Made available in DSpace on 2014-08-20T14:38:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Gabriel_Almeida.pdf: 2251762 bytes, checksum: f48973cb39ff1566f7617f9742859cc5 (MD5) Previous issue date: 2011-04-25 / A trial was conducted to evaluate earthworm composting as an alternative for treating a mixture of bovine manure, wood shavings and rice hull ash, in order to produce an organic fertilizer. The fertilizer might be sold, becoming an alternative income for dairy cattle producers and reducing the environmental impact of dairy cattle activity, turning it into an environmental friendly and economic activity. Earthworm composting took place in 20 wood boxes (0.40m x 0.50m x 0.30m). Each box received 300 earthworms (Eisenia andrei). A total of five treatments with four replications were studied: T1 (100% bovine manure); T2 (50% bovine manure + 25% wood shavings + 25% rice hull ash); T3 (33% bovine manure + 33% wood shavings + 33% rice hull ash); T4 (25% bovine manure + 50% wood shavings + 25% rice hull ash); and T5 (25% bovine manure + 25% wood shavings + 50% rice hull ash). A completely randomized design was used. ANOVA was used for data analysis and the averages were compared by Tukey test at 5%. Humus samples were collected at day 45 and at the end of trial (day 60). The following variables were studied: pH, dry matter, ash, organic matter, carbon, nitrogen, C/N ratio, phosphorus, calcium, potassium and magnesium. Earthworm composting of pure bovine manure is an effective alternative for treating such dairy cattle production residue. The produced humus contains physical and chemical properties which allow it to be used as an organic fertilizer. However, the mixture of wood shavings and rice hull ash does not produce a good quality fertilizer, according to the current Brazilian legislation. / O presente trabalho teve como objetivo o estudo da vermicompostagem como tratamento de esterco bovino misturado com serragem e cinza de casca de arroz, a fim de produzir um adubo orgânico com qualidade para ser comercializado e gerar uma fonte extra de renda para os produtores de gado de leite, minimizando assim os impactos ambientais gerados por este setor e tornando-o mais sustentável ambientalmente e economicamente. A vermicompostagem foi realizada em 20 caixas de madeira com dimensões de 0,40m x 0,50m x 0,30m instaladas em minhocário coberto. Em cada caixa foram inoculadas 300 minhocas da espécie Eisenia andrei. Foram testados cinco tratamentos com quatro repetições cada: T1 (100% esterco bovino); T2 (50% esterco bovino + 25% serragem + 25% cinza de casca de arroz); T3 (33% esterco bovino + 33% serragem + 33% cinza de casca de arroz); T4 (25% esterco bovino + 50% serragem + 25% cinza de casca de arroz); e T5 (25% esterco bovino + 25% serragem + 50% cinza de casca de arroz). O delineamento experimental foi inteiramente casualizado e o período experimental foi de 60 dias, sendo que a amostragem do húmus foi realizada aos 45 e aos 60 dias. Foram avaliados o pH, os teores de matéria seca, cinzas, matéria orgânica, carbono, relação C/N, nitrogênio, fósforo, cálcio, potássio e magnésio em todos os vermicompostos. Verificou-se que a vermicompostagem de esterco bovino puro é uma alternativa para o tratamento desse resíduo gerado no sistema de produção de gado de leite, pois o húmus produzido possui ótimas características químicas para ser utilizado na agricultura ou comercializado. Entretanto, as misturas com serragem e cinza de casca de arroz, nas proporções utilizadas, não produziram um adubo de qualidade conforme os parâmetros exigidos pela legislação.i.

