[EN] The building industry generates a large amount of waste that directly affects the environment, starting from the construction process up until the end of the useful life of the buildings. Construction processes involve the use of large quantities of building materials, including ordinary Portland cement (OPC). This is the most produced material worldwide and during its manufacturing process greenhouse gases are emitted, including especially high emissions of CO2. Another factor which affects the environment throughout the life cycle of a building is the generation of large volumes of waste from construction and demolition (C&D). From these environmental problems, scientists and the cement industry are exploring ways to reduce emissions of CO2 and they are also assessing the reuse and exploitation of solid waste from different industries and of course, from construction industry. Thus, a possible alternative route is headed towards the partial replacement of OPC by waste or the use of other types of binders such as geopolymers or alkali-activated binders. In the research carried out, simulated demolition waste from carbonated hydrated cement (from cement CEM I) in the laboratory is described. This mixture contains vitreous silica and and vitreous alumina among other compounds; to do this a process of accelerated carbonation was carried out, saturating the residue with CO2 in two types of environments; a dry environment and the other was a cold aqueous médium. In addition, the Magallanes HCC was combined with other materials in order to evaluate the influence of various fine substances that are present in construction and demolition waste, such as gypsum. The mechanical resistance values of the alkaliactivated Magallanes HCC were not very high, so a research line was successfully developed from mixtures with blast furnace slag and calcium aluminate cement (CAC). These systems have shown excellent resistance against sulphate attack and freeze-thaw cycles with better performances observed in Portland cement systems. Similarly, other alkali-activated precursors were obtained from the hydration and carbonation of type cements CEM III/A, CEM IV/A and calcium aluminate cement, these precursors were identified as Mag3, Mag4 and Atacama CAC. The physical-chemical characterization of the precursors was carried out and pastes and mortars were produced with these new alkali-activated precursors. Similarly, the physical-chemical characteristics of a real fine fraction of construction and demolition waste (C&D) from a recycling plant were determined. Their pozzolanic behavior was determined, alkali-activated mortars were produced using C&D, and by substituting with slag; the mechanical viability of the mortars was demonstrated, as was their durability. In order to investigate the carbon footprint of the new precursors, the balance (emission and fixation) of the amount of CO2 produced during the manufacture of the Magallanes HCC, Mag3, Mag4 and Atacama CAC was studied. CO2 emissions from the manufacturing process of geopolymer mortars were also evaluated. The data showed that the precursors have a much lower impact than Portland cement. All these results demonstrate that the materials from hydrated cement-waste are suitable to be re-used as precursors in alkali-activated binders when they have undergone an additional carbonation process, which involves a significant amount of fixed CO2. They can therefore be used as a new building material. / [ES] La industria de la construcción es una gran generadora de residuos que impacta de forma directa al medio ambiente, desde el proceso de construcción hasta el fin de la vida útil de las estructuras. Los procesos constructivos involucran el uso de grandes cantidades de materiales de construcción, entre ellos el cemento Portland (OPC). Este material es el de mayor producción a nivel mundial y durante su proceso de fabricación se emiten gases de efecto invernadero, especialmente elevadas emisiones de CO2. Otro de los factores que afectan el medio ambiente durante todo el ciclo de vida de una estructura de construcción es la generación de grandes volúmenes de residuos de construcción y demolición (RCD). A partir de estos problemas ambientales, los científicos y la industria del cemento están estudiando la forma de disminuir las emisiones de CO2, y además, están valorando la reutilización y aprovechamiento de los residuos sólidos, provenientes de los distintos sectores industriales y, por supuesto, de la construcción. Así, una posible vía alternativa está encaminada hacia la sustitución parcial del OPC por residuos o el uso de otros tipos de conglomerantes como los geopolímeros o conglomerantes de activación alcalina. En la investigación realizada se presenta el estudio que simula en laboratorio un residuo de demolición a partir del cemento hidratado y carbonatado (a partir de cemento tipo CEM I), el cual contiene, entre otros compuestos, sílice y alúmina vítreas; para ello se realizó un proceso de carbonatación acelerada, saturando al residuo con CO2 