Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento à fadiga de algumas misturas asfálticas, à luz de resultados de ensaios de fadiga por compressão diametral à tensão controlada, considerando-se a variação de quatro fatores: tipo de agregado, tipo de ligante, tipo de moldagem e tipo de filler. Todos os corpos-de-prova foram moldados na mesma faixa granulométrica (centro da faixa C do DNER ), segundo os procedimentos dos métodos Marshall, ASTM D 4867 ou AASHTO T 283, variando o tipo de agregado (basalto, granito e gabro), tipo de ligante (CAP 20 e CAP 40) e o tipo de material de preenchimento (cal hidratada). São apresentados resultados dos ensaios de resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência e de fadiga. Os modelos de fadiga são apresentados em função das diferenças de tensões e deformações. Para avaliar o desempenho relativo das misturas em serviço, foram simuladas três estruturas de pavimentos com a ajuda do programa ELSYM5, para as quais foram determinadas as tensões e deformações atuantes que foram utilizadas nos modelos de fadiga para que todas as misturas fossem avaliadas sob o mesmo referencial. Os resultados indicam que em relação ao tipo de moldagem, as misturas moldadas pelo método da AASHTO T 283 apresentaram melhor desempenho (maior vida de fadiga), sendo que a maioria das misturas moldadas com CAP 40 apresentou um desempenho melhor que as moldadas com CAP 20. Com relação ao tipo de agregado os materiais gábricos apresentaram o melhor desempenho, seguidos pelos basálticos e graníticos. As misturas moldadas com cal hidratada como filler também apresentaram melhor desempenho à fadiga. / The purpose of this research is to evaluate the fatigue behavior of some asphalt mixtures, by means of indirect tests with controlled stress, considering the variation of four factors: aggregate type, asphalt type, molded type and filler type. The specimens was molded in same gradation (center of DNER C gradation), according to Marshall, ASTM D 4867 or AASHTO T 283 design method, with the variation of three aggregates (basaltic, granite and gabbro), two asphalt (CAP 20 and CAP 40) and the presence of lime. Tests results of indirect tensile strength, resilient modulus and fatigue are presented. The fatigue models are constructed as a function of the differences of stress and strain. The fatigue behavior of asphalt mixtures was evaluated based on three structures which the stress and strains was estimated with aid of ELSYM5 program. The tests results indicated that all mixtures molded with AASHTO T 283 design method presented higher fatigue life than the other ones, and almost all asphalt mixtures molded with CAP 40 presented higher fatigue life than mixtures molded with CAP 20. Considering the type of aggregate, the specimens molded with gabbro presented higher fatigue life than basaltic and granite. The mixtures molded with presence of lime presented an increase in fatigue life.

Esta pesquisa tem por objetivo contribuir para o melhor entendimento dos efeitos do fíler mineral sobre o comportamento mecânico de misturas asfálticas densas, particularmente em relação ao tipo e teor de fíler. O comportamento mecânico de misturas asfálticas densas foi avaliado em função do tipo e teor de fíler (diferentes propriedades físicas, geométricas, mineralógica e comportamento físico-químico), do tipo de agregado (diferentes origens mineralógicas) e do tipo de ligante asfáltico (diferentes consistências). Para alcançar o objetivo geral, a pesquisa foi dividida em três partes: o estudo da mistura asfáltica completa, através de ensaios mecânicos; o estudo do mástique, resultante da mistura de fíler com ligante asfáltico, através dos ensaios comumente aplicados aos ligantes asfálticos puros; e o estudo do comportamento de trincamento dos mástiques nas temperaturas intermediárias, através das características de energia fratura. A análise de variância dos resultados auxiliou na identificação dos fatores com influência significativa nas propriedades apresentadas pelas misturas e mástiques asfálticos. Quanto aos