Carbonation is a natural phenomenon observed in carbon structures, and it is a result of the combined presence of CO2 in the environment and moisture. Carbonation may lower the pH of the concrete to such an extent that the passivation layer of the steel is depleted and the onset of frame corrosion is observed, which is one of the major pathologies in reinforced concrete structures. This study aimed to assess accelerated carbonation in concrete samples prepared with rice husk ash (RHA) with different concentrations of graphitic carbon and different curing periods. Concrete samples were prepared with 5%, 10%, 20% and 30% of RHA as a substitution for high early strength Portland cement (Brazilian grade CPV-ARI), different water/binder ratios (0.35; 0.50; 0.65) and wet cured for 3 and 7 days. In addition, two mixes with 5% and 10% silica fume as substitutions for Portland cement were used for comparison. Accelerated carbonation was performed in 10x10cm test specimens (TS) that were preconditioned as determined by standard RILEM TC 116-PCD. These TSs were stored in a controlled temperature chamber (RH 65 ± 2%, temperature 23 ± 2°C, 3% CO2 b/v), where they were exposed to CO2 for 4, 8, 12 and 16 weeks. The mercury intrusion porosimetry test was performed in 4x8cm TSs, which were tested after 91 days. Overall results show improved accelerated carbonation performance in the samples prepared with rice husk ash with lower concentrations of graphitic carbon, even though figures were similar. Higher concentrations of RHA in the concrete samples resulted in increased carbonation coefficients for all mixes investigated. For samples of the same strength values, a reduction in carbonation coefficients was observed when their compressive strength increased from 40 MPa to 50 MPa, This was seen in all mixes investigated for the curing period used, which shows that the use of longer curing periods improves the service life of structures. / O fenômeno da carbonatação acontece naturalmente em estruturas de concreto, exigindo apenas certa concentração de CO2 no ambiente e determinado teor de umidade. Este fenômeno provoca a redução do pH do concreto a níveis que podem causar a eliminação da película passivadora do aço, podendo ocorrer a instalação do mecanismo de corrosão das armaduras, uma das principais patologias em estruturas de concreto armado. O presente estudo teve por objetivo avaliar a carbonatação acelerada em concretos compostos com cinza de casca de arroz com diferentes teores de carbono grafítico e períodos de cura. Os concretos foram moldados com cinza de casca de arroz com teores de 5%, 10%, 20% e 30% em substituição ao cimento Portland de alta resistência inicial (CPV-ARI), com diferentes relações água/aglomerante (0,35; 0,50; 0,65) e com períodos de cura em câmara úmida de 3 e 7 dias. Duas misturas com 5% e 10% de sílica ativa em substituição ao cimento Portland foram empregadas como parâmetro de comparação. A carbonatação acelerada foi realizada em corpos-de-prova 10x10cm que passaram pelo pré-condicionamento, conforme preconiza a norma RILEM TC 116-PCD, após serem inseridos em uma câmara climatizada com uma umidade de (65 ± 2)%, temperatura de (23 ± 2)°C e uma concentração de CO2 de 3% em volume, por períodos de 4, 8, 12 e 16 semanas de exposição ao CO2. Já o ensaio de porosimetria por intrusão de mercúrio foi realizado em corpos-de-prova medindo 4x8cm, que foram ensaiados aos 91 dias. Os resultados mostram, de maneira geral, um melhor desempenho da cinza de casca de arroz com menor teor de carbono grafítico frente à carbonatação acelerada, apesar da proximidade dos resultados. O aumento do teor substituição, nos concretos com cinza de casca de arroz, provocou um aumento dos coeficientes de carbonatação, para todas as misturas investigadas. Em igualdade de resistência, constata-se que houve uma diminuição dos coeficientes de carbonatação quando a resistência à compressão aumenta de 40 MPa para 50 MPa para todas as misturas analisadas e para o prazo de cura adotado, evidenciando que o prolongamento no período de cura do concreto reflete diretamente no aumento da vida útil da estrutura.

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.

A cinza obtida da queima controlada da casca de arroz é um material que apresenta propriedades pozzolânicas: reage na presença de água e dióxido de cálcio produzindo silicato de cálcio hidratado (C-S-H), o material que confere a resistência mecânica aos cimentos. Portanto, a cinza de casca de arroz é um material de potencial interesse para o desenvolvimento de cimentos não convencionais, baseados em subprodutos industriais ou agrícolas. Neste trabalho, os compostos presentes em cinzas de alta reatividade pozzolânica e os produtos obtidos de sua reação pozzolânica foram estudados através da Ressonância Magnética Nuclear (RMN) de alta resolução de 13C e 29Si. Na cinza não hidratada foram detectados domínios de sílica amorfa, o componente principal, e quantidades menores de sílica cristalina (cristobalita e quartzo), carbono amorfo e cadeias de siloxanos. Foi estudada a evolução da reação em pastas obtidas da hidratação da cinza na proporção água: cal: cinza O,47H20+O,53(O,1CCA+O,9Cal)=1 (entre 8 e 134 dias de idade). Mediante a RMN de 29Si foi possível caracterizar a formação de C-S-H e disposição dos grupos silicatos na estrutura. A estrutura do C-S-H obtido é comparável à observada em cimentos convencionais e cimentos de escoria de alto forno, e é compatível com os modelos propostos. A quantidade de C-S-H produzido e a velocidade da reação são menores quando comparadas com os outros cimentos. Efeitos da carbonatação de C-S-H foram observáveis em atmosfera ambiente. Foi detectado também o efeito da