximo para a argamassa com 2,1 porcento de gesso FGD e 1,4 porcentode gesso natural. Também foi estimado o impacto ambiental do gesso FGD, examinando a liberação de seus constituintes inorgânicos seguindo a norma ABNT NBR 10004:2004 e classificando o resíduo como não perigoso e não inerte. / [en] The SO2 is well known as an important environmental contaminant and many countries have established rules to control its emission to the atmosphere and as result most of power supply plants were equipped with flue gas desulfurization systems. Although this technology is successful in the discharge of SO2, its generates a large amount of gypsum FGD (flue gas desulfurization) as a residue. Great efforts are being made to find destinations for this residue. In the present study, the FGD gypsum was evaluated as setting retarder to replace the natural gypsum in the production of Portland cement (CP II E-32). The results of physical-chemistry and morphological characterization of both products, natural and FGD gypsum showed a material of high purity, calcium sulfate dehydrate for natural gypsum, and the presence of bassanite (CaSO4.0,6H2O) and hannebachite (CaSO3.0,5H2O) with low concentrations of impurities for FGD gypsum. Based on the results, the FGD gypsum is a suitable alternative to replace natural gypsum. The setting time with FGD gypsum showed about 1 hour delay compared with natural gypsum and its effect on compressive strength, for samples of 3, 7 e 28 days, depend the composition of the mixtures, reaching the maximum value for the mixture of 1,4 weight percent natural gypsum and 2,1 weight percent FGD gypsum. The FGD gypsum environmental impact was evaluated by determining its potential in releasing inorganic constituents, following the standard ABNT NBR 10004:2004, and it was classified as a non-hazardous and non-inert.

Due to high rates of emissions of carbon dioxide released in cement production, an alternative to minimize this pollution is the use of rice husk ash in concrete as partial cement replacement. This research aims to investigate the technical feasibility, and the mechanical properties of the use of rice husk ash in concrete for structural purposes. Rice husk ash content to 15% by mass replacement of cement CPII-Z and CPIV were used in natural state and ground in a ball mill and compared with the reference concrete, with three water/binder relationships: 0.45; 0.55 and 0.65. Mechanical strength tests by axial compression and diametral compression at ages 28 and 91 days and elasticity modulus at 28 days were performed. The 28 days results indicated axial compression strength, modulus of elasticity and diametrical compression strength below the reference at 91 days and the concrete results with mineral admixtures were similar to the reference concrete. The mixtures containing CPII-Z, presented higher axial compressive strength than CPIV, because the higher cement consumption compared with the CPII-Z with the same w/b relationship. This fact coupled with the presence of high levels of fly ash, classifies cement CPIV with resistance to higher environmental aggressiveness, which represents more durability and useful life. It was found that mixtures containing CCAN reduced axial compressive and diametral strength compared with CCAM, because of the smaller chemical reactivity and bigger particles of CCAN compared with ground rice husk ash. These differences between the mixtures were not relevant, being about 10% and consumption of about 20 kg/m³ in relation to the same w/b compared with mixtures of CCAM for the two cement types. In conclusion, the results of the tests show that there is technical feasibility for the use of natural rice husk ash in structural concrete due to the differences observed with the ground mixtures were negligible. The values obtained in the tests were satisfactory for natural rice husk ash and ground rice husk ash with sligth advantage for the latter compared to first one, because both developed axial compressive and diametral strength and elasticity modulus similar to the reference concretes. These results reveal the greater sustainability to the concrete utilizing agriculture by-products, contributing to reducing the pollutants emissions and the global warming, due to decreased use of clinker in the mixtures. / Devido às altas taxas de emissão de dióxido de carbono liberado na produção do cimento, uma alternativa para minimizar esta poluição é o uso parcial de cinza de casca de arroz no concreto em substituição ao cimento. Esta pesquisa teve o objetivo de investigar a viabilidade técnica, quanto às propriedades mecânicas do emprego de cinza de casca de arroz natural (sem moagem) e moída, em concretos para fins estruturais. Foram utilizadas cinza de casca de arroz com teor de 15% em substituição em massa de cimento CPII-Z e CPIV, nas formas moída em moinho de bolas e natural (sem beneficiamento), e comparadas com o concreto de referência, com três relações água/aglomerante: 0,45; 0,55; e 0,65. Foram executados os ensaios de resistência por compressão axial e compressão diametral nas idades de 28 e 91 dias e módulo de elasticidade aos 28 dias. Os resultados aos 28 dias indicaram resistências axiais, módulo de elasticidade e resistência por compressão diametral