resultados de vida de fadiga, as misturas asfálticas compostas com cal hidratada apresentaram as maiores vidas de fadiga e quanto maior o teor de fíler, maior a vida de fadiga. Em relação à deformação permanente, as misturas asfálticas contendo o menor teor de fíler apresentam os menores valores de deformação não recuperável, enquanto que as misturas contendo o valor intermediário de fíler apresentam os maiores valores. As propriedades reológicas dos mástiques mostraram que a adição de fíler torna o ligante asfáltico mais rígido e a cal hidratada é o fíler que provoca o maior aumento do valor do G*. A elasticidade do mástique aumenta com a adição dos fileres e é mais expressivo para os mástiques compostos pelo fíler de cal hidratada e cimento Portland. Quanto maior o teor de fíler utilizado, maior a temperatura correspondente a G*/sen \'delta\' \'> ou =\' 1,0 kPa da especificação Superpave, o que pode se refletir em misturas asfálticas com maior resistência à deformação permanente. Nas propriedades a baixa temperatura, a utilização de maiores teores de fíler prejudicam a resposta ao trincamento a baixas temperaturas e diminuem a eficiência na dissipação das tensões formadas durante a contração do ligante asfáltico, quando a temperatura do pavimento cai abruptamente, aumentando a formação de trincas e fissuras. Analisando os resultados da energia de fratura, a adição de fíler no mástique diminui a resistência ao trincamento por fadiga nas temperaturas intermediárias, porém a presença de fíler na mistura durante o envelhecimento torna seus efeitos menos prejudiciais. / The objective of this research is to contribute to the better understanding of mineral filler effects on the mechanical behavior of hot mix asphalt (HMA), particularly related to the filler type and content. The hot mix asphalt mechanical behavior was evaluated according to: the filler type and content (different physical, geometrical, mineralogical properties, and the physical-chemical behavior); the aggregate type (different mineralogical source); and the asphalt binder type (different consistency). To reach the global objective, the research was divided in three parts: the study of the complete HMA, through the mechanical tests; the study of the mastic, resulting from mixture of mineral filler and asphalt binder, through tests commonly applied to pure asphalt binder; and the study of cracking performance behavior at intermediate temperature, through the fracture energy characteristics. The analysis of variance of the results assisted to identify the factors with significant influence in properties of the hot mix and mastic asphalt. Regarding the results of the fatigue life, the HMA composed with the hydrated lime presented the longer fatigue life and the higher the filler content the longer the fatigue life. Related to the permanent deformation, the HMA containing the lowest content of filler presented the lowest non-recoverable strain, while the HMA containing an intermediate value of filler presented the highest values. The mastics rheological properties showed that addition of filler makes the asphalt binder stiffer, and the hydrated lime causes the greatest increase of G*. The mastic elasticity increases with the filler, and its more notorious when the mastic is composed by the hydrated lime and Portland cement. The higher the filler content, the higher the temperature corresponding to G*/sen \'delta\' \'> ou =\' 1,0 kPa of the Superpave specification, which may be reflected in HMA with higher permanent deformation resistance. At low temperature properties, the use of higher filler content prejudice the low temperatures cracking response, and decrease the efficiency of stress dissipation formed during contraction of the asphalt binder when the pavement temperature drops abruptly, increasing the formation of cracks and fissures. Analyzing the energy fracture results, adding filler to the mastic decrease the cracking resistance by fatigue at intermediate temperature, but the filler presence in the mixture during aging makes the effect less damaging.