hidratação sobre os componentes minoritários da cinza. / The ashes obtained from burning rice husks have pozzolanic properties: in the presence of water and calcium dioxide the ashes react to produce calcium silicate hydrate (C-SH), the main binding agent in cementitiuos materials. Therefore, rice husk ashes are interesting materials in order to produce non-conventional cement, based in industrial or agricultural byproducts. The compounds present in a sample of rice husk ashes of high pozzolanic activity, and the products of hydration, were characterized using high resolution solid-state Nuclear Magnetic Resonance (NMR) of 13C and 29Si. Several compounds were detected in anhydrous ashes: amorphous silica (the main component), and minor quantities of crystalline silica (cristobalite and quartz), amorphous carbon and siloxane polymeric chains. Hardened pastes were prepared with a ratio water:calcium dioxide:ash O,47H20+O,53(O,1dioxide ash+O,9calcio)=1. The evolution of the hydration reaction was monitored at several ages between 8 to 134 days. The formation of C-S-H was detected by 29Si-NMR and the arrangement of the silicate groups was characterized. The structure of the C-S-H formed in these pastes agrees with the one observed in conventional cements and also b1ast furnace slag cements. Also, it is in agreement with the accepted structural models of C-S-H. The amount of C-S-H produced and the velocity of the reaction are minor than those observed in blast furnace slag cements. Carbonation effects were detected in ambient atmospheric conditions. Also, the effect of the hydration on the minority compounds was also detected.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2015-10-28T16:05:54Z No. of bitstreams: 1 Magali Rejane Rigon_.pdf: 2117313 bytes, checksum: db2986166b3d376c1a0794834d5c1582 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-28T16:05:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Magali Rejane Rigon_.pdf: 2117313 bytes, checksum: db2986166b3d376c1a0794834d5c1582 (MD5) Previous issue date: 2015-08-14 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPQ – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A partir da idéia precursora do desenvolvimento sustentável e com a crescente preocupação com relação à geração de impactos ambientais, as empresas, para que se mantenham competitivas no mercado, necessitam melhorar seu desempenho ambiental, uma vez que esse se torna cada vez mais importante. Com essa perspectiva, a avaliação do ciclo de vida (ACV) vem se tornando importante entre as ferramentas utilizadas para auxiliar na compreensão, controle e redução dos impactos ambientais. Ela permite identificar os processos que contribuem de forma mais significativa para o impacto ambiental de um produto, ao longo do seu ciclo de vida, oferecendo suporte na tomada de decisões ambientalmente adequadas. Sendo a indústria da construção civil responsável por uma parcela significativa dos impactos ambientais negativos causados ao meio ambiente, estudos voltados para questões ambientais são cada vez mais requisitados e essa metodologia se insere como uma ferramenta indispensável para o desenvolvimento sustentável do setor. A Cinza de Casca de Arroz (CCA), um resíduo gerado em usinas termelétricas, possui potencial para ser utilizado como um coproduto no concreto, em substituição de parte do cimento. Diante do contexto apresentado, essse trabalho teve como objetivo avaliar ambientalmente o uso da casca de arroz como biomassa para fins energéticos e do coproduto cinza aplicado ao concreto. Para que o objetivo do trabalho fosse atingido, foram levantados os aspectos e impactos ambientais significativos dos processos de combustão da biomassa em grelha e leito fluidizado, através de uma planilha de avaliação de aspectos e impactos ambientais. A partir da identificação dos impactos significativos procederan-se o levantamento dos dados junto às Usinas Termeletricas (UTE) em estudo. Com o apoio do Sofware ArcGis 10.0, foram mapeadas as empresas beneficiadoras de arroz do Rio Grande do Sul, as UTEs e as concreteiras distantes 100 km, 200 km, 300 km e 400 km das geradoras da CCA. Os resultados obtidos mostram que a substituição de cimento Portland por 20% de CCA LF contribui para a redução de cerca de 24% das emissões de CO2 eq do concreto em estudo, sendo que os benefícios ambientais obtidos são mantidos mesmo com a cinza distante 400 km da concreteira. Já para o concreto produzido com 20% de CCA GR os resultados mostraram uma redução de 7,7% nas emissões de CO2 eq. Os resultados foram influenciados pela qualidade da cinza gerada, que por sua vez, se relaciona aos processos de combustão da biomassa. O processo de combustão da biomassa sobre a grelha promove a combustão da casca sobre diferentes gradientes de temperatura, já o processo de combustão em leito fluidizado, gera uma combustão mais uniforme da biomassa, promovido pelo perfil de temperatura relativamente constante. Assim, a cinza gerada pelo processo de combustão da casca de arroz em leito fluidizado, além de reduzir as emissões de CO2 eq do concreto, contribui para a redução do consumo de materiais utilizados na sua fabricação, quando comparado ao concreto produzido com a cinza gerada pelo processo de combustão da casca de arroz em grelha. / From the precursor idea of sustainable development and the growing concern about the generation of environmental impacts, companies to remain competitive in the market, need to improve their environmental performance, as this becomes increasingly important. With this perspective, Life Cycle Assessment (LCA) has been gaining strength among the tools used to assist in understanding, controlling and reducing environmental impacts, since