en dos tipos de ambientes; un ambiente seco y el otro un medio acuoso y frío. Adicionalmente, el CHC Magallanes se combinó con otros materiales, con el fin de evaluar la influencia de diversas sustancias finas que se encuentran presentes en los residuos de construcción y demolición, como es el caso del yeso. En ese caso los valores de resistencia mecánica del CHC Magallanes activado alcalinamente no fueron muy elevados, por lo que se desarrolló con éxito una línea de trabajo a partir de mezclas con escoria y cemento de aluminato de calcio (CAC). Estos sistemas binarios con CHC Magallanes han presentado unos excelentes comportamientos frente al ataque por sulfatos y a los ciclos hielo-deshielo, con unas prestaciones superiores a los sistemas con cemento Portland. Similarmente, se procedió a la obtención de otros precursores de activación alcalina a partir de la hidratación y carbonatación de los cementos tipo CEM III/A, CEM IV/A y cemento de aluminato cálcico, los cuales se identificarán como Mag3, Mag4 y CAC Atacama. Se llevó a cabo su caracterización físico - química y se fabricaron pastas y morteros con estos nuevos precursores de activación alcalina. Análogamente, se procedió a determinar las características físico - químicas de una fracción fina real de un RCD proveniente de una planta de reciclaje. Se determinó su comportamiento puzolánico, y se fabricaron morteros de activación alcalina usando RCD y con sustitución de escoria; se demostró la viabilidad de los morteros, tanto desde el punto de vista mecánico como de durabilidad. Con el fin de conocer la huella de carbono de los nuevos precursores, se procedió a estudiar el balance (emisión y fijación) de CO2 producido en la fabricación de cada uno de los materiales CHC Magallanes, Mag3, Mag4 y CAC Atacama y las emisiones de (CO2) resultantes en el proceso de fabricación de los morteros geopoliméricos. Los datos demostraron que los precursores tienen un impacto mucho menor que el cemento Portland. Todos estos resultados demuestran que los materiales proveniente de residuos relacionados con cemento hidratado, tras un proceso adicional de carbonatación, lo cual supone una cantidad significativa de CO2 fijado, poseen características adecuadas para ser reutilizados como precursores en conglomerantes activados alcalinamente, y por ende se pueden utilizar como un / [CAT] La indústria de la construcció és una gran generadora de residus que impacta de forma directa al medi ambient, des del procés de construcció fins a la fi de la vida útil de les estructures. Els processos constructius suposen l'ús de grans quantitats de materials de construcció, entre els quals es troba el ciment Portland (OPC). Aquest material és el de major producció a nivel mundial i durant el seu procés de fabricació s'emeten gasos d'efecte hivernacle, especialmente elevades emissions de CO2. Altre dels factors que afecta el medi ambient durant tot el cicle de vida d'una estructura de construcció és la generació de grans volums de residus de construcción i demolició (RCD). A partir d'aquests problemes ambientals, els científics i la indústria del ciment estan estudiant la forma de disminuir les emissions de CO2, i a més, estan valorant la reutilització i aprofitament dels residus sòlids, provinents dels diferents sectors industrials i, per descomptat, de la pròpia construcció. Així, una possible via alternativa està encaminada cap a la substitució parcial del OPC per residus o l'us de conglomerants alternatius com els geopolímers o conglomerants d'activació alcalina. A la investigació realitzada es presenta l'estudi que simula en laboratori un residu de demolició a partir del ciment hidratat i carbonatat (a partir del ciment CEM I), el qual conté, entre altres compostos, sílice i alúmina vítries; per açò es va realitzar un procés de carbonatació accelerada, saturant al residu amb CO2 en dos tipus d'ambients; un ambient sec i altre ambient aquós i fred amb. Addicionalment, el CHC Magallanes es va combinar amb altres materials, amb la finalitat d'avaluar la influència de diverses substàncies fines que es troben presents en els residus de construcció i demolició, com és el cas del guix. En aquest cas els valors de resistència mecànica del CHC Magallanes activat alcalinament no van ser molt elevats, per la qual cosa es va desenvolupar amb èxit una línia de treball a partir de mescles amb escòria d'alt forn i ciment d'aluminat de calci (CAC). Aquests sistemes binaris amb CHC Magallanes han presentat uns excel.lents comportaments front l'atac per sulfats i als cicles de gel - desgel, amb unes prestacions elevades respecte dels sistemes amb ciment Portland. Similarment, es va procedir a l'obtenció d'altres precursors d'activació alcalina a partir de la hidratació i carbonatació dels ciments tipus CEM III/A), CEM IV/A i ciment d'aluminat càlcic, els quals s'identificaran com Mag3, Mag4 i CAC Atacama. Es va dur a terme la seua caracterització fisicoquímica i es van fabricar pastes i morters amb aquests nous precursors d'activació alcalina. Anàlogament, es va procedir