[pt] Este estudo tem como objetivo avaliar a influência do desenvolvimento das propriedades mecânicas da pasta de cimento na integridade do poço de petróleo. Um modelo numérico foi desenvolvido para simular as diferentes fases de construção de poços, tais como perfuração, ação da fluência, reconstrução do revestimento e a hidratação do cimento. O comportamento da fluência do sal foi modelado através uma metodologia que combina o Duplo Mecanismo e a Lei da Potência. Duas fases foram consideradas para a pasta de cimento. Em primeiro lugar, a pasta de cimento foi idealizada como um fluido com um campo de tensão hidrostática. Durante as primeiras cinco horas após a cimentação, uma diminuição do campo de tensão hidrostática foi utilizada a fim de simular a retração autógena e a perda de água no processo. Quando a pasta de cimento foi considerada como elástico com um módulo de rigidez crescente ao longo do tempo quando solidificada. Na mudança de fase do fluido para sólido, um cuidado especial foi dado aos elementos que representam a pasta de cimento hidratada a fim de evitar a sobreposição de malhas. A nova lei de fluência do sal apresentou resultados precisos quando comparado aos valores obtidos em campo e a outros dados encontrados na literatura. No processo de hidratação, a redução das dimensões anulares foi observada. A taxa de deformação diminuiu com o aumento do módulo de rigidez da pasta de cimento. Mais importante ainda, esta deformação foi insignificante quando comparada com as dimensões do poço. Assim, a solidificação do cimento pode ser desconsiderada em simulações expeditas. / [en] The quality of the cement sheath plays a crucial role in the integrity of the oil well. This study aims at assessing the influence of cement hardening on deformations and stresses to which the sheath is submitted. A numerical model was developed to simulate the different stages of well construction such as drilling, creep action, casing reconstruction and - the focus herein - cement hardening. The salt creep behavior was modeled through a new methodology that combines the Double Mechanism with the Power Law. Two stages were considered for the cement. First, the cement was idealized as a fluid with a hydrostatic stress field. During the first five hours after cementation, a decrease in the hydrostatic stress field was employed in order to simulate the chemical shrinkage and loss of water in the hardening process. When hardened, the cement was considered to behave elastically with an increasing stiffness modulus over time. In the phase change from fluid to solid, special care was given to fitting the cement finite element mesh to the annulus, avoiding mesh overlapping. The new salt creep law showed accurate results when compared to field and other creep data. In the hardening process, the annular dimension reduction was expected and noticed. The deformation rate decreased with the increasing cement stiffness modulus. Most importantly, this deformation was negligible when compared with the dimensions of the well. Moreover, for practical and quick simulations, the hardening step can be avoided.

[pt] A performance de protocolos geralmente empregados na caracterização reológica de pastas de cimento é investigada. Para este fim duas pastas de cimento foram utilizadas, Pasta A e Pasta B, com a mesma densidade e razão água-cimento, diferindo quanto aos aditivos empregados. O procedimento API (American Petroleum Institute), tal qual, sua modificação é estudada. Curvas de escoamento são determinadas com o auxílio de um reômetro rotacional através de três diferentes métodos (ramp up/ramp down, ramp down e viscosidade mínima). O procedimento API gerou curvas de escoamento que superestimaram (Pasta A) ou subestimaram (Pasta B) a viscosidade dentro da faixa de cisalhamento estudada. Os desvios tornam-se particulamente maiores em baixas taxas, e para Pasta B, por causa de efeitos tixotrópicos, o regime permanente não é atingido. A modificação do protocolo API investigada resultou em curvas de escoamento similares ao método de viscosidade mínima. Um novo modelo constitutivo fenomenológico irreversível é proposto para descrição reológica de pastas de cimento (voltadas para poços de petróleo) sob escoamento de cisalhamento simples. Para esse objetivo uma série de experimentos foram realizados, como taxa de deformação constante, construção e destruição da microestrutura. O modelo proposto utiliza a própria fluidez, recíproca da viscosidade, para descrever a evolução da estrutura da pasta. O efeito macroscópico do fenômeno de hidratação na reologia é introduzido por meio de uma função exponencial para tensão limite de escoamento. Todos