it identifies the processes that contribute most significantly to the environmental impact of a product throughout its life cycle, offering support in making environmentally sound decisions. As the construction industry accounts for a significant portion of the negative environmental impacts caused to the environment, studies focused on environmental issues are increasingly required and this methodology is included as an indispensable tool for sustainable development of the sector. The rice husk ash (RHA), a residue generated in thermal power plants, has the potential to be used as a co-product in concrete, cement replacement part. In front of the context presented, the aimed to evaluate the use of environmentally rice husks as biomass for energy purposes and gray coproduct applied to the concrete. For the purpose of the work was reached, the significant environmental aspects and impacts of processes combustion of biomass in grate and fluidized bed were raised through a spreadsheet evaluation of environmental aspects and impacts. From the identification of significant impacts the data collection is procedure together to power plants under study. With the support of Software ArcGIS 10.0, mapped the rice processing companies of Rio Grande do Sul, the thermal power plants and concrete producers distant 100 km, 200 km, 300 km and 400 km from the RHA generators. The results show that the replacement of Portland cement with 20% RHA FB contributes to a reduction of about 24% of CO2 eq concrete under study, and the environmental benefits achieved are maintained even with the distant gray 400 km of service concreting plant. As for the concrete produced with 20% RHA GR results showed a reduction of about 7,7% of CO2 eq concrete under study. The results were influenced by the quality of ash generated, which in turn, relates to the biomass combustion processes. The process of combustion of the biomass over the grid promotes the combustion of the shell over various temperature gradients, since the process of fluidized bed combustion, produces a more uniform combustion of biomass, promoted by the relatively constant temperature profile. Thus, the ash generated by the combustion process of rice husk fluidized bed, and reduce emissions of CO2 eq concrete, helps to reduce the consumption of materials used in its manufacture when compared to concrete produced with the ash generated by the combustion process of rice husk grid.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The generation of residual materials and its unavoidable disposal in the environment has been a reason of great concern, not only environmentally but also economically. The use of these renewable residual feedstocks, not only for the production of heat and energy, but also for the generation of technological products, has become a priority. In this study, it was investigated the physico-chemical and fermentative processes for the good use of the agro-industrial residue rice husks. The husks, resulting from the rice processing, has been also used, even incipiently, for the generation of heat to dry grains and electrical energy. As a result of this process, rice husk ash (RHA) is available, very rich in silica (sílica), representing a potential future source of industrial raw material. Micronized RHA, obtained from micro grinding process, was used to produce three types of silica xerogels, which were tested as additives for rice cultivation. The good results demonstrated the feasibility of the use of the xerogel silicas in substitution of agrochemical products. The influence of the process parameters (pH, time, concentration) was determined by means of the response surface methodology (RSM). The maximum production yields of sodium, potassium and calcium silica xerogels were 98%, 95% and 75%, respectively. The silica produced was characterized and analyzed by the following techniques: X-ray fluorescence and X-ray diffractometry (XRF, XRD), Fourier-transform infrared spectrometry (FTIR), scanning electronic microscopy (SEM), particle size distribution determined by laser diffraction, specific surface area by BET method (Brunauer, Emmett e Teller), and determination of metals by inductively coupled plasma emission optical pectrometry (ICP-OES). The production of xylose was studied by acid hydrolysis of rice husk, under pressure, in autoclave. Then, the xylose was converted into xylitol by fermentation. The process parameters, temperature and reaction time, were adjusted by RSM. Fermentations were performed using the yeast species Candida guilliermondii and Candida tropicalis, with maximum yields of 40% and 8%, respectively. The influence of various types of pretreatment of the sample was evaluated, demonstrating the potential yields of 66% and 64%, respectively, when the husk was treated with hydrogen peroxide and ammonium hydroxide solutions. When using physical pretreatment (ultrasound), yields up to 62% can be obtained. The influence of the variation of acid concentration and pH of the hydrolyzate on the yields was also evaluated. The contact time and amount of activated carbon added to the hydrolyzate exerts great influence on the process yield. The products obtained - xylose and xylitol - were identified and quantified by liquid chromatography coupled to mass spectrometer (LC-MS/MS) with electrospray ionization in positive mode. Results of the second order RSM applied to obtain silica xerogel as well as xylitol were evaluated by analysis of variance (ANOVA). The efficiency of the processes studied here shows that they may be interesting alternatives of use of biomass residue rice husk, with considerable economic potential and positive environmental impact. / A geração de materiais