inferiores ao de referência; aos 91 dias, os resultados dos concretos com adições minerais foram semelhantes ao concreto de referência. As misturas com cimento CPII-Z apresentaram resistências à compressão axial superiores com CPIV, este com consumo de cimento maior nas relações a/ag do que o anterior. Tal fato, aliado com a presença de altos teores de cinza volante, classifica o cimento CPIV com maior resistência à agressividade ambiental de agentes deletérios como cloretos e carbonatação, o que representa maior durabilidade frente aos agentes agressivos. Também foi constatado que as misturas com CCAN tiveram menores resistências mecânicas comparadas com CCAM, em razão de a CCAN possuir partículas maiores e reatividade química menor do que a cinza moída. Estas diferenças entre os dois tipos de misturas não se revelaram significativas, ficando em aproximadamente 10%, e consumo, em torno de 20 kg/m³ em igualdade de relação a/ag se comparadas com as misturas de CCAM para os dois tipos de cimentos. Como conclusão, os resultados obtidos nos ensaios revelam que existe viabilidade técnica para o emprego de cinza de casca de arroz natural no emprego em concreto estrutural, em razão de as diferenças constatadas com as misturas com CCA moída terem sido pouco significativas. Os valores obtidos nos ensaios foram bastante próximos, tanto para cinza de casca de arroz natural como moída, com vantagem para esta última, pois ambas desenvolveram resistências à compressão axial, módulos de elasticidade e resistências por compressão diametral similares ao concreto de referência. Estes resultados contribuem para conferir maior sustentabilidade ao concreto pelo aproveitamento de subprodutos da agricultura, contribuindo para diminuir a emissão de poluentes na atmosfera e o efeito estufa, devido à diminuição do uso de clínquer nas misturas.

Dentre as fibras vegetais estudadas como reforço para produção de compósitos cimentícios, as fibras de coco verde e sisal se destacam por suas características mecânicas de interesse industrial, baixo custo e baixa densidade. O objetivo deste trabalho é o estudo da funcionalização de fibras de coco verde e sisal, pela técnica de polimerização com plasma frio de metano, bem como a análise do efeito do tratamento, a fim de reduzir a hidrofilicidade natural das fibras, preservar suas propriedades mecânicas e aumentar sua durabilidade em meio alcalino. Fibras de coco verde e sisal foram tratadas com plasma frio de metano durante 4, 10 e 20 min. O experimento também incluiu ensaio de degradação das fibras, antes e após tratamento, em solução saturada de cimento Portland. Por meio de análise de molhabilidade e de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X foi identificado que o tratamento tornou a superfície das fibras de sisal tratadas por 10 e 20 min menos hidrofílica, e das fibras de coco verde tratadas durante o mesmo tempo mais hidrofílica. Corroborando esses resultados, ensaio de arrancamento foi realizado em fibras de sisal tratadas por 20 min indicando boa aderência entre a fibra tratada e a matriz cimentícia. Após ensaio de degradação em solução cimentícia de ambas as fibras tratadas durante 10 e 20 min os resultados da espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier indicaram que o tratamento retardou o processo de degradação alcalina da hemicelulose e lignina das fibras de sisal, enquanto que para as fibras de coco verde a degradação das fibras sem tratamento foi igual ao daquelas sem com tratamento. Os ensaios mecânicos indicaram que as fibras de sisal tratadas tiveram maior resistência mecânica quando comparadas àquelas sem tratamento, e com relação às fibras de coco verde não houve diferença significativa entre fibras tratadas e sem tratamento. Além disso, não houve alteração do módulo de elasticidade das fibras de coco verde e sisal (sem tratamento e tratadas). Nesse contexto, os resultados obtidos indicaram que o tratamento com plasma frio de metano é eficaz para redução da hidrofilicidade da superfície das fibras de sisal, podendo vir a ser um tratamento promissor para minimizar a degradação alcalina da hemicelulose e lignina. / Among the studied plant fibres as reinforcement for the production of cement composites, green coconut and sisal fibres stand out for its mechanical characteristics of industrial interest, low cost, and low density. The aim of this work is to study of the plasma functionalization of green coconut and sisal fibres with methane cold plasma, as well as the analysis of the effect of this treatment in order to reduce the hydrophilicity of natural fibres, preserving its mechanical properties and increase its durability in alkaline medium. Green coconut and sisal fibres were treated with methane cold plasma for 4, 10 and 20 min. The experiment also included fibre degradation test before and after treatment in saturated solution of Portland cement. Wettability and XPS analyses indicated that the sisal fibres treated for 10 and 20 min presented surface more hydrophobic than green coconut fibres in the same treatment condition. Pullout test was performed in the sisal fibres treated by 20 min indicating good adherence between treated fibre and cement matrix. Both kinds of fibres were submited to degradation test imersed in the cementitious