os dez parâmetros necessários no modelo são experimentalmente obtíveis. Os resultados mostraram boa concordância entre os dados experimentais e a modelagem, embora pequenas diferenças tenham sido observadas para taxas de deformação abaixo de 7,1 s(−1). / [en] The performance of reological protocols usually employed for the rheological characterization of oil well cement slurries is investigated. To this end two cement slurries were employed, namely Paste A and Paste B. The API procedure is addressed and a modification to it is investigated. Flow curves are determined with the aid of a rotational rheometer using three different methods (ramp up/down, ramp down, and minimum-viscosity). The API procedure yielded flow curves that significantly overestimate (Paste A) or underestimate (Paste B) the viscosity throughout the whole range of shear rate. The deviations become particularly dramatic in the low end of this range and for Paste B, clearly because the steady state is not attained due to a thixotropic behavior. The investigated modification to the API procedure resulted in flow curves similar to the ones based on the minimum-viscosity method. A novel irrevesible phenomenological constitutive model is proposed to describe oil well cement slurry rheology under simple shear flow. To this end several rheological experiments were conducted, namely constant shear rate, construction and microstructural destruction experiment. The proposed model employ the fluidity itself, reciprocal of viscosity, to describe the paste s structure evolution. The macroscopical rheological effect of hydration phenomena is introduced in the model by means of a yield stress exponential function. All ten parameters needed in the model are experimentally obtainable. The present results have shown a good agreement between experimental data and modeling, albeit minor differences were observed for low shear rates below 7.1 s(−1).

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:06:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FilipeSO_DISSERT.pdf: 3900853 bytes, checksum: b933d50c7767f35ccf84d3eb5899b023 (MD5) Previous issue date: 2011-05-23 / Novel cementing materials formulations containing flexible polymeric admixtures have been studied aiming at improving the mechanical behavior of oil well cement slurries submitted to steam injection. However, research activities in this sector are still under development. The steam injected directly into the well causes casing dilation, which after a reduction in temperature, tends to return to its original dimensions, resulting in crack formation and hydraulic isolation loss of the well, which will result in shortening of well life. In this scenario, the objective of the present study was to evaluate the mechanical behavior of Portland-based slurries containing SBR latex, applied in oil well cementing of wells submitted to steam injection. Were formulated slurries with densities of 1.797 g/cm3 (15.0 lb/Gal) and 1.869 g/cm3 (15.6 lb/Gal), containing admixtures with a latex concentration of 0; 66.88; 133.76; 200.64 and 267.52 L/m3 (0, 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 gpc). Tests including rheology, fluid loss control, thickening time, API compressive strength and splitting tensile strength, beyond steam injection simulation. Microstrutural characteristics of the slurries were also performed (XRD, TG, FTIR and SEM). The results showed that increasing the polymer concentration increased in the rheological properties and fluid loss, and a decrease in the elasticity modulus of the cement slurries. The results obtained showed that the slurries can be applied in cementing operations of oil wells submitted to steam injection. / Novas formula??es de pastas de cimento, aditivadas com materiais polim?ricos com caracter?sticas flex?veis, t?m sido estudadas para aplica??o em po?os sujeitos a inje??o de vapor. Entretanto, pesquisas neste setor ainda s?o atividades em desenvolvimento. O vapor injetado diretamente no po?o provoca a dilata??o do revestimento, o que ap?s redu??o na temperatura, tende a voltar as suas dimens?es iniciais, provocando forma??o de trincas e conseq?ente perda do isolamento hidr?ulico do po?o, que resultar? no encurtamento do tempo de sua vida ?til. Dentro deste contexto, este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento mec?nico de sistemas de pastas de cimento Portland, aditivadas com l?tex SBR, para cimenta??o de po?os de petr?leo sujeitos a inje??o de vapor. Foram formuladas pastas com densidades de 1,797 g/cm3 (15,0 lb/Gal) e 1,869 g/cm3 (15,6 lb/Gal), aditivadas com concentra??o de 0; 66,88; 133,76; 200,64 e 267,52 L/m3 (0, 0,5, 1,0, 1,5 e 2,0 gpc) de l?tex. Foram realizados ensaios de reologia, controle de filtrado, tempo de espessamento, resist?ncia ? compress?o API e tra??o por compress?o diametral, al?m de simula??es de inje??o de vapor. Tamb?m foram realizadas caracteriza??es microestruturais das pastas de cimento (DRX, TG, FTIR e MEV). Os resultados mostraram que com o aumento da concentra??o do pol?mero ocorreram mudan?as nas propriedades reol?gicas e no volume de filtrado, al?m de uma diminui??o do m?dulo de elasticidade das pastas de cimento. A partir dos resultados obtidos verificou-se que as pastas podem ser aplicadas em opera??es de cimenta??o de po?os de petr?leo sujeitos a inje??o de vapor.