residuais e o seu descarte no ambiente têm sido motivo de grande preocupação, tanto ambiental quanto econômica. O aproveitamento destas matérias-primas residuais renováveis, não apenas para a produção de energia e calor, mas também para a geração de produtos tecnológicos, tornou-se uma prioridade. Neste trabalho, investigaram-se processos físico-químicos e fermentativos para o aproveitamento do resíduo agroindustrial casca de arroz (CA). A casca, resultante do beneficiamento do arroz, tem sido utilizada, ainda que incipientemente, na produção de calor para secagem de grãos e produção de energia elétrica. Em consequência deste processo, tem-se a formação de cinza da casca de arroz (CCA), muito rica em sílica (SiO2), apresentando grande potencial como futura matéria-prima industrial. A CCA micronizada, obtida a partir do processo de micromoagem, foi utilizada na obtenção de três tipos de sílicas xerogéis, que foram testadas como aditivos para o cultivo de arroz. Os bons resultados alcançados demonstram a viabilidade do aproveitamento da sílica xerogel em substituição a derivados agroquímicos. A influência dos parâmetros de processo (pH, tempo, concentração) foi determinada por meio de metodologia de superfície de resposta (RSM). Os rendimentos máximos de produção das sílicas xerogéis base sódio, potássio e cálcio foram de 98%, 95% e 75%, respectivamente. As sílicas produzidas foram caracterizadas e analisadas por meio de técnicas de fluorescência e difração de raios-X (XRF, XRD), espectrometria no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (SEM), distribuição do tamanho de partículas segundo a técnica de difratometria a laser, área de superfície específica pelo método BET (Brunauer, Emmett e Teller) e determinação de metais pela técnica de espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES). A produção de xilose foi estudada por meio de hidrólise ácida à pressão da CA. A xilose, por sua vez, foi convertida em xilitol por meio de processo fermentativo. Os parâmetros de processo, temperatura e tempo reacional, foram ajustados por meio de RSM. As fermentações foram feitas com auxílio das leveduras das espécies Candida guilliermondii e Candida tropicalis, com rendimentos máximos de 40% e 8%, respectivamente. Avaliou-se a influência de diversos tipos de pré-tratamento da amostra, evidenciando-se rendimentos de 66% e 64%, respectivamente, quando a CA foi tratada com solução de peróxido de hidrogênio e com solução de hidróxido de amônio. Quando se utiliza pré-tratamento físico (ultra-som), rendimento de até 62% pode ser obtido. A influência da variação da concentração de ácido e do pH do hidrolisado sobre o rendimento também foi avaliada. Comprovou-se, ainda, que o tempo de contato e a quantidade de carvão ativado adicionado ao hidrolisado, exercem grande influência sobre o rendimento. Os produtos obtidos - xilose e xilitol - foram identificados e quantificados por cromatografia líquida acoplada a espectrômetro de massas (LC-MS2) com ionização eletrospray, no modo positivo. Os resultados do modelo de superfície de resposta de segunda ordem, aplicado tanto ao processo de obtenção de sílicas xerogéis como ao de produção de xilitol, foram avaliados por meio de análise de variância (ANOVA). A eficiência dos processos estudados demonstra que estes podem constituir interessante alternativa para o aproveitamento da biomassa residual CA, com apreciável potencial econômico e positiva repercussão ambiental.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Natural rice husk ash (RHA) used in concrete contributes to civil construction sustainability. In fact, RHA is considered a residual pollutant and then it is necessary to destine this material correctly. However, it is necessary to investigate the consequences of replacing part of cement by natural RHA to produce concrete for structural purposes. In this context, the aim of this study was to evaluate the concrete durability produced with 15 % of blinder partial replacement by natural RHA in the expansion due to alkali-silica reaction (ASR) and penetration of chloride ion, as well as to suggest preventive measures with the use of mineral additions. In the present study, natural RHA was used as partially replacement of Portland cement. This natural RHA has been obtained without temperature control burning and placed directly into the mixer to suffer self-grinding with aggregates. We investigated the RAS neutralization of natural RHA by the use of cement with mineral additions (CPIIZ, CPIII e CPIV), as well as, we performed additional replacements of part from CPIIZ cement by fly ash (10, 15, 20, 30 and 40 %). We employed accelerated expansion method at 80°C in mortar bars followed by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD), and long term at 38 °C and accelerated at 60 °C methods in concrete prisms. To investigate concrete resistance in the chloride ion penetration, we used chloride ions penetration method by immersion in saline solution (CPT) of concrete produced with natural RHA and CPIIZ cement added of fly ash (0, 12.75 or 17 %) and water-binder ratios of 0.45, 0.55 and 0.65 were adopted. Analyses of results were based in slope (K ) obtained from the average depths of penetration. In this study, we verified that in mortar bars assay the natural RHA generated expansion above of results allowed by norm in mixtures with standard cement, while CPIIZ cement with addition from 20 % of fly ash showed to mitigate the ASR. These results demonstrated that effect of mitigation of RAS proportionally increased with fly ash addition. Moreover, CPIV cement demonstrated excellence in mitigate the expansive reaction. The SEM analysis identified the characteristic products of ASR in