solution. The FTIR results indicated that the treatment retarded the alkaline degradation of the hemicellulose and lignin from sisal fibres whereas treated green coconut fibres showed the same degradation presented by untreated ones. The mechanical tests showed that the treated sisal fibres had higher mechanical strength compared to those without treatment, and regarding green coconut fibres there was no significant difference between treated and untreated fibres. Furthermore, there was no change in the modulus of elasticity of the green coconut and sisal fibre (treated and untreated). In this context, the results indicated that treatment with cold plasma of methane is effective in reducing the excessive hydrophilicity of the surface of sisal fibres and could be a promising treatment to minimize the alkaline degradation of hemicellulose and lignin.

A maior parte das emissões de CO2 do concreto origina-se na produção do cimento. A estratégia tradicional de minimização da pegada de CO2 tem privilegiado o grau de substituição do clínquer. O trabalho examina o impacto dessa estratégia e também a influência da escolha do fornecedor de cimento sob a ótica de sua matriz energética, a variação do consumo de cimento para concretos de mesma resistência e do desvio padrão do processo produtivo de acordo com o controle do processo de produção do concreto. O método de trabalho inclui dados de revisão bibliográfica, normalização técnica e dados de central de concreto. A estratégia tradicional de escolha do tipo de cimento baseando-se em seu teor de clínquer mostra-se incompleta, pois há uma grande variação e sobreposição dos teores de clínquer permitidos nas normas técnicas brasileiras. No momento atual estima-se que a indústria cimenteira nacional utilize praticamente toda a escória de alto forno gerada no país e a quase totalidade das cinzas de melhor qualidade. Dessa forma, aumentando a demanda de cimento, a produção de clínquer aumenta, e o teor de adições no clínquer diminui dentro das extensas faixas permitidas pelas normas técnicas. Nesse cenário, a seleção de um tipo de cimento em detrimento de outro pode reduzir o impacto de uma obra específica, embora não traga necessariamente benefícios ambientais para o país. A troca da matriz energética por carvão vegetal de madeira de florestas plantadas pode minimizar a parcela de emissões provenientes de combustíveis do cimento, diminuindo a emissão de 350 kg para 10 kg de CO2 por tonelada de clínquer produzida. A eficiência do processo de formulação do concreto apresenta grande potencial para diminuir a quantidade de cimento utilizada no concreto, diminuindo, assim, as emissões totais de CO2 do concreto. Os dados levantados apontam uma variação de consumo de cimento de mais de 100% para concretos de mesma resistência. A influência do desvio padrão das condições de produção apresenta potencial menor para a diminuição das emissões, diminuindo no máximo 13% o consumo de cimento no concreto. A combinação das quatro estratégias estudadas demonstra a complexidade da emissão do concreto e o grande potencial para mitigar suas emissões de CO2. A necessidade de informações específicas sobre a emissão dos cimentos, seu teor de clínquer e sua matriz energética, uma técnica de dosagem otimizada e um controle das condições de produção do concreto demonstram que há, tanto para fornecedores de matérias primas do concreto quanto para os usuários e produtores do concreto, muito a ser feito para minimizar as emissões deste material tão consumido. / Most of concretes CO2 emissions originate from cement production. The traditional strategy for minimizing the CO2 footprint of concrete has favored the degree of clinker replacement. This paper examines the impact of this strategy and also the influence of the choice of the cement supplier based on the fuel composition in cement production, the variation of cement usage in concretes of the same strength and the standard deviation of the production process of concrete based on the control of its production process. The method of work uses data from literature, technical standards and data from a concrete central. The traditional strategy of the choice of cement type based on its clinker content is insufficient due to the extensive and overlapping clinker content range of different cement types allowed in Brazilian technical standards. At the present time, it is estimated that the cement industry utilizes all of the blast furnace slag generated in the country and nearly all quality fly ash. Consequently, if there is an increase in the demand for cement, there is an increase in clinker production, and the rate of additions to the clinker decreases, respecting the extensive limits permitted by technical standards. In this scenario, the selection of blast furnace slag cement and fly ash cement does not necessarily offer environmental benefits to the country as a whole and does not demonstrate a global impact, despite the possibility of benefiting specific construction sites. The substitution of the fuel mix for coal from planted forest wood can lower the portion of cement emissions due to fuel burning from 350 kg to 10 kg of CO2 per tonne of clinker produced. The efficiency of the concrete mix formulation shows great potential to