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:08:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JulioCOF.pdf: 983441 bytes, checksum: df3a42267608b9d7ed2fd356c7ba1094 (MD5) Previous issue date: 2008-07-16 / Chemical admixtures, when properly selected and quantified, play an important role in obtaining adequate slurry systems for quality primary cementing operations. They assure the proper operation of a well and reduce costs attributed to corrective cementing jobs. Controlling the amount lost by filtering through the slurry to permeable areas is one of the most important requirements in an operation, commonly controlled by chemical admixtures, such as carboxymethylcellulose (CMC). However, problems related to temperature, salttolerance and the secundary retarding effect are commonly reported in the literature. According to the scenario described above, the use of an aqueous dispersion of non-ionic poliurethane was proposed to control the filter loss, given its low ionic interaction with the free ions present in the slurries in humid state. Therefore, this study aims at assessing the efficiency of poliurethane to reduce filter loss in different temperature and pressure conditions as well as the synergistic effect with other admixtures. The temperatures and pressures used in laboratory tests simulate the same conditions of oil wells with depths of 500 to 1200 m. The poliurethane showed resistance to thermal degradation and stability in the presence of salts. With the increase in the concentration of the polymer there was a considerable decrease in the volume lost by filtration, and this has been effective even with the increase in temperature / Os aditivos qu?micos, quando devidamente selecionados e quantificados, s?o importantes aliados na obten??o de sistemas adequados de pastas para cimenta??es prim?rias de qualidade, fundamentais para o ciclo de vida ?til de um po?o, visto que opera??es de cimenta??o corretiva geram custos adicionais. Controlar a quantidade perdida por filtra??o pela pasta de cimento para as zonas perme?veis ? um dos requisitos mais importantes em uma opera??o, comumente controlado por aditivos qu?micos, como a carboximetilcelulose (CMC). Entretanto, problemas associados ? temperatura, toler?ncia a sais e o efeito secund?rio como retardador de pega, s?o comumente reportados na literatura. De acordo com o cen?rio descrito acima foi proposta a utiliza??o de uma dispers?o aquosa n?o i?nica de poliuretana para controle de filtrado, dada sua baixa intera??o i?nica com os ?ons livres presentes na pasta no estado fresco. Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar a efici?ncia da poliuretana como redutor de filtrado em diferentes condi??es de temperatura e press?o, bem como o efeito sin?rgico com outros aditivos. As temperaturas e press?es utilizadas nos ensaios em laborat?rio simulam as mesmas condi??es de po?os de petr?leo com profundidades de 500 a 1200 m. A poliuretana apresentou resist?ncia ? degrada??o t?rmica e estabilidade na presen?a de sais. Com o aumento da concentra??o do pol?mero observou-se uma consider?vel diminui??o do volume perdido por filtra??o, mantendo-se eficiente mesmo com o incremento da temperatura

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:08:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Julio Cezar de oliveira Freitas_nao permite publicacao_pdf.pdf: 2629498 bytes, checksum: 933e76a7de6f0be7c8d579af7a68bb18 (MD5) Previous issue date: 2010-06-18 / The primary cementing is an important step in the oilwell drilling process, ensuring the mechanical stability of the well and the hydraulic isolation between casing and formation. For slurries to meet the requirements for application in a certain well, some care in the project should be taken into account to obtain a cement paste with the proper composition. In most cases, it is necessary to add chemicals to the cement to modify its properties, according to the operation conditions and thus