the samples containing natural RHA. XRD analysis showed that the samples of mixtures with higher content of mineral addition showed peaks of calcium hydroxide (CH) with less intensity and mixtures with natural RHA presented greater calcium carbonate content. In relation to concrete prisms molded at 60°C, results showed an increase in expansion for mixture of CPIIZ with natural RHA, but these results remained below of maximum expansion predicted by test. Mixtures of CPII-Z with natural RHA added of 10 and 15% fly ash demonstrated better efficiency in expansion mitigation. In relation to concrete prisms molded at 38°C, the results are not conclusive to 12 months, but mixtures that presented a great expansion were of CPII-Z with natural RHA and 15% fly ash, the CPII-Z with RHA natural and CPII-Z with natural RHA and 10% fly ash, respectively. However, all mixtures had expansion below the maximum limit suggested by the Brazilian standard at 24 months. Through of results CPT, we can conclude that mineral additions provided improvements to the concrete with higher ages due to pozzolanic effect. Moreover, the best results obtained were in trace with lowest water-binder ratios, probably due to increased consumption of cement, which increases the CH amount to interact with the RHA and the fly ash. Therefore, mixtures of Portland cement with fly ash and natural RHA meet the durability of concrete, and also the use of natural RHA would be an important contribution to sustainability and preservation of environment by civil construction. / O emprego de cinza de casca de arroz (CCA) natural no concreto visa contribuir para a sustentabilidade da construção civil, destinando de maneira adequada, esse material que antes seria considerado um resíduo poluente. Porém, é necessária a investigação das consequências em substituir parte do cimento por CCA natural para produzir concreto com finalidade estrutural. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar a durabilidade de concretos produzidos com teor de 15 % de substituição parcial do aglomerante por CCA natural, frente à expansão devido à reação álcali-sílica (RAS) e à penetração de íons cloretos, assim como, sugerir medidas preventivas através do uso de adições minerais. No presente estudo, a CCA natural foi utilizada em substituição parcial ao cimento Portland no estado em que se encontra ao sair dos fornos de queima (sem controle de temperatura), diretamente na betoneira para sofrer auto-moagem com os agregados. Foi investigada a neutralização das RAS da CCA natural pelo emprego de cimentos com adições minerais (CPIIZ, CPIII e CPIV), assim como foram realizadas as substituições adicionais de parte do cimento CPIIZ por cinza volante (10, 15, 20, 30 e 40 %). Na investigação da RAS foram empregados os métodos de expansão acelerado a 80 °C em barras de argamassa acompanhado pela microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios-X (DRX), e os métodos de longa duração a 38 °C e acelerado a 60 °C em prismas de concreto. Na investigação da resistência a penetração de íons cloretos foi empregado o método de penetração de íons cloretos por imersão em solução salina (EPCI) dos concretos produzidos com CCA natural e cimento CPIIZ adicionados de cinza volante (0; 12,75 ou 17 %) e nas relações água/aglomerante(a/ag) de 0,45; 0,55 e 0,65. A análise dos resultados do EPCI foi realizada com base no coeficiente angular da equação da reta (K ) obtido a partir das profundidades médias de penetração dos períodos investigados. Neste trabalho verificou-se que, no ensaio em barras de argamassa a CCA natural gerou expansão acima do permitido por norma nas misturas com cimento padrão, enquanto o cimento CPIIZ com adição a partir de 20 % de cinza volante se mostrou mitigador da RAS. Através desses resultados pode-se verificar que o efeito mitigador da RAS aumentou proporcionalmente com a adição de cinza volante. Além disso, o cimento CPIV mostrou excelência em mitigar a reação expansiva. A análise de MEV identificou os produtos característicos da RAS nas amostras contendo CCA natural e a DRX verificou que as amostras retiradas das misturas com maior teor de adição mineral apresentaram picos de hidróxido de cálcio (CH) com menor intensidade e ainda, que as misturas com CCA natural apresentaram maior quantidade de carbonato de cálcio. Em relação aos prismas de concreto moldados a 60 °C, os resultados mostraram maior expansão na mistura de CPIIZ com CCA natural, mas ela se manteve abaixo do limite máximo de expansão preconizado pelo ensaio. As misturas de CPII-Z com CCA natural adicionadas de 10 e 15 % de cinza volante mostraram melhor eficiência em mitigar a expansão. Em relação aos prismas de concreto moldados a 38 °C os resultados ainda não são conclusivos aos 12 meses, porém as misturas que apresentaram maior expansão em 12 meses foram as de CPII-Z com CCA natural e 15 % de cinza volante, de CPII-Z com CCA natural e CPII-Z com CCA natural e 10 % de cinza volante, respectivamente, entretanto, todas abaixo do limite máximo de expansão aos 24 meses, preconizado pela norma brasileira. Através das análises dos resultados do EPCI concluiu-se que as adições minerais proporcionaram melhorias ao concreto com maiores idades devido ao efeito pozolânico. Além disso, os melhores resultados obtidos foram nos traços com menor relação a/ag, provavelmente devido ao maior consumo de cimento que aumenta a quantidade de CH para interagir com a CCA e a cinza volante. Portanto, as misturas de cimento Portland com CCA natural e cinza volante atendem aos parâmetros de durabilidade do concreto, e com isso o uso da CCA natural seria um importante contribuinte na sustentabilidade e preservação do meio ambiente pela construção civil.