a determinar les característiques fisicoquímiques d'una fracció fina real d'un residu de construcció i demolició (RCD) provinent d'una planta de reciclatge. Es va determinar el seu comportament putzolànic, i es van fabricar morters d'activació alcalina de RCD amb substitució parcial d'escòria; va quedar demostrada la viabilitat dels morters, tant des del punt de vista mecànic com de la durabilitat. Amb la finalitat de conèixer la petjada de carboni dels nous precursors, es va procedir a estudiar el balanç (emissió i fixació) de CO2 produït en la fabricació de cadascun dels materials CHC Magallanes, Mag3, Mag4 i CAC Atacama i les emissions de (CO2) resultants del procés de fabricació dels morters geopolimèrics. Les dades van demostrar que els precursors tenen un impacte molt menor que el ciment Portland. Tots aquests resultats demostren que els materials provinents de residus relacionats amb ciment hidratat, després d'un procés addicional de carbonatació, la qual cosa suposa una quantitat significativa de CO2 fixat, posseeixen característiques adequades per poder ser reutilitzats com a precursors en conglomerants activats alcalinament, i per tant es pot utilizar com un nou material / Segura Sierpe, YP. (2016). Reutilización de residuos de construcción en la fabricación de conglomerantes de activación alcalina [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/67271 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] El presente trabajo de investigación presenta un nuevo concepto de hormigón celular basado en el consumo minimizado de recursos y casi nulo de energías, durante la fase de producción del material como a lo largo de la vida útil de las edificaciones: los nuevos hormigones eco-celulares "one-part" (ECC-OP). Se lleva a cavo el desarrollo, caracterización y evaluación medioambiental del material. En la primera etapa de trabajo, se introducen e investigan los nuevos hormigones celulares geopoliméricos (GCC) y hormigones celulares de activación alcalina (AACC) en los que el cemento Portland, conocido por su uso indiscriminado a nivel mundial y su gran impacto ambiental y económico, se sustituye por el catalizador gastado de craqueo catalítico (FCC) y la escoria de alto horno (BFS) respectivamente. A partir de la concepción de estos nuevos materiales se va introduciendo variables de mejora: i) empleo de agentes aireantes alternativos: papel de aluminio reciclado, agua oxigenada y sub-productos del tratamiento de escorias salinas; ii) desarrollo del concepto de co-molienda entre los precursores y los aireantes alternativos; iii) combinación de aireación mecánica y química de las matrices mediante polvo de aluminio y un espumante, el lauril sulfato de sodio; y vi) estudio del comportamiento frente a tratamientos de curado alternativos al autoclave. Los materiales se estudian y comparan microestructuralmente, se ensayan sus características funcionales (densidad, resistencia mecánica a la compresión y conductividad térmica) y se evalúan medioambientalmente. Además, se caracteriza la matriz porosa resultante combinando técnicas microscópicas y de análisis de imagen, así como mediante ensayos hídricos. En esta segunda etapa de trabajo, se introduce el concepto de hormigón eco-celular (ECC), en el que los silicatos comerciales de la disolución activadora se sustituyen por una fuente alternativa de sílice procedente de un residuo agrícola: la ceniza de cáscara de arroz (RHA). Se desarrollan e investigan sistemas de ECCs con FCC y ECCs con BFS, en los que se emplea como agente aireante el papel de aluminio residual y se incorpora mediante el procedimiento de co-molienda con el precursor. Los ECCs se diseñan para obtener unas propiedades óptimas y se comparan con los TCC, GCC y AACC, tanto física y mecánicamente como medioambientalmente. Como resultado, se obtienen ECCs estables, con densidades inferiores a los 1000kg/cm3 y con los que se consigue una reducción de las emisiones de CO2 del 74 % en el caso de los constituidos con FCC y del 78 % para los constituidos con BFS, respecto a los sistemas tradicionales. Finalmente, en la tercera etapa de trabajo se presenta la mayor innovación en cuanto a la ecoeficiencia y el objetivo de consumo nulo de recursos naturales planteados: el estudio de la ceniza de hueso de oliva (OBA) como fuente alcalina alternativa en la disolución activadora. La OBA es un residuo agrícola compuesto fundamentalmente de potasio y calcio, y se presenta como una alternativa potencial para la sustitución del hidróxido alcalino comúnmente empleado en la activación de la BFS. El empleo de la OBA se estudia inicialmente en sistemas de activación alcalina de BFS: se desarrollan, en primer lugar, sistemas binarios (BAAM) con OBA/BFS y a continuación se complementa el estudio combinando esta ceniza con la RHA constituyendo sistemas ternarios (TAAM) con OBA/BFS/RHA. Una vez sentadas las bases previas, se desarrolla la cuarta etapa experimental, se aplica por primera vez la modalidad de fabricación "one-part", que consiste en la co-molienda de todos los materiales