lower the amount of cement usage in concrete, thus lowering the total CO2 emissions of concrete. The data presented point to a variation of more than 100% of cement content in concretes of the same strength. The influence of the standard deviation of the production process shows smaller impact on lowering concrete CO2 emissions shows that there is a maximum potential of 13% of lowering cement content in concrete. The combination of the four strategies studied demonstrates the complexity of concretes emissions and the great potential for mitigating its CO2 emissions. The need for information on cements specific emissions, its clinker content and fuel mix, the concrete mix formulation and the variability of the production process of concrete show that there is, for concrete raw material suppliers as well as concrete producers and users, a lot to be done to minimize the emissions of this widely consumed material.

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.

Dentre as fibras vegetais estudadas como reforço para produção de compósitos cimentícios, as fibras de coco verde e sisal se destacam por suas características mecânicas de interesse industrial, baixo custo e baixa densidade. O objetivo deste trabalho é o estudo da funcionalização de fibras de coco verde e sisal, pela técnica de polimerização com plasma frio de metano, bem como a análise do efeito do tratamento, a fim de reduzir a hidrofilicidade natural das fibras, preservar suas propriedades mecânicas e aumentar sua durabilidade em meio alcalino. Fibras de coco verde e sisal foram tratadas com plasma frio de metano durante 4, 10 e 20 min. O experimento também incluiu ensaio de degradação das fibras, antes e após tratamento, em solução saturada de cimento Portland. Por meio de análise de molhabilidade e de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X foi identificado que o tratamento tornou a superfície das fibras de sisal tratadas por 10 e 20 min menos hidrofílica, e das fibras de coco verde tratadas durante o mesmo tempo mais hidrofílica. Corroborando esses resultados, ensaio de arrancamento foi realizado em fibras de sisal tratadas por 20 min indicando boa aderência entre a fibra tratada e a matriz cimentícia. Após ensaio de degradação em solução cimentícia de ambas as fibras tratadas durante 10 e 20 min os resultados da espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier indicaram que o tratamento retardou o processo de degradação alcalina da hemicelulose e lignina das fibras de sisal, enquanto que para as fibras de coco verde a degradação das fibras sem tratamento foi igual ao daquelas sem com tratamento. Os ensaios mecânicos indicaram que as fibras de sisal tratadas tiveram maior resistência mecânica quando comparadas àquelas sem tratamento, e com relação às fibras de coco verde não houve diferença significativa entre fibras tratadas e sem tratamento. Além disso, não houve alteração do módulo de elasticidade das fibras de coco verde e sisal (sem tratamento e tratadas). Nesse contexto, os resultados obtidos indicaram que o tratamento com plasma frio de metano é eficaz para redução da hidrofilicidade da superfície das fibras de sisal, podendo vir a ser um tratamento promissor para minimizar a degradação alcalina da hemicelulose e lignina. / Among the studied plant fibres as reinforcement for the production of cement composites, green coconut and sisal fibres stand out for its mechanical characteristics of industrial interest, low cost, and low density. The aim of this work is to study of the plasma functionalization of green coconut and sisal fibres with methane cold plasma, as well as the analysis of the effect of this treatment in order to reduce the hydrophilicity of natural fibres, preserving its mechanical properties and increase its durability in alkaline medium. Green coconut and sisal fibres were treated with methane cold plasma for 4, 10 and 20 min. The experiment also included fibre degradation test before and after treatment in saturated solution of Portland cement. Wettability and XPS analyses indicated that the sisal fibres treated for 10 and 20 min presented surface more hydrophobic than green coconut fibres in the same treatment condition. Pullout test was performed in the sisal fibres treated by 20 min indicating good adherence between treated fibre and cement matrix. Both kinds of fibres were submited to degradation test imersed in the cementitious solution. The FTIR results indicated that the treatment retarded the alkaline degradation of the hemicellulose and lignin from sisal fibres whereas treated green coconut fibres showed the same degradation presented by untreated ones. The mechanical tests showed that the treated sisal fibres had higher mechanical strength compared to those without treatment, and regarding green coconut fibres there was no significant difference between treated and untreated fibres. Furthermore, there was no change in the modulus of elasticity of the green coconut and sisal fibre (treated and untreated). In this context, the results indicated that treatment with cold plasma of methane is effective in reducing the excessive hydrophilicity of the surface of sisal fibres and could be a promising treatment to minimize the alkaline degradation of hemicellulose and lignin.