[pt] Os problemas à saúde acarretados pela exposição às fibras minerais do amianto (asbesto) têm motivado esforços para a substituição destas fibras nos diversos componentes que as empregam como matéria prima. Devido às propriedades físicas e mecânicas e estabilidade química do amianto, bem como sua afinidade natural com a matriz cimentícia, o cimento- amianto é um compósito com excepcionais características de resistência e durabilidade a um custo relativamente baixo. Tais características fazem da busca por um reforço alternativo ao asbesto um desafio, mobilizando indústria e pesquisadores desde a década de 70. Neste contexto, considerando sua disponibilidade e características mecânicas, as fibras celulósicas se mostram como alternativa viável, tendo sido empregadas industrialmente como reforço em fibrocimentos há mais de duas décadas. Entretanto, mesmo com a industrialização, alguns aspectos de seu comportamento, principalmente aqueles relacionados à durabilidade, são ainda foco de intensos esforços de pesquisa (no Brasil, o estudo do emprego de fibras celulósicas como alternativa ao amianto teve início em 79, com os trabalhos pioneiros realizados na PUC-Rio). Considerando os principais mecanismos causadores de degradação nos fibrocimentos, todos eles relacionados ao transporte de fluidos pela rede porosa do material, tem-se que o principal método empregado para melhoria nas características de durabilidade é a substituição parcial do cimento por aditivos com alto teor de sílica amorfa finamente moídos. As melhores características assim obtidas decorrem de modificações na estrutura da matriz e, principalmente, da interface. A casca de arroz, é um resíduo agrícola produzido em grande quantidade no Brasil. Quando não empregada como combustível no próprio eneficiamento do arroz ou em outras atividades rurais, a casca de arroz é disposta sem qualquer controle, apresentando-se assim como um problema ambiental. Entretanto, se queimada em condições controladas, a casca de arroz resulta em cinza, CCA, com alto teor de sílica (80- 90 por cento) altamente amorfa, apresentando boa reatividade com o cimento. Portanto, a CCA foi empregada neste trabalho como material de substituição parcial do cimento em compósitos reforçados por polpas de bambu, buscando com isso melhorar as características relacionadas à durabilidade destes fibrocimentos. Foi observado que o emprego de até 30 por cento de CCA com baixo teor de carbono como substituição parcial do cimento resultou em um substancial decréscimo na porosidade da matriz e interface do compósito. Por conseqüência, estes compósitos apresentaram permeabilidade significativamente inferior à daqueles produzidos sem CCA. Com o emprego de CCA com alto teor de carbono (simulando a cinza obtida de queima não controlada, como a realizada no beneficiamento do arroz) é possível obter resultados semelhantes, uma vez que o compósito seja submetido à cura acelerada em autoclave. Neste caso, devem ser empregadas taxas ainda maiores de substituição parcial do cimento por CCA, com os melhores resultados observados em compósitos cujas matrizes compunham-se por 50 por cento da CCA. Além destes aspectos intimamente ligados aos principais mecanismos de degradação dos compósitos, foi observado que a CCA também favorece a aderência interfacial nos compósitos, acarretando em maior resistência mecânica. / [en] Asbestos is regarded as a hazardous material since the 60 s, motivating the efforts for the replacement of these mineral fibres in the vast range of materials in which they are applied as a raw material. Asbestos-cement was the first building material produced in large scale applying natural fibres as reinforcement in cement-based materials. Due the physical and mechanical behaviour and chemical stability of asbestos fibres, as well as their natural affinity with the cementitious matrix, asbestos-cement presents remarkable strength and durability, associated to a relative low cost. Such characteristics make the search for a suitable replacement to asbestos in fibre-cements a challenge, mobilizing industry and researchers since the early 70 s. Considering their availability and mechanical strength, cellulose fibres have proven to be a viable alternative to asbestos, being employed by the industry as reinforcement in fibre-cements for more than two decades. However, in spite of their well established production and commercialization in many parts of the world, some aspects of the cellulose-cement composites behaviour still motivates research efforts, which are mainly focused on durability aspects. The main deterioration mechanisms acting in cellulose-cement composites are all related to fluid transport within the pore network of the composites and the most applied treatment method is the partial replacement of cement by finely ground admixtures with high active silica content. The improvements in the durability aspects of composites are achieved by modifying the characteristics of the matrix and, mainly, the interfacial region. Rice husk is an agricultural residue produced in large scale in Brazil. If not applied as fuel in the rice mills or in others rural activities, the rice husk is disposed without control, resulting in an ecological problem. However, the pyrolysis of rice husk yields ash with high silica content, (80-90 percent). When burned in a proper way, this silica remains amorphous, presenting high reactivity with cement. Due to these characteristics rice husk ash, RHA, is applied in this PUC-Rio - Certificação Digital No 9924941/CA research as the treatment method in cement composites reinforced by bamboo pulp. It was observed that blended cement with up to 30 percent RHA with low carbon content resulted in a significant decrease in the porosity of the matrix and interface of the composite. As a consequence, these blended-cement composites presented water permeability expressively lower than that of the composites produced without RHA. High carbon content RHA was also applied, simulating the use of ash obtained by a non-controlled burning process. Similar results as those observed in composites with low-carbon-content RHA were achieved, once accelerated autoclave curing was applied to the composites. In this case, for better composite properties, higher RHA content must be used, with the best results being observed in composites with 50 percent RHA. Also, besides these aspects closely related to the main deterioration mechanisms of the composites, it was observed that RHA enhances the fiber-matrix interaction in the interface, improving the mechanical behaviour of the composites.