sólidos de modo que únicamente se requiere de su mezcla con agua para la producción del material final: los nuevos ECC-OP. Estos materiales son diseñados y analizados en torno a las características funcionales exigidas por la normativa europea para la industria de los prefabricados y se evalúan medioambientalmente media / [CA] El present treball d'investigació presenta un nou concepte de formigó cel·lular basat en un consum mínim de recursos i quasi nul d'energies durant la fase de producció del material així com durant la vida útil de les edificacions: els nous formigons eco-cel·lulars "one-part" (ECC-OP). Es desenvolupa, caracteritza i avalua mediambientalment el material mitjançant un pla de treball que s'ha distribuït en passos graduals de millora. Les etapes del treball han estat centrades d'una banda en els materials constituents i d'altra banda en el procediment de fabricació. A la primera etapa de treball, s'introduïxen i investiguen els nous formigons cel·lulars geopolimèrics (GCC) i formigons cel·lulars d'activació alcalina (AACC) en els quals el ciment Pòrtland, conegut pel seu us indiscriminat i el seu gran impacte ambiental i econòmic, se substituïx per catalitzador gastat de craqueig catalític (FCC) i escòria d'alt forn (BFS) respectivament. A partir de la concepció d'estos nous materials es van introduint variables de millora: i) ús d'agents aireantes alternatius: paper d'alumini reciclat, aigua oxigenada i subproductes del tractament d'escòries salines; ii) desenvolupament del concepte de co-mòlta entre els precursors i els reactius generadors de gas alternatius; iii) combinació de generació de porositats a les matrius per medi mecànic i químic utilitzant pols d'alumini i un tensioactiu, el lauril sulfat de sodi; i iv) estudi del comportament amb l'aplicació de tractaments de curat alternatius a l'autoclau. Els materials s'estudien i comparen micro-estructuralment, s'analitzen les propietats funcionals (densitat, resistència mecànica a la compressió i conductivitat tèrmica) i s'avaluen mediambientalment. A més, es caracteritza la matriu porosa resultant combinant tècniques microscòpiques i d'anàlisi d'imatge, així com per mitjà d'assajos hídrics. En esta segona etapa de treball, s'introduïx el concepte de formigó eco-cel·lular (ECC) , en el que els silicats comercials de la dissolució activadora se substituïxen per una font alternativa de sílice procedent d'un residu agrícola: la cendra de corfa d'arròs (RHA) . S' investiguen sistemes d'ECC amb FCC i sistemes d'ECC amb BFS, en els que s'empra com a agent generador de gas el paper d'alumini residual i s'incorpora per mitjà del procediment de co-mòlta amb el precursor. Els ECCs es dissenyen per a obtindre unes propietats òptimes i es comparen amb els TCC, GCC i AACC, tant física i mecànicament com mediambientalment. Com a resultat, s'obtenen ECCs estables, amb densitats inferiors als 1000kg/cm3 i amb els que s'aconseguix una reducció de les emissions de CO2 del 74 % en el cas dels constituïts amb FCC i del 78 % per als constituïts amb BFS, respecte als sistemes tradicionals. En la tercera etapa de treball es presenta la major innovació quant a l'eco-eficiència i l'objectiu de consum nul de recursos naturals: l'estudi de la cendra d'os d'oliva (OBA) com a font alcalina alternativa per a la fabricació de la dissolució activadora. L'OBA és un residu agrícola compost fonamentalment de potassi i calci, i es presenta com una alternativa potencial per a la substitució de l'hidròxid alcalí comunament empleat en l'activació de la BFS. L'ús de l'OBA s'estudia inicialment en sistemes d'activació alcalina de BFS: sistemes binaris (BAAM) amb OBA/BFS. A continuació, es complementa l'estudi que combina l'ús de l'OBA amb la RHA constituint sistemes ternaris (TAAM) formats per OBA/BFS/RHA. Finalment, s'aplica per primera vegada la modalitat de fabricació "one-part", que consistix en la co-mòlta de tots els materials sòlids de manera que únicament es requerix de la seua mescla amb aigua per a la producció del material final: els nous ECC-OP. Estos materials són dissenyats i analitzats segons les característiques funcionals exigides per la normativa europea per a la indústria dels prefabricats i s'avaluen mediambientalment pe / [EN] In this investigation, a new concept of cellular concrete had been developed based on both the low natural resources as well as nearly zero-energy consumptions: the new one-part eco-cellular concrete (ECC-OP). The development, the characterization and the environmental assessment of the material were carried out. A working plan has been broken down into progressive stages where the improvements were focused on the constitutive materials as well as on the manufacture procedures. In the first working step, the geopolymer cellular concretes (GCC) and the alkali-activated cellular concretes (AACC) were investigated. The OPC worldwide known by its high economic costs, non-reasonable use and its environmental issues was replaced for the fluid catalytic cracking catalyst residue (FCC) and for the blast furnace