Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / A lama vermelha (LV), resíduo da indústria de beneficiamento do alumino, é gerada a partir do refino da bauxita para produção de alumina (Al2O3) através do processo Bayer. A geração mundial é de aproximadamente 100 milhões de toneladas por ano. O Brasil contribui com aproximadamente 10% deste montante. Apesar de a literatura indicar alguns possíveis usos, o material continua sendo depositado em aterros sem nenhuma finalidade industrial. O uso como material pozolânico tem sido apontado como uma importante forma de aproveitamento deste material. Entretanto a alcalinidade disponível limita sua aplicação de modo mais generalizado. O objetivo deste trabalho foi reduzir o teor de alcalinidade disponível na lama vermelha calcinada em composição com argila para viabilizar tecnicamente o uso como material suplementar em cimento Portland para aplicações estruturais. Uma amostra de lama vermelha foi obtida da empresa Alunorte S.A., maior refinaria de alumina do mundo, localizada no estado do Pará. A amostra de argila utilizada é oriunda da escavação da bacia de contenção da própria lama vermelha. Empregou-se cimento Portland tipo CPV - ARI. Os materiais foram caracterizados através dos ensaios de distribuição de tamanho de partículas, determinação da análise química por espectrometria de fluorescência de raios X e difração de raios X. A lama vermelha e a argila foram dosadas, homogeneizadas e pelotizadas em disco pelotizador de 60 mm. Preparou-se 3 misturas 100% LV, 85%-15% LV-AD, 70%-30% LV-AD. Calcinou-se em forno rotativo contínuo a 1200 oC por 78 min. O material calcinado foi moído em moinho planetário em dois diferentes tempos de moagem. Caracterizou-se a atividade pozolânica de acordo com a NBR 5272 (1992) e a alcalinidade disponível pelo método previsto na norma NM 25: 2002. Os resultados obtidos permitem concluir que foi possível reduzir o teor de álcalis disponíveis abaixo dos limites estabelecidos por norma