O processo industrial para fabricação de MDF - Medium Density Fiberboard - utiliza como combustível a casca de madeira Pinus, cuja queima gera um resíduo cinzas de granulometria fina, que constitui um problema ambiental por conter algumas substâncias em quantidade acima da permitida pela NBR 10004:2004, que o classifica como resíduo de classe II A - não inerte. O objetivo geral desta pesquisa é testar a hipótese de que o resíduo cinzas podem ser utilizadas como fíler em misturas asfálticas, mediante a verificação das propriedades de interesse à engenharia através de ensaios de laboratório: resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência, vida de fadiga, dano por umidade induzida, estabilidade e fluência Marshall. Foram realizados ensaios para determinação da massa específica das cinzas - resíduo, inclusive com picnometria de gás hélio. Primeiramente, o fíler mineral foi substituído em massa pelo resíduo, optando-se, em função dos resultados preliminares, pela equivalência em volume. As dosagens Marshall, para as misturas contendo resíduo, resultaram em um teor ótimo de ligante praticamente constante, independentemente do teor utilizado (3,5% e 6,0%). Quanto às propriedades mecânicas, nos ensaios de resistência à tração, os maiores valores foram verificados para as misturas contendo 3,5% de fíler mineral, enquanto as misturas contendo cinzas - resíduo - apresentaram os menores valores. Os maiores valores de módulo de resiliência foram das misturas contendo maiores teores de fíler, sendo que o fíler mineral resultou em maior módulo de resiliência do que o resíduo. Na avaliação do dano por umidade induzida, apenas as misturas contendo 6,0% de fíler mineral se mostraram não susceptíveis, enquanto que as misturas contendo resíduo foram as que apresentaram maior susceptibilidade. O resíduo também diminuiu a vida de fadiga, sendo a diferença para as misturas com fíler mineral mais acentuada para o menor teor de fíler. Apesar dos resultados indicarem uma piora de características com a utilização do resíduo, os valores obtidos ainda se situam, na maioria dos casos, acima dos limites mínimos estabelecidos pelas normas técnicas, encorajando pesquisas adicionais, principalmente em função do problema ambiental representado pelas cinzas da queima da casca de Pinus. / The industrial production of MDF - Medium Density Fiberboard - uses Pinus wood skin as a fuel, which, after the burning process, generates a fine gradation residue, an ash that is an environmental problem due to the content of some substances, above the quantity allowed by the NRB 10004:2004, and it is classified as a class II-A - non-inert product. The general purpose of this work is to test the hypothesis that the residue can be use as a filler in hot-mix asphalt, through the evaluation of technological properties by laboratory tests such as indirect tension, resilient modulus, fatigue life, moisture susceptibility, Marshall stability and creep. The evaluation of specific gravity of the residue was done by the gas pycnometer method. Initially, the substitution of the mineral filler by the residue was done in terms of weight, but the preliminary results showed that the best option was the substitution in terms of volume. The Marshall mix design for mixtures containing the residue resulted in a binder content approximately constant for both residue contents considered in this work (3.5% and 6.0%). The indirect tension test results showed higher values for mixtures containing 3.5% of mineral filler, being the lowest values associated to mixtures that use residue. The higher the filler content, the higher the resilient modulus and mixtures with mineral filler presented higher resilient modulus values. Only the mixture with 6.0% of mineral filler passed the moisture susceptibility test, and mixtures with residue presented higher moisture susceptibility. The residue also weakened the fatigue life, being the difference higher for mixtures with lower filler content. Although the results show a worsening of asphalt mixtures properties due to the use of the residue as a filler, for most of the obtained results the value remained above the minimum acceptable by technical standards, encouraging further researches on this subject, mainly due to the environmental problem associated to the burning of Pinus wood skin.