slag (BFS) respectively. In the new GCC and AACC systems, steps of improvements were introduced progressively: i) the use of alternative aerating agents as the recycled aluminium foil, hydrogen peroxide and salt-slags recycled by-products; ii) a new concept of co-milling between precursors and the alternative aerating agents was introduced; iii) matrix aeration by the chemical and mechanical means where the aluminium powder was combined with the sodium lauryl sulphate (SLS), and vi) alternative curing treatments to the traditional autoclave. A microstructural and functional characterisation and an environmental assessment of the materials were carried out. Furthermore, the air-void characterization was done by microscopic, image analysis and hydric tests means. In the second working step, the new eco-cellular concretes (ECC) were introduced and investigated. The silicates in the alkali-activated dissolution were replaced by an alternative silica sourced from an agricultural residue: the rice husk ash (RHA). The new systems were developed with the use of both the BFS and the FCC as precursors and the aerating agent was the recycled aluminium foils by the co-milling procedure. The optimal properties of the new ECC were investigated and a comparison with the TCC, GCC and AACC was done. The new ECCs yielded densities less than 1000kg/cm3 and, comparing with the TCC systems, the CO2 emissions were lower in 74 % when the FCC was employed and in 78 % when the BFS was employed. Finally, in the third working step, the more highlighted novelty in the ecoefficiency and the objective of near cero natural resources consumption was presented: the study of the olive-stone biomass ash (OBA) as an alternative alkali source for the activating dissolution. The OBA is a farming waste mainly composed of potassium and calcium, thus, is a well alternative to the traditional potassium hydroxide employed for the BFS activation. The OBA was firstly introduced in binary systems (BAAM) composed by OBA/BFS mixed with water. Then, the OBA and RHA were combined to the BFS activation in the new ternary systems composed 100 % by residues (TAAM). A complete characterization of the OBA, as well as the mortars and pastes manufacture procedure investigations were carried out. The microstructural, physical and mechanical characterization of the new TAAM was done to its application in the cellular concrete technology. The last working step of the present investigation consisted of the ECCs based on BFS activated with RHA and OBA. Furthermore, for the first time, the "one-part" manufacture procedure was applied to obtain the new "one-part" eco-cellular concretes (ECC-OP). The "one-part" consist of the co-milling of all solid materials and their mix with water to obtain the cellular concrete (similar to the traditional OPC procedure). The materials were designed from scratch: dosages, characterization, comparisons with the TCC, AACC and ECC, European standards compliments. Furthermore, environmental issues of the ECC-OP through the cradle-to-gate modality of the life circle analysis (LCA) were evaluated obtaining their 100 years Global Warming Potential (GWP-100). / Font Pérez, A. (2020). Hormigones eco-celulares one-part (ecc-op) basados 100 % en materiales residuales [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/141092 / TESIS / Compendio

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2017-07-20T11:55:59Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4568394 bytes, checksum: e97b9998d4bc4f2616a4dd3b63447fe8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-20T11:55:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4568394 bytes, checksum: e97b9998d4bc4f2616a4dd3b63447fe8 (MD5) Previous issue date: 2015-08-01 / Stabilization is important in earthen construction in order to improve mechanical strength, volumetric stability, workability and even ductility. Currently, the products used to stabilize the earth are lime, Portland cement and bitumen emulsions. Due to the environmental problems that the mankind faces nowadays, the use of earthen construction is increasing. Adobe is the most traditional type of block used in masonry. To improve strength against water, a new way to stabilize this kind of unburned earth block is proposed by the alkaline activation of earth. This paper presents the first results about the experimentation made in the stabilization of soil with alkali activator. Two cure temperatures were tested: room temperature and oven at 50ºC. The amounts of stabilizer used were 3% and 6% activator by mass of earth. Results show that it is possible for adobe blocks to be resistant to compression and water action using the alkaline activation. / Para utilização da terra na construção civil, se faz necessário sua estabilização. Tal processo é de fundamental importância para se obter um material em conformidade com as normas vigentes de construção, atendendo a requisitos como: resistência mecânica, estabilidade volumétrica, trabalhabilidade e ductilidade. Atualmente, os produtos mais utilizados para estabilizar a terra são cal, cimento Portland e emulsões betuminosas. Sendo as argilas de fundamental importância para a construção com terra crua, por ser ela o ligante natural, trabalhos têm sido desenvolvidos com intuito de torná-las auto-estabilizantes. Dessa forma, a estabilização de blocos de terra por ativação alcalina tem ganhado especial atenção uma vez que, a eliminação de agregados, influenciará diretamente no custo do material final além da eliminação de processos caros, de tecnologia complexa e de auto grau poluidor em sua elaboração. Neste trabalho, os resultados obtidos, mostram que é possível a obtenção de blocos de adobe resistentes a compressão e a ação da água com uso de ativação alcalina.