obtain slurries that can move inside the jacket providing a good displacement to the interest area. New technologies of preparation and use of chemicals and modernization of technological standards in the construction industry have resulted in the development of new chemical additives for optimizing the properties of building materials. Products such as polycarboxylate superplasticizers provide improved fluidity and cohesion of the cement grains, in addition to improving the dispersion with respect to slurries without additives. This study aimed at adapting chemical additives used in civil construction to be used use in oilwell cement slurries systems, using Portland cement CPP-Special Class as the hydraulic binder. The chemical additives classified as defoamer, dispersant, fluid loss controller and retarder were characterized by infrared absorption spectroscopy, thermogravimetric analyses and technological tests set by the API (American Petroleum Institute). These additives showed satisfactory results for its application in cement slurries systems for oil wells. The silicone-based defoamer promoted the reduction of air bubbles incorporated during the stirring of the slurries. The dispersant significantly reduced the rheological parameters of the systems studied. The tests performed with the fluid loss controller and the retarder also resulted in suitable properties for application as chemical additives in cement slurries / A cimenta??o prim?ria ? uma etapa importante durante o processo de perfura??o de po?os petrol?feros, garantindo a estabilidade mec?nica do po?o e o isolamento hidr?ulico entre o tubo de revestimento e a forma??o. Para que a pasta de cimento atenda aos requisitos estabelecidos para sua aplica??o em um determinado po?o, alguns cuidados no seu projeto de execu??o devem ser levados em considera??o para a obten??o de uma pasta de cimento com composi??o adequada. Na grande maioria dos casos, ? necess?ria a adi??o de produtos qu?micos ao cimento para modificar suas propriedades, conforme as condi??es do po?o ou opera??o e, assim, obter pastas que possam se deslocar no interior do revestimento promovendo um bom deslocamento at? a zona de interesse. Novas tecnologias de prepara??o e uso de produtos qu?micos e a moderniza??o dos padr?es tecnol?gicos no setor da constru??o civil t?m resultado no desenvolvimento de novos aditivos qu?micos para a otimiza??o das propriedades dos materiais construtivos. Produtos como superplastificantes a base de policarboxilato proporcionam maior fluidez e coes?o dos gr?os de cimento, al?m de melhorar a dispers?o em rela??o ?s pastas sem aditivos. Este trabalho tem como objetivo adequar aditivos qu?micos utilizados na constru??o civil para aplica??o em sistemas de pastas de cimento de po?os petrol?feros, utilizando como aglomerante hidr?ulico o cimento Portland CPP-Classe Especial. Os aditivos qu?micos classificados como antiespumantes, dispersantes, controladores de filtrado e retardadores de pega foram caracterizados por espectroscopia de absor??o na regi?o do infravermelho, an?lise termogravim?trica e ensaios tecnol?gicos estabelecidos pelo API (American Petroleum Institute). Estes aditivos apresentaram resultados satisfat?rios para sua aplica??o em sistemas de pasta de cimento para po?os de petr?leo. O antiespumante, a base de silicone, promoveu redu??o do aprisionamento de ar durante o processo de agita??o das pastas. O aditivo dispersante reduziu consideravelmente os par?metros reol?gicos dos sistemas estudados. Os testes realizados com o controlador de filtrado e o retardador de pega tamb?m apresentaram propriedades adequadas para aplica??o como aditivos qu?micos em pastas para cimenta??o

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:08:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PauloDPS_DISSERT_partes_autorizadas.pdf: 366490 bytes, checksum: 3e5abdd24789d0e82844edffadbb1a3e (MD5) Previous issue date: 2010-03-05 / Petr?leo Brasileiro SA - PETROBRAS / Steam injection is the most used thermal recovery method of oil nowadays because of the high degree of development of the technique that allows high recovery factors. However, injection of superheated steam into the reservoir affects the entire structure of the well, including the cemented layer that presents a retrogression of compressive strength and increases the permeability due to formation of more crystalline and denser phases at temperatures above 110 ?C. These changes result in failures in the cement that favor the entrance of formation fluids into the annulus space resulting in unsafe operations and restrictions in the economic life of the well. But the strength retrogression can