Made available in DSpace on 2016-06-02T18:57:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5305.pdf: 946081 bytes, checksum: 81e4f5bc1df570d2fc2c0af3a06d0f34 (MD5) Previous issue date: 2012-09-21 / Financiadora de Estudos e Projetos / The agro-industrial residues have great potential for providing silicon (Si) and other nutrients for crops. The objective of this work to assess the supply of silicon for organic waste agribusiness, and to evaluate the influence of this nutrient in the accumulation of nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg ) and sulfur (S) in maize. We analyzed the accumulation of silicon in the leaves and stems of the plant and the effect of these sources in stem diameter, the height and mass of dry corn plant, as well as the accumulation of N, P, K, Ca, Mg and S in corn leaves provided by agro-industrial residues and by levels of silicon used. The experiment was conducted in a greenhouse in a completely randomized design (4x3) + 1. We evaluated three sources organic agribusiness (bagasse ash from sugar cane filter cake rotary sugarcane and rice hulls), and for the supply of silicon also evaluated the mineral source (calcium silicate PA); three strengths of SiO2 (175 kg ha-1, 350 kg ha-1 and 700 kg ha-1) and additional treatment (control), which received no SiO2. The sources and doses of SiO2 did not affect the mass of dried corn plants. However, the addition of SiO2 dose provided an increase in the diameter of stem of the maize plant. The rice hulls was more efficient among all treatments in Si supply to the corn crop. The supply of Si favors the absorption and consequent accumulation of potassium and phosphorus from the corn plant. There was no relationship between the supply of Si and Mg and S uptake by corn plant. Finally, there was no relationship between the accumulation of Si and the reduction of leaf N in corn plants. / Os resíduos agroindustriais possuem elevado potencial para fornecimento de silício (Si) e outros nutrientes para as culturas agrícolas. Objetivou-se, com esse trabalho, avaliar o fornecimento de silício por resíduos orgânicos agroindustriais, e avaliar a influência desse nutriente no acúmulo de nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca), magnésio (Mg) e enxofre(S) na planta de milho. Foi analisado o acúmulo de silício nas folhas e nos colmos da planta e o efeito dessas fontes no diâmetro do colmo, na altura e na massa da planta de milho seca, assim como o acúmulo de N, P, K, Ca, Mg e S nas folhas de milho proporcionado pelos resíduos agroindustriais e pelas doses de silício utilizadas. O experimento foi instalado em casa de vegetação no delineamento experimental inteiramente casualizado (4x3) + 1. Foram avaliadas três fontes orgânicas agroindustriais (cinza de bagaço de cana-de-açúcar, torta de filtro rotativo de cana-de-açúcar e casca-de-arroz carbonizada), e para o fornecimento de silício também avaliou-se a fonte mineral (silicato de cálcio P.A.); três dosagens de SiO2(175 Kg ha-1, 350 Kg ha-1 e 700 Kg ha1) e o tratamento adicional (testemunha), o qual não recebeu SiO2. As fontes e doses de SiO2 não influenciaram a massa das plantas secas de milho. Entretanto, o acréscimo das doses de SiO2 proporcionou o aumento no diâmetro de colmo da planta de milho. A casca-de-arroz carbonizada mostrou-se mais eficiente entre todos os tratamentos no fornecimento de Si para a cultura do milho. O fornecimento de Si favoreceu a absorção e consequente acúmulo de P e K pela planta de milho. Não se observou relação entre o fornecimento de Si e a absorção de Mg e S pela planta de milho. Por fim, não houve relação entre o acúmulo de Si e a redução do N foliar nas plantas de milho.

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