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4124460 bytes, checksum: b1308b52af8710e348b248c71f0f952b (MD5) Previous issue date: 2011-09-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The use of vegetable fibers as a reinforcing agent in geopolymers, represents an alternative to the replacement of manufactured fibers as a reinforcing agent. The pineapple leaf, an abundant plant in the region and with easy cultivation and processing, which produces low modulus of good mechanical performance fibers, emerges as an ecologically viable and sustainable alternative. In this work, fiber ananas comosus and agave sisalana have been characterized by a process of selection, cleaning, washing, drying and cutting of fresh blankets for the production of composites based on geopolymer matrix. The good mechanical performance and the possibility of using industrial waste materials and the abundance of precursors materials of the region favor the use of geopolymer matrix in obtaining the bodies of proof used in this study. The use of vegetable fibers (ananas comosus and agave sisalana) as a reinforcing agent in geopolymer to obtain composites provided gain in quality to the mechanical properties of the matrix. We conclude that the ratio Si / Al is one of the main variables controlling the process of geopolymerization. However, a better relationship of the interface fiber / matrix produces accommodation and better performance with and absorption of considerable effort on the part of the composite. This behavior is influenced by variations in temperature, pressure and flow of geopolymer used as a matrix. During this study, thermal analysis techniques (TG, DTG, DTA), microscopy (MEV) and spectroscopy (XRF, DRX) as well as mechanical and chemical tests were used to characterize the materials used in this work. Also presented are the results of mechanical tests of composites with sisal and pineapple tree fibers, and micro-structural behavior, when it will be possible to compare the benefits of vegetable fiber added to the performance and resistance of bodies of proof. / O uso de fibras vegetais como agente de reforço em geopolímeros, representa uma alternativa na substituição de fibras manufaturadas como agente de reforço, a folha do abacaxizeiro, uma planta abundante na região e de fácil cultivo e processamento, que produz fibras de baixo módulo de ótimo desempenho mecânico, surge como alternativa ecologicamente viável e sustentável. Neste trabalho, fibras de ananas comosus e agave sisalana foram caracterizadas passaram por um processo de seleção, limpeza, lavagem, secagem e corte das mantas in natura para produção de compósitos a base de matriz geopolimérica. O bom desempenho mecânico aliado a possibilidade de utilização de resíduos industriais e a abundância de materiais precursores da região favorecem a utilização do geopolímero como matriz na obtenção dos corpos-de-prova usados nesse estudo. A utilização de fibras vegetais (ananas comosus e agave sisalana) como agente de reforço em geopolímero para obtenção de compósitos proporcionou ganho de qualidade às propriedades mecânicas da matriz. Concluímos que a razão Si/Al é uma das principais variáveis de controle do processo de geopolimerização, todavia uma melhor relação da interface fibra/matriz produz acomodação e melhor desempenho com absorção de esforço considerável por parte do compósito. Esse comportamento é influenciado por variações de temperatura, pressão e fluidez do geopolímero utilizado como matriz. Durante esse estudo, técnicas de análise térmica (TG, DTG, DTA), microscopia (MEV) e espectroscopia (XRF, DRX), bem como ensaios mecânicos e químicos, foram utilizadas para caracterizar os materiais utilizados nesse trabalho, também são apresentados os resultados de ensaios mecânicos dos compósitos com fibras de sisal e abacaxizeiro e seu comportamento micro-estrutural, quando será possível comparar os benefícios que as fibras vegetais acrescentaram ao desempenho e resistência dos corpos-de-prova.