Esta pesquisa tem por objetivo contribuir para o melhor entendimento dos efeitos do fíler mineral sobre o comportamento mecânico de misturas asfálticas densas, particularmente em relação ao tipo e teor de fíler. O comportamento mecânico de misturas asfálticas densas foi avaliado em função do tipo e teor de fíler (diferentes propriedades físicas, geométricas, mineralógica e comportamento físico-químico), do tipo de agregado (diferentes origens mineralógicas) e do tipo de ligante asfáltico (diferentes consistências). Para alcançar o objetivo geral, a pesquisa foi dividida em três partes: o estudo da mistura asfáltica completa, através de ensaios mecânicos; o estudo do mástique, resultante da mistura de fíler com ligante asfáltico, através dos ensaios comumente aplicados aos ligantes asfálticos puros; e o estudo do comportamento de trincamento dos mástiques nas temperaturas intermediárias, através das características de energia fratura. A análise de variância dos resultados auxiliou na identificação dos fatores com influência significativa nas propriedades apresentadas pelas misturas e mástiques asfálticos. Quanto aos resultados de vida de fadiga, as misturas asfálticas compostas com cal hidratada apresentaram as maiores vidas de fadiga e quanto maior o teor de fíler, maior a vida de fadiga. Em relação à deformação permanente, as misturas asfálticas contendo o menor teor de fíler apresentam os menores valores de deformação não recuperável, enquanto que as misturas contendo o valor intermediário de fíler apresentam os maiores valores. As propriedades reológicas dos mástiques mostraram que a adição de fíler torna o ligante asfáltico mais rígido e a cal hidratada é o fíler que provoca o maior aumento do valor do G*. A elasticidade do mástique aumenta com a adição dos fileres e é mais expressivo para os mástiques compostos pelo fíler de cal hidratada e cimento Portland. Quanto maior o teor de fíler utilizado, maior a temperatura correspondente a G*/sen \'delta\' \'> ou =\' 1,0 kPa da especificação Superpave, o que pode se refletir em misturas asfálticas com maior resistência à deformação permanente. Nas propriedades a baixa temperatura, a utilização de maiores teores de fíler prejudicam a resposta ao trincamento a baixas temperaturas e diminuem a eficiência na dissipação das tensões formadas durante a contração do ligante asfáltico, quando a temperatura do pavimento cai abruptamente, aumentando a formação de trincas e fissuras. Analisando os resultados da energia de fratura, a adição de fíler no mástique diminui a resistência ao trincamento por fadiga nas temperaturas intermediárias, porém a presença de fíler na mistura durante o envelhecimento torna seus efeitos menos prejudiciais. / The objective of this research is to contribute to the better understanding of mineral filler effects on the mechanical behavior of hot mix asphalt (HMA), particularly related to the filler type and content. The hot mix asphalt mechanical behavior was evaluated according to: the filler type and content (different physical, geometrical, mineralogical properties, and the physical-chemical behavior); the aggregate type (different mineralogical source); and the asphalt binder type (different consistency). To reach the global objective, the research was divided in three parts: the study of the complete HMA, through the mechanical tests; the study of the mastic, resulting from mixture of mineral filler and asphalt binder, through tests commonly applied to pure asphalt binder; and the study of cracking performance behavior at intermediate temperature, through the fracture energy characteristics. The analysis of variance of the results assisted to identify the factors with significant influence in properties of the hot mix and mastic asphalt. Regarding the results of the fatigue life, the HMA composed with the hydrated lime presented the longer fatigue life and the higher the filler content the longer the fatigue life. Related to the permanent deformation, the HMA containing the lowest content of filler presented the lowest non-recoverable strain, while the HMA containing an intermediate value of filler presented the highest values. The mastics rheological properties showed that addition of filler makes the asphalt binder stiffer, and the hydrated lime causes the greatest increase of G*. The mastic elasticity increases with the filler, and its more notorious when the mastic is composed by the hydrated lime and Portland cement. The higher the filler content, the higher the temperature corresponding to G*/sen \'delta\' \'> ou =\' 1,0 kPa of the Superpave specification, which may be reflected in HMA with higher permanent deformation resistance. At low temperature properties, the use of higher filler content prejudice the low temperatures cracking response, and decrease the efficiency of stress dissipation formed during contraction of the asphalt binder when the pavement temperature drops abruptly, increasing the formation of cracks and fissures. Analyzing the energy fracture results, adding filler to the mastic decrease the cracking resistance by fatigue at intermediate temperature, but the filler presence in the mixture during aging makes the effect less damaging.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento à fadiga de algumas misturas asfálticas, à luz de resultados de ensaios de fadiga por compressão diametral à tensão controlada, considerando-se a variação de quatro fatores: tipo de agregado, tipo de ligante, tipo de moldagem e tipo de filler. Todos os corpos-de-prova foram moldados na mesma faixa granulométrica (centro da faixa C do DNER ), segundo os procedimentos dos métodos Marshall, ASTM D 4867 ou AASHTO T 283, variando o tipo de agregado (basalto, granito e gabro), tipo de ligante (CAP 20 e CAP 40) e o tipo de material de preenchimento (cal hidratada). São apresentados resultados dos ensaios de resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência e de fadiga. Os modelos de fadiga são apresentados em função das diferenças de tensões e deformações. Para avaliar o desempenho relativo das misturas em serviço, foram simuladas três estruturas de pavimentos com a ajuda do programa ELSYM5, para as quais foram determinadas as tensões e deformações atuantes que foram utilizadas nos modelos de fadiga para que todas as misturas fossem avaliadas sob o mesmo referencial. Os resultados indicam que em relação ao tipo de moldagem, as misturas moldadas pelo método da AASHTO T 283 apresentaram melhor desempenho (maior vida de fadiga), sendo que a maioria das misturas moldadas com CAP 40 apresentou um desempenho melhor que as moldadas com CAP 20. Com relação ao tipo de agregado os materiais gábricos apresentaram o melhor desempenho, seguidos pelos basálticos e graníticos. As misturas moldadas com cal hidratada como filler também apresentaram melhor desempenho à fadiga. / The purpose of this research is to evaluate the fatigue behavior of some asphalt mixtures, by means of indirect tests with controlled stress, considering the variation of four factors: aggregate type, asphalt type, molded type and filler type. The specimens was molded in same gradation (center of DNER C gradation), according to Marshall, ASTM D 4867 or AASHTO T 283 design method, with the variation of three aggregates (basaltic, granite and gabbro), two asphalt (CAP 20 and CAP 40) and the presence of lime. Tests results of indirect tensile strength, resilient modulus and fatigue are presented. The fatigue models are constructed as a function of the differences of stress and strain. The fatigue behavior of asphalt mixtures was evaluated based on three structures which the stress and strains was estimated with aid of ELSYM5 program. The tests results indicated that all mixtures molded with AASHTO T 283 design method presented higher fatigue life than the other ones, and almost all asphalt mixtures molded with CAP 40 presented higher fatigue life than mixtures molded with CAP 20. Considering the type of aggregate, the specimens molded with gabbro presented higher fatigue life than basaltic and granite. The mixtures molded with presence of lime presented an increase in fatigue life.

O processo industrial para fabricação de MDF - Medium Density Fiberboard - utiliza como combustível a casca de madeira Pinus, cuja queima gera um resíduo cinzas de granulometria fina, que constitui um problema ambiental por conter algumas substâncias em quantidade acima da permitida pela NBR 10004:2004, que o classifica como resíduo de classe II A - não inerte. O objetivo geral desta pesquisa é testar a hipótese de que o resíduo cinzas podem ser utilizadas como fíler em misturas asfálticas, mediante a verificação das propriedades de interesse à engenharia através de ensaios de laboratório: resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência, vida de fadiga, dano por umidade induzida, estabilidade e fluência Marshall. Foram realizados ensaios para determinação da massa específica das cinzas - resíduo, inclusive com picnometria de gás hélio. Primeiramente, o fíler mineral foi substituído em massa pelo resíduo, optando-se, em função dos resultados preliminares, pela equivalência em volume. As dosagens Marshall, para as misturas contendo resíduo, resultaram em um teor ótimo de ligante praticamente constante, independentemente do teor utilizado (3,5% e 6,0%). Quanto às propriedades mecânicas, nos ensaios de resistência à tração, os maiores valores foram verificados para as misturas contendo 3,5% de fíler mineral, enquanto as misturas contendo cinzas - resíduo - apresentaram os menores valores. Os maiores valores de módulo de resiliência foram das misturas contendo maiores teores de fíler, sendo que o fíler mineral resultou em maior módulo de resiliência do que o resíduo. Na avaliação do dano por umidade induzida, apenas as misturas contendo 6,0% de fíler mineral se mostraram não susceptíveis, enquanto que as misturas contendo resíduo foram as que apresentaram maior susceptibilidade. O resíduo também diminuiu a vida de fadiga, sendo a diferença para as misturas com fíler mineral mais acentuada para o menor teor de fíler. Apesar dos resultados indicarem uma piora de características com a utilização do resíduo, os valores obtidos ainda se situam, na maioria dos casos, acima dos limites mínimos estabelecidos pelas normas técnicas, encorajando pesquisas adicionais, principalmente em função do problema ambiental representado pelas cinzas da queima da casca de Pinus. / The industrial production of MDF - Medium Density Fiberboard - uses Pinus wood skin as a fuel, which, after the burning process, generates a fine gradation residue, an ash that is an environmental problem due to the content of some substances, above the quantity allowed by the NRB 10004:2004, and it is classified as a class II-A - non-inert product. The general purpose of this work is to test the hypothesis that the residue can be use as a filler in hot-mix asphalt, through the evaluation of technological properties by laboratory tests such as indirect tension, resilient modulus, fatigue life, moisture susceptibility, Marshall stability and creep. The evaluation of specific gravity of the residue was done by the gas pycnometer method. Initially, the substitution of the mineral filler by the residue was done in terms of weight, but the preliminary results showed that the best option was the substitution in terms of volume. The Marshall mix design for mixtures containing the residue resulted in a binder content approximately constant for both residue contents considered in this work (3.5% and 6.0%). The indirect tension test results showed higher values for mixtures containing 3.5% of mineral filler, being the lowest values associated to mixtures that use residue. The higher the filler content, the higher the resilient modulus and mixtures with mineral filler presented higher resilient modulus values. Only the mixture with 6.0% of mineral filler passed the moisture susceptibility test, and mixtures with residue presented higher moisture susceptibility. The residue also weakened the fatigue life, being the difference higher for mixtures with lower filler content. Although the results show a worsening of asphalt mixtures properties due to the use of the residue as a filler, for most of the obtained results the value remained above the minimum acceptable by technical standards, encouraging further researches on this subject, mainly due to the environmental problem associated to the burning of Pinus wood skin.

Abstract Paper recycling is an ecological strategy for disposing of waste paper, but more importantly, recovered paper is an important source of raw material in the paper and board industry. Deinked pulp production from recovered paper has proved economically viable by comparison with virgin fibre pulp manufacturing, but this viability is now threatened by increasing waste disposal costs, as up to 25% of the raw material available for deinked pulp production can end up in the reject streams, which then have to be disposed of. The most common practice at present is incineration and disposal of the resulting ash in landfills, but tightening legislation has meant that landfills have become very expensive and are likely to be completely banned in the near future. Thus new ways have to be sought for managing the waste problem in deinked pulp production in order to ensure that the recycled paper production remain both economically and environmentally feasible. The aim of this thesis was to study means of improving the material efficiency of a deinked pulp mill without excessively detracting from end product quality or the performance of the combined sludge dewatering stage. First, an analytical procedure was developed for determining the utilisation potential of reject streams, and a considerable potential for material recovery from these streams was identified. The results presented here show that 80% of the most valuable long fibres from the fine-screening rejects and 15% of the fine material from the flotation froth reject can be recovered. Altogether, with the simultaneous recovery of both categories of reject, it would be possible to improve the material efficiency at the deinked pulp mill by a total of about 5 percentage units, which can be considered significant for process