be prevented by partial replacement of cement by silica-based materials that reduce the CaO/SiO2 ratio of cement slurries changing the trajectory of the reactions, converting those deleterious phases in phases with satisfactory mechanical strength and permeability. The aim of this study was to evaluate the behavior of a ceramic waste material rich in silica in partial and total substitution of a mineral additive used to fight the strength retrogression of cement slurries subjected to high temperatures. The evaluation was made by compression, X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetry (TG/DTG). The samples were submitted to a cycle of low temperature (38 ?C) for 28 days and a cycle of low temperature followed by exposure to 280 ?C and 1000 psi by 3 days. The results showed that slurries with additions of up to 30% of the waste material are not enough to prevent the strength retrogression, while slurries with additions of the waste material combined with silica flour in various proportions produced hydrated products of low Ca/Si ratios that maintained the compressive strength at satisfactory levels / A inje??o de vapor ? o m?todo t?rmico de recupera??o de ?leo mais utilizado atualmente em virtude do alto grau de desenvolvimento da t?cnica que permite elevados fatores de recupera??o. No entanto, inje??o de vapor superaquecido no reservat?rio faz com que toda estrutura do po?o seja afetada pela alta temperatura, inclusive a camada cimentada, que apresenta uma retrogress?o da resist?ncia ? compress?o e um aumento da permeabilidade devido ? forma??o de fases mais cristalinas e mais densas sob temperaturas superiores a 110 ?C. Essas altera??es d?o origem a falhas no cimento que propiciam a entrada de fluidos da forma??o para o espa?o anular, resultando em uma opera??o insegura e limita??es na vida econ?mica do po?o. Por?m, a retrogress?o da resist?ncia pode ser evitada atrav?s da substitui??o parcial do cimento por materiais a base s?lica, os quais reduzem a raz?o CaO/SiO2 das pastas de cimento, modificando, assim, a trajet?ria das rea??es, transformando aquelas fases delet?rias em fases com resist?ncia mec?nica e permeabilidade satisfat?rias. O objetivo desse estudo foi avaliar o comportamento de um res?duo cer?mico rico em s?lica em substitui??o parcial e total de um aditivo mineral de uso consagrado no combate a retrogress?o da resist?ncia de pastas de cimento submetidos a altas temperaturas. A avalia??o se deu atrav?s de ensaios de resist?ncia ? compress?o, t?cnicas de difra??o de raios X (DRX) e termogravimetria (TG/DTG) das pastas submetidas a um ciclo de baixa temperatura (38 ?C) por 28 dias e, tamb?m, um ciclo de baixa temperatura seguido de cura a 280 ?C e 1000 psi por 3 dias. Os resultados mostraram que pastas contendo adi??es de at? 30% do res?duo n?o foram suficientes para evitar a retrogress?o da resist?ncia, enquanto pastas contendo adi??es do res?duo de maneira combinada com a s?lica flour formaram produtos hidratados de baixa rela??o Ca/Si que fizeram com que a resist?ncia se mantivesse em n?veis satisfat?rios

[pt] A busca por materiais que não impactem negativamente o meio ambiente tem sido uma das prioridades de engenheiros que trabalham com materiais de construção. A emissão expressiva de CO2 na produção de cimento contribui para tal preocupação. Dentro deste cenário, soluções com emprego de nanotecnologia vêm chamando a atenção em diversas áreas por proporcionar novas soluções. O principal objetivo da presente tese é associar um material proveniente de uma fonte natural com benefícios provenientes da nanotecnologia a fim de modificar propriedades de pastas de cimento considerando seus aspectos químicos, físicos e mecânicos. A nanocelulose se apresenta como material proveniente de fonte renovável que apresenta propriedades atraentes aos materiais cimentícios, sendo assim uma opção a ser utilizada em conjunto com o cimento. Dentre os diversos tipos disponíveis, a celulose nanofibrilada (CNF) foi elencada para ser investigada neste trabalho. A celulose microcristalina (CMM) foi incluída nas investigações para possibilitar uma comparação direta entre as fibrilas da CNF e as partículas de CMM. O uso desses materiais celulósicos pode ser considerado recente e, com isso, existem ainda lacunas no que tange o entendimento dos seus efeitos em materiais cimentícios. Assim, a viabilidade da CNF e da CMM enquanto reforços em pastas de cimento foi avaliada por meio de ensaios de compressão e flexão. Os possíveis mecanismos responsáveis pelo efeito de ambas CMM e CNF foram estudados por meio de análises químicas e físicas. Por fim, foi realizada a caracterização das pastas reforçadas