Fundação Araucária / O objetivo dessa pesquisa foi caracterizar painéis de cimento reforçados com biomassa vegetal de bambu mossô (Phyllostachys pubescens) e biomassa do bagaço de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) com adição de escória de altoforno à carvão vegetal. Realizou-se a caracterização física e química dos materiais. Após, foi realizado ensaio de inibição para análise da compatibilidade da biomassa de bambu mossô e de cana-de-açúcar com o cimento Portland. Os tratamentos adotados para as biomassas foram: imersão em água fria, água quente, hidróxido de sódio, silicato de sódio, silano e aditivo acelerador de pega à base de cloreto de cálcio. Foi analisado a resistência à compressão dos compósitos com a adição de diferentes teores de escória de alto-forno à carvão vegetal. Finalmente foram determinadas as propriedades físicas e mecânicas dos painéis compostos de biomassa vegetal, cimento Portland e escória de alto-forno. Os resultados do ensaio de inibição feitos com a biomassa vegetal indicaram que a adição de cloreto de cálcio à mistura é o tratamento mais eficiente para reduzir o índice de inibição da biomassa de bambu mossô e de cana-de-açúcar. Para os compósitos com escória de alto-forno, o ensaio de inibição demonstrou que a adição de 50% de escória de alto-forno se mostrou eficaz no aumento da compatibilidade. O teor de 40% de escória apresentou resistência superior aos demais traços. Para os painéis cimentobiomassa vegetal verificou-se que a biomassa de bambo mossô apresenta total viabilidade para a confecção de painéis enquanto que a biomassa de cana-deaçúcar é inviável. A relevância desse estudo está no emprego de resíduos de atividades industriais, como biomassa vegetal e escória, para a produção de novos materiais de construção. / This study aims at characterizing cement panels reinforced with mosso bamboo biomass (Phyllostachys pubescens) and biomass of sugarcane bagasse (Saccharum officinarum) with addition of blast furnace charcoal slag to the mix. The physical and chemical characterization of the materials were carried out. Afterwards, an inhibition test was performed to analyze the compatibility of the powders with Portland cement. The treatments adopted were: immersion in cold water, immersion in hot water, sodium hydroxide, sodium silicate, silane and calcium chloride. The composites compressive strength was analyzed with the addition of different mixes of blast furnace charcoal slag. Finally, the physical and mechanical properties of the panels made of vegetal biomass, Portland cement and blast furnace slag were determined. The results of the inhibition test, made with plant biomass shows that the addition of calcium chloride to the blend is the most efficient treatment to reduce the inhibition rate of the biomass of mosso bamboo and biomass of sugarcane. For composites with blast furnace slag, the inhibition test showed that the addition of 50% blast furnace slag proved effective in increasing compatibility, thus improving compressive strength. In this case, the treatment with 40% slag content presented superior resistance to the other traces. For the cement-vegetal biomass panels the study found out that the mosso bamboo biomass presents total feasibility for the preparation of panels whereas the sugar cane biomass is not feasible. The relevance of this study is the use of industrial waste, such as vegetal biomass and slag, for the production of new construction materials.