Atualmente, os estudos envolvendo nanomateriais como aditivos em propantes são o foco das companhias e universidades norte-americanas para o desenvolvimento de propantes que possam sofrer alterações químicas e mecânicas dentro do reservatório ou para permitir a rastreabilidade e direcionamento. Este trabalho apresenta um desenvolvimento de grânulos de metacaulim capazes de incorporar nanomateriais em sua estrutura. O método adotado para sua produção foi a mistura intensiva da matéria-prima (MP) com nanomateriais dispersados e adicionados em resina para revestimento. A rota de produção tem potencial para produzir grânulos com grau de K&S variando entre 0,7 e 0,9 tanto para esfericidade como para o arredondamento. Os ensaios de resistência ao esmagamento resultaram em valores entre 3 K e 4 K (x 1.000 psi) para algumas das amostras sinterizadas a 1.300 ºC. As análises de MEV comprovam a incorporação dos nanomateriais de carbono, na estrutura interna dos propantes. / Today, studies on nanomaterials that are used as additives in proppants are the focus of North America\'s companies and universities in order to develop either proppants that can suffer mechanical and chemical changes inside the reservoir or that enable their traceability and direction. This work presents a development on the microspheres of metakaolin\'s capacity to incorporate nanomaterials to their structure. The production route has the potential to produce K & S grade microspheres ranging from 0.7 to 0.9 for both sphericity and rounding. Crush strength tests resulted in values between 3 K and 4 K (x 1,000 psi) for some of the samples sintered at 1300 °C. The SEM analyzes prove the integration of carbon nanomaterials into the proppant structures.

[ES] El descubrimiento del cemento Portland ha cambiado nuestra forma de construir, pero también es el responsable de grandes emisiones de CO2 a la atmósfera durante su fabricación (~1450 ᴼC), agravando la crisis actual que está sufriendo nuestro planeta debido al cambio climático y sus consecuencias en todo el medio ambiente. Por lo tanto, una alternativa más sostenible en la construcción es la utilización de la cal que necesita menor temperatura para su fabricación (~900 ᴼC). Si bien la introducción de puzolanas naturales o artificiales en morteros de cal han mejorado sus propiedades mecánicas y de durabilidad, estas aún tienen el inconveniente de ganar resistencias a edades largas de curado. Es por esta razón que en la presente tesis se pretende eliminar este inconveniente técnico, buscando la asociación de la cal con nuevos conglomerantes más sostenibles a partir de residuos para obtener morteros mixtos denominados cal/puzolana-geopolímero. Los residuos estudiados fueron: el catalizador gastado de craqueo catalítico, la ceniza de cascara de arroz, la tierra diatomea de origen residual y la ceniza de lodo de depuradora. También se estudia una puzolana natural proveniente de la República de Guatemala. En los morteros cal/puzolana (cal/FCC, cal/CCA, cal/CLD) se ha realizado sustituciones en peso hasta un 50 % de la mezcla cal/puzolana por geopolímero. El geopolímero se obtiene por una combinación del FCC como precursor y diferentes activadores alcalinos siendo estos la mezcla de: NaOH/Na2SiO3, NaOH/CCA, NaOH/TDN y NaOH/TDR. Los últimos tres sustituyen al silicato comercial como fuente de sílice alternativa. Asimismo, se realizaron estudios a nivel mecánico y microestructural. Para los estudios microestructurales, tanto de muestras endurecidas como de materiales de partida, se emplearon como técnicas: FRX, ADL, TG, DRX y FESEM. Los resultados han demostrado con éxito que añadir pequeñas cantidades de geopolímero sobre el sistema cal/puzolana fue notable, debido a que este potenció la formación de los nuevos productos de reacción, lo que mejoró la resistencia mecánica de los morteros desde las primeras horas de curado, llegando a obtener 7 veces más de resistencia que un mortero control cal/puzolana en 1 día de curado. El reemplazo del silicato de sodio comercial por CCA, TDN, TDR, como fuente de sílice, condujo a mejores desempeños del mortero en términos de resistencia a la compresión. Además, redujo el coeficiente de absorción de agua por capilaridad y aumento el tiempo de exposición a los ciclos hielo-deshielo frente a los morteros activados con activadores comerciales. Finalmente, los conglomerantes desarrollados en este estudio podría beneficiar tanto a la gestión de residuos como al desarrollo de materiales de construcción más sostenibles, aportando a los objetivos propuestos en la agenda 2030. / [CA] El descobriment del ciment Portland ha canviat la nostra manera de construir, però també és el responsable de grans emissions de CO¿ a l'atmosfera durant la seva fabricació (~1450 ᴼC), agreujant la crisi actual que està patint el nostre planeta degut al canvi climàtic i les seves conseqüències en tot el medi ambient. Per tant, una alternativa més sostenible en la construcció és la utilització de la calç que necessita menor temperatura per a la seva fabricació (~900 ᴼC). Si bé la introducció de putzolanes naturals o artificials en morters de calç han millorat les seves propietats mecàniques i de durabilitat, aquestes encara tenen l'inconvenient de guanyar resistències a edats llargues de curat. És per aquesta raó que en la present tesi es pretén eliminar aquest inconvenient