quanto à retração, total e autógena, e à reologia, nos regimes estático e dinâmico. Por conta dos impactos na trabalhabilidade promovidos pela inclusão de CNF, a mistura delas nas pastas de cimento foi facilitada com a adição de superplastificante, especialmente em porcentagens maiores que 0.050 por cento, em peso. A CMM e a CNF se mostraram eficazes em reforçar as pastas de cimento quanto a esforços de flexão e tração, levando ao aumento das respectivas resistências e módulos. Os resultados obtidos mostraram que a água presente no gel da CNF não está totalmente disponível como água de mistura por conta da morfologia e hidroficilidade das fibrilas. Observada uma certa combinação de porcentagem e fator água-cimento, a inclusão de CNF diminuiu a retração autógena das pastas. A inclusão de 0,040 por cento de NFC levou a resultados semelhantes aos da adição de CMM referente ao aumento da tensão de escoamento e da viscosidade. / [en] The seek for low environmental impact materials has become one of the priorities of construction building materials engineers. One of the reasons is the massive growing contribution of cement production industry in worldwide CO2 emissions. In this scenario, the dissemination of nanotechnology into varied areas is drawing attention for enabling new possibilities. The idea of the present thesis is to associate a material provided from a natural source with the potential benefits of nanotechnology to modify conventional cement pastes regarding their chemical, physical and mechanical aspects. Nanocellulose arises as an alternative that meets an eco-friendly source with remarkably properties expected from nanomaterials. There are different types of nano cellulosic materials that may be tailored to achieve desired compatibilities with varied cementitious materials. In this work, nanofibrillated cellulose (NFC) in the form of gel, and microcrystalline cellulose (MCC) particles were investigated, so a comparison could be traced between them. The use of both NFC and MCC in cementitious materials is recent and there are important gaps regarding their effect. For that reason, the feasibility of MCC and NFC to act as reinforcement on cement pastes was evaluated through compressive and flexural tests. Then, the possible mechanisms behind the effect of MCC and NFC on the microstructure of cement pastes were investigated through distinct chemical and physical analyses. Moreover, the total and autogenous shrinkage were characterized, as well as the dynamic and static rheological behaviors. Due to rheological modifications, the mixture of cement pastes with NFC was facilitated by a superplasticizer, especially for percentages higher than 0.050 percent wt. The MCC and NFC promoted the reinforcement of the cement pastes, regarding flexural and tensile stresses, increasing the composite strength and modulus. It was observed that he water present in the NFC gel is not totally available as mixing water due to the morphology and hydrophilicity of the fibrils. If associating certain levels of inclusions and water ratio, the NFC inclusion led to a decrease in autogenous shrinkage. The addition of 0.040 percent of NFC resulted in similar outcomes to 1.000 percent of MCC regarding their ability to increase yield stress and viscosity.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-12-22T12:03:13Z No. of bitstreams: 1 Josué Claudio Metz_.pdf: 3580473 bytes, checksum: 4bb7f81d4d0a95ef4e39a7d4dffb0599 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-22T12:03:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Josué Claudio Metz_.pdf: 3580473 bytes, checksum: 4bb7f81d4d0a95ef4e39a7d4dffb0599 (MD5) Previous issue date: 2016-09-19 / Nenhuma / A concepção de desenvolvimento sustentável tem resultado no aumento de pressões ambientais para a melhoria da eficiência na utilização de recursos, e para a redução das emissões e da geração de resíduos. No processo de fabricação de aço, nas siderúrgicas com fornos elétricos a arco (FEA), ocorre a geração do resíduo sólido denominado pó de aciaria elétrica (PAE). O PAE é constituído por diferentes óxidos metálicos. Contém os elementos químicos cromo (Cr), chumbo (Pb) e cádmio (Cd) e, por isso, é classificado como resíduo classe I – Perigoso pela NBR 10004. Gerado em grandes quantidades diariamente em todo o país, o PAE ainda tem como principal destinação final o aterro industrial. A indústria de papel e celulose, outra atividade de destaque na indústria nacional, gera uma grande quantidade de resíduos em diferentes etapas do processo, entre os quais está o resíduo do forno de cal (RFC), cuja geração está associada a interrupções no funcionamento do forno de cal. A indústria da construção civil, devido a quantidade de matérias-primas consumida e variedade de materiais empregados – cimento, concreto, agregados, cerâmica, entre outros – apresenta-se como alternativa para a reciclagem de resíduos gerados em outros setores da economia. A incorporação do PAE no cimento e concreto produz retardo no tempo de pega em razão da presença de zinco (Zn) no resíduo. Estudos sugerem que em quantidades próximas a 1%, a incorporação de PAE não afeta de forma significativa as propriedades do cimento. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do uso combinado de PAE e RFC no processo de endurecimento e evolução da hidratação de pastas de cimento. Para tanto, foi realizada a caracterização dos resíduos através dos ensaios de distribuição granulométrica, perda ao fogo, massa específica, área superficial específica, análise química elementar, difração de raios X com refinamento por Rietveld e microscopia eletrônica de varredura. A influência dos resíduos nas pastas de cimento foi avaliada através do ensaio de tempo de pega de acordo com a NBR NM 65 (ABNT, 2003b) e evolução da temperatura semi-adiabática das pastas em estado fresco, além de DRX, com refinamento por Rietveld, e microscopia eletrônica de varredura nas pastas de cimento com diferentes teores de substituição de resíduos (REF, 1%, 2%, 3%, 5% e 10%) em diferentes idades (1, 4 e 7 dias). Os resultados de tempo de pega e evolução da temperatura semi-adiabática indicaram a influência do PAE na hidratação das pastas de cimento. Nas pastas de cimento com substituição de 1% de PAE combinado ou não com RFC, não foram verificados retardos significativos no tempo de pega, demonstrando o potencial do uso de PAE e do RFC na produção de artefatos de cimento. / The sustainable development conception has resulted in increased environmental pressures to improve the efficient use of resources and reduction of emissions and waste generation. In the steelmaking process through electric arc furnaces (EAF), dust generation occurs which is called electric arc furnace dust (EAFD). EAFD is composed by different metal oxides. Some common elements those constitute this dust is chromium, lead and cadmium, and therefore, waste is classified as class I – hazardous by NBR 10004. EAFD has been generated in large quantities every day across the country and it still has mainly landfilled. The pulp and paper industry, another important activity in the domestic industry, generates a lot of waste in different stages of the process, among which is the lime kiln waste (LKW), whose generation is associated with disruptions in the lime oven. Due to expressive amount of raw materials consumed in civil construction industry and also the variety of products available - cement, concrete, aggregates, ceramics, among others - this seems to be an alternative for waste recycling generated in other sectors. The incorporation of EAFD in the cement and concrete produces delayed setting time due to the presence of zinc (Zn) in the waste. Studies suggest that in amounts up to 1%, EAFD incorporation does not affect significantly cement properties. The aim of this work was to evaluate the influence of the combined use of EAFD and LKW in the process of hardening and evolution of the cement pastes hydration. Therefore, were evaluated the characterization of the waste performed through the grain size distribution, loss on ignition, specific gravity, specific surface area, elemental chemical analysis, pH, X ray powder diffraction with refinement by Rietveld and scanning electron microscopy.. The influence of the waste on the cement pastes was evaluated through the setting time tests in accordance with the NBR NM 65 (ABNT, 2003b) and evolution of semi-adiabatic temperature in fresh conditions, XRD with refinement by Rietveld, and SEM in cement pastes with different levels of waste substitution (REF, 1%, 2%, 3%, 5% e 10%) at different ages (1, 4 and 7 days). The setting time results and evolution of semi-adiabatic temperature indicated an increase in the setting time with the increase of the EAFD in cement pastes. In cement pastes with replacement of 1% EAFD combined or not with LKW, significant delays were not verified in the setting time, demonstrating the potential use of EAFD in the production of cement artifacts.