efficiency. Moreover, this would enable the fibre content of the combined sludge to be kept above a certain limit, so that the combined sludge dewatering properties would not be affected. Consequently, the results presented in this thesis provide several widely applicable means for improving the resource efficiency of a deinked pulp mill. / Tiivistelmä Paperin kierrätys uusiksi paperituotteiksi on ympäristöystävällinen tapa jätepaperin käsittelemiseksi. Uusiomassan valmistus on myös taloudellisesti kannattavaa verrattuna paperimassan valmistukseen neitseellisistä raaka-aineista. Taloudellinen kannattavuus on kuitenkin vaarassa jätemaksujen alati kasvaessa, sillä siistausmassan valmistuksessa jopa 25 % kierrätyspaperiraaka-aineesta päätyy jätejakeisiin, jotka hävitetään yleisesti polttamalla ja läjittämällä syntynyt tuhka kaatopaikalle. Lainsäädäntö on rajoittanut kaatopaikkasijoittamista ja se on nykyään hyvin kallista. Tulevaisuudessa jätteiden kaatopaikkasijoittaminen voi olla jopa täysin kiellettyä. Jäteongelman ratkaisemiseen tarvitaan siis uusia menetelmiä, jotta kierrätyspaperin valmistus säilyisi sekä taloudellisista että ympäristöllisistä näkökulmista kannattavana toimintana. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli etsiä keinoja parantaa siistausmassan valmistuksen resurssitehokkuutta palauttamalla käyttökelpoisia materiaaleja jätevirroista takaisin prosessiin siten, ettei heikennetä lopputuotteen laatua eikä lietteidenkäsittelyprosessin toimintaa. Väitöstyön alussa kehitettiin analyysiproseduuri rejektivirtojen hyötykäyttöpotentiaalin arvioimiseksi ja siistamon rejektijakeissa havaittiin merkittävästi hyödynnettävää materiaalia. Tulokset osoittavat, että 80 % hienolajittelun rejekteissä poistuneista arvokkaista pitkistä kuiduista voidaan palauttaa takaisin prosessiin. Lisäksi flotaation vaahtorejektistä voidaan palauttaa 15 % hienoainetta. Palauttamalla yhtäaikaisesti sekä kuituja hienolajittelun rejekteistä että hienoainetta flotaation vaahtorejektistä, voidaan siistausmassan valmistuksen materiaalitehokkuutta parantaa yhteensä noin 5 prosenttiyksikköä, mikä on merkittävä parannus prosessitehokkuuteen. Kuitujen ja hienoaineen samanaikainen palauttaminen pitää lisäksi lietteiden käsittelyssä seoslietteen kuitupitoisuuden tarpeeksi korkeana, jotta sen vedenerotusominaisuudet säilyvät hyvinä. Tämän tutkimuksen tuloksena löydettiin siis useita laajalti sovellettavissa olevia keinoja siistausmassan valmistuksen resurssitehokkuuden parantamiseksi.

Abstract The amount of printing ink in a pulp suspension produced from recovered paper and its impact on overall brightness is commonly estimated from the reflectance-based ink content measured at a wavelength of 700 nm or 950 nm. The method uses a light scattering coefficient that can be measured from a slightly translucent test medium, i.e. of an opacity less than 97%. This is the case with machine-made papers in most instances. Alternatively, suitable opacity can be achieved by preparing a standard low-grammage sheet on a wire screen, but this results in poor retention of fibre fines, mineral fillers and printing inks, which is especially detrimental to ink measurement when the pulp suspension contains substantial amounts of printing inks. Hence opaque pads are often prepared on filter paper to achieve high retention. Unfortunately their high opacity prevents measurement of the light scattering coefficient, and thus a constant coefficient must be used for the determination of ink content. The aim of this thesis was to clarify the effects of retention and fine material changes on the light scattering coefficient in ink content measurement. The results showed that the light scattering properties of pulp in the wavelength region used for ink content analysis do not remain constant when the fine material content varies. The grade of the recovered paper, hyperwashing and flotation alter the fine material content and thus affect the light scattering. Printing ink also affects light scattering, but its practical impact is smaller than that of fibre fines and mineral fillers. The light scattering coefficient used for each ink content measurement needs to be representative, otherwise a systematic bias in ink content measurements may result from changes in the nature of the fine material and in its content. It is recommended that the light scattering coefficient should be measured in order to avoid this. The measurement should preferably be performed from a low-grammage sheet prepared on filter paper, as this ensures high retention and a measured value that represents better the initial state of the pulp suspension. / Tiivistelmä Mustepitoisuusmittaus perustuu hajaheijastukseen joko 700 nm tai 950 nm aallonpituudella ja sitä käytetään usein arvioitaessa keräyspaperista valmistetun massasuspension soveltuvuutta painopaperien valmistukseen ja painomusteen vaikutusta massan vaaleuteen. Mustepitoisuuden mittauksessa käytetään valonsirontakerrointa, joka voidaan mitata hieman läpikuultavasta näytteestä eli näytteen opasiteetin on oltava pienempi kuin 97 %. Tämä opasiteettiraja toteutuu useimmiten paperikoneella tehdyille painotuotteille. Riittävän alhainen opasiteetti saavutetaan myös valmistamalla standardin mukainen matalaneliömassainen arkki viiralle, mutta tämä johtaa kuitumaisten hienoaineiden, mineraalisten täyteaineiden ja painomusteiden alhaiseen retentioon. Matala retentio on erityisen haitallinen piirre mustemittauksen kannalta massoilla, jotka sisältävät huomattavia määriä painomusteita. Siten usein valmistetaan läpikuultamattomia arkkeja suodatinpaperin päälle, joiden retentio on korkea. Korkeasta opasiteetista johtuen näistä arkeista ei voida määrittää valonsirontakerrointa, jolloin mustepitoisuuden määritys perustuu vakiokertoimeen. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli selvittää retention ja hienoaineiden muutoksien vaikutuksia valonsirontakertoimeen ja mustemittaustulokseen. Tutkimuksen tulokset osoittivat että valonsirontakerroin, joka mitataan mustepitoisuuden yhteydessä, ei pysy vakiona hienoainepitoisuuden muuttuessa. Hienoainepitoisuuteen ja siten valonsirontakertoimeen vaikuttavat keräyspaperin laji, hyperpesu ja vaahdotus. Myös painomuste vaikuttaa valonsirontakertoimeen, mutta käytännössä vaikutuksen suurusluokka on pienempi kuin hieno- ja täyteaineilla. Mustepitoisuuden määrityksessä käytetyn valonsirontakertoimen on oltava edustava, muutoin arvot voivat olla systemaattisesti virheellisiä hienoainemäärän tai laadun muuttuessa. Virheen välttämiseksi olisi suositeltavaa määrittää valonsirontakerroin mustepitoisuusanalyysin yhteydessä. Tämä olisi mahdollista tehdä suodatinpaperin päälle valmistetusta matalaneliömassaisesta arkista, jolloin saavutetaan korkea retentio ja näin mitattu arvo edustaa paremmin massasuspension alkuperäistä tilaa.

Concrete is the most widely used man-made material in the world. Its versatility, strength, and relative ease of construction allow it to be used in the majority of civil infrastructure. However, concrete production plays a significant role in greenhouse gas emissions, accounting for around 8% of CO2 emissions worldwide. This thesis aims to reduce the demand for cement in concrete construction, thus reducing the carbon footprint of the concrete, by focusing on classifying and determining the effectiveness of seven different quarry by-products as partial replacements of cement. Several methods were utilized in this study to characterize the quarry by-products: particle size distribution, helium pycnometry, X-Ray diffraction, X-Ray fluorescence, scanning electron microscopy, and a modified ASTM C1897 Method A that utilizes isothermal calorimetry and thermogravimetric analysis. These various methods allowed for the determination of the physical properties (e.g., gradation, specific gravity, and morphology) and the chemical properties (e.g., mineralogy and reactivity in a cementitious system). The quarry by-products were classified as four granites, two limestones, and one greenstone. These quarry by-products were found to be non-pozzolanic and non-hydraulic. However, there are indications that there may be reactions with the various clays and feldspars in the quarry by-products with calcium hydroxide, which suggests a degree of reactivity that is not necessarily pozzolanic or hydraulic. / Master of Science / Concrete is the most widely used man-made material in the world. Its versatility, strength, and relative ease of construction allow it to be used in the majority of civil infrastructure. However, concrete production plays a significant role in greenhouse gas emissions, accounting for around 8% of CO2 emissions worldwide. This thesis aims to reduce the demand for cement in concrete construction, thus reducing the carbon footprint of the concrete, by focusing on classifying and determining the effectiveness of seven different quarry by-products as partial replacements of cement. Several methods were utilized in this study to determine the physical properties (e.g., gradation, specific gravity, and morphology) and the chemical properties (e.g., mineralogy and reactivity in a cementitious solution) of the materials. The quarry by-products were classified as four granites, two limestones, and one greenstone. In general, these quarry by-products were not found to be reactive as a supplementary cementitious material, although the data may suggest some degree of reactivity between calcium hydroxide and the clays and/or feldspars in the quarry by-products.