tècnic, buscant l'associació de la calç amb nous conglomerants més sostenibles a partir de residus per a obtenir morters mixtos denominats calç/putzolana-geopolímer. Els residus estudiats van ser: el catalitzador gastat del craqueig catalític, la cendra de closca d'arròs, la terra diatomea d'origen residual i la cendra de llot de depuradora. També es va estudiar una putzolana natural provinent de la República de Guatemala. En els morters calç/putzolana (calç/FCC, calç/CCA, calç/CLD) s'ha realitzat substitucions en pes fins a un 50 % de la barreja calç/putzolana per geopolímer. El geopolímer s'obté per una combinació del FCC com a precursor i diferents activadors alcalins, sent aquests la mescla de: NaOH/Na2SiO3, NaOH/CCA, NaOH/TDN i NaOH/TDR. Els últims tres substitueixen al silicat comercial com a font de sílice alternativa. Així mateix, es van realitzar estudis a nivell mecànic i microestructural. Per als estudis microestructurals, tant de mostres endurides com de materia primera, es van emprar tècniques com: FRX, ADL, TG, DRX i FESEM. Els resultats han demostrat amb èxit que afegir petites quantitats de geopolímer sobre el sistema calç/putzolana va ser notable, pel fet que aquest va potenciar la formació dels nous productes de reacció, la qual cosa va millorar la resistència mecànica dels morters des de les primeres hores de curat, arribant a obtenir 7 vegades més de resistència que un morter control calç/putzolana en 1 dia de curat. El reemplaçament del silicat de sodi comercial per CCA, TDN, TDR, com a font de sílice, va conduir a millors acompliments del morter en termes de resistència a la compressió. A més, va reduir el coeficient d'absorció d'aigua per capil·laritat i va augmentar el temps d'exposició als cicles gel-desgel enfront dels morters activats amb activadors comercials. Finalment, els conglomerants desenvolupats en aquest estudi podrien beneficiar tant a la gestió de residus com al desenvolupament de materials de construcció més sostenibles, aportant als objectius proposats en l'Agenda 2030. / [EN] The discovery of Portland cement has changed the way we build; however, it is also responsible for large CO2 emissions into the atmosphere during its manufacturing (~ 1450 ᴼC), thereby aggravating the current crisis that our planet is suffering due to climate change and its consequences in the environment. Thus, a more sustainable alternative in construction is the use of lime that requires a lower temperature for its manufacturing (~ 900 ᴼC). The introduction of natural or artificial pozzolans in lime mortars has improved their mechanical properties and durability. Nevertheless, they present some technical disadvantages, as the low compressive strength, especially at early curing time. This thesis aims to eliminate this technical disadvantage by mixing lime with new more sustainable binders derived from waste, obtaining mixed mortars called lime/pozzolan-geopolymer The waste materials studied included fluid catalytic cracking residue (FCC), rice husk ash (CCA), residual diatomite (TDR) and sewage sludge ash (CLD). A natural pozzolan from the Republic of Guatemala was also studied. In the experimental procedure, in lime/pozzolan mortar mixtures (lime/FCC, lime/CCA, lime/CLD), up to 50% of their weight was substituted by geopolymer. The geopolymer is obtained by combining FCC as a precursor, and different alkaline activator mixtures including NaOH/Na2SiO3 (commercial waterglass), NaOH/CCA, NaOH/TDN, and NaOH/TDR, with the last three being an alternative silica source to commercial waterglass. In the same way, both mechanical and microstructural studies were carried out. The following techniques were used: XRF, ADL, TG, XRD and FESEM to assess the microstructural properties of both the raw materials and the hardened samples. The results have demonstrated that adding small amounts of geopolymer to the lime/pozzolan system was remarkable; it enhanced the formation of new reaction products, which improved the mechanical strength of the mortar from the first hours of curing, obtaining 7 times more strength than the lime/pozzolan control mortar in 1 day of curing. The replacement of commercial waterglass by CCA, TDN, TDR, as a source of silica, led to better performance of the mortar in terms of compressive strength. In addition, the coefficient of water absorption by capillarity was reduced and the exposure time during freezing-thawing cycles was increased compared to mortars activated with commercial activators. Finally, the binders developed in this study could benefit both waste management and the development of more sustainable construction materials, contributing to the objectives proposed in the 2030 Agenda. / Gracias al programa ADSIDEO-COOPERACIÓN de la Universitat Politècnica de València, que me ha brindado financiación para la presente investigación. / Villca Pozo, AR. (2021). Utilización de geopolímero para la mejora de las propiedades en morteros cal-puzolana y su empleo en países en desarrollo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172663 / TESIS