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:08:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LuannaCMP_DISSERT.pdf: 3195149 bytes, checksum: 9c2b834c5beeb3439f6a0d1955159637 (MD5) Previous issue date: 2013-09-02 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Although there are a wide variety of additives that act in fresh state, to adjust the properties of cement, there is also a search by additions that improve the tenacity of the cement in the hardened state. This, in turn, can often be increased by inserting fibers, which act on the deflection of microcracks. This study aimed to use a microfiber glass wool (silica-based) as an additive reinforcing the cement matrix, improving the rupture tenacity, in order to prevent the propagation of microcracks in the cement sheath commonly found in oil wells submitted to high temperatures. The fibers were added at different concentrations, 2 to 5% (BWOC) and varied average sizes, grinding for 90 s, 180 s, 300 s, 600 s. The cement slurries were made with a density of 1,90 g/ cm3 (15,6 lb/gal), using Portland cement CPP- Special Class as the hydraulic binder and 40% silica flour. The characterization of the fiber was made by scanning electron microscopy (SEM), particle size by sieving, X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetry (TG / DTG). Were performed technological tests set by the API (American Petroleum Institute) by rheology, stability, free water, compressive strength, as well as testing rupture energy, elastic modulus and permeability. The characterization results showed good thermal stability of the microfiber glass wool for application in oil wells submitted to steam injection and, also, that from the particle size data, it was possible to suggest that microfibers milled up to 300 s, are ideal to act as reinforcement to the cement slurries. The rheological parameters, there was committal of plastic viscosity when larger lengths were inserted of microfiber (F90). The values obtained by free water and stability were presented according to API. The mechanical properties, the incorporation of microfiber to the cement slurries gave better rupture tenacity, as compared to reference cement slurries. The values of compressive strength, elastic modulus and permeability have been maintained with respect to the reference cement slurries. Thus, cement slurries reinforced with microfiber glass wool can ensure good application for cementing oil wells submitted to steam injection, which requires control of microcracks, due to the thermal gradients / Embora exista uma grande variedade de aditivos que atuam no estado fresco, para ajuste das propriedades do cimento, existe tamb?m uma busca por adi??es que melhorem a tenacidade do cimento no estado endurecido. Esta, por sua vez, pode comumente ser aumentada pela inser??o de fibras, as quais agem na deflex?o de microtrincas. Este trabalho tem como objetivo utilizar microfibras de l? de vidro (? base de s?lica) como aditivo de refor?o ? matriz ciment?cia, melhorando a tenacidade ? ruptura, a fim de evitar a propaga??o de microfissuras na bainha cimentante comumente encontradas em po?os de petr?leo submetidos a altas temperaturas. As fibras foram adicionadas em diferentes teores, de 2 a 5% (BWOC), e variados tamanhos m?dios, obtidos variando o tempo de moagem de 90 s, 180 s, 300 s e 600 s. As pastas foram formuladas com densidade de 1,90 g/ cm3 (15,6 lb/gal), utilizando o cimento Portland CPP-Classe Especial como aglomerante hidr?ulico e 40% de s?lica flour. A caracteriza??o da fibra foi feita por microscopia eletr?nica de varredura (MEV), granulometria por peneiramento, fluoresc?ncia de raios X (FRX), difra??o de raios X (DRX) e termogravimetria (TG/DTG). Foram realizados ensaios tecnol?gicos padronizados pela API (American Petroleum Institute) de reologia, estabilidade, ?gua livre, resist?ncia ? compress?o, bem como testes de energia de ruptura, m?dulo de elasticidade e permeabilidade. Os resultados da caracteriza??o mostraram boa estabilidade t?rmica da microfibra de l? de vidro para aplica??o em po?os submetidos ? inje??o de vapor. A partir dos dados de granulometria, foi poss?vel verificar que microfibras mo?das at? 300 s s?o ideais para agirem como refor?o ? pasta de cimento. Dos par?metros reol?gicos, houve o comprometimento da viscosidade pl?stica quando foram inseridos comprimentos maiores de microfibra (F90). Os valores obtidos de ?gua livre e estabilidade se apresentaram conformes ? norma API. Das propriedades mec?nicas, a incorpora??o de microfibra ? pasta de cimento conferiu melhor tenacidade ? ruptura, comparada a pasta de refer?ncia. Os valores obtidos de resist?ncia ? compress?o, m?dulo de elasticidade e permeabilidade foram mantidos com rela??o ? pasta padr?o. Desse modo, pastas ciment?cias refor?adas com microfibra de l? de vidro podem garantir boas aplica??es em cimenta??o de po?os de petr?leo sujeitas ? inje??o de vapor, que exija o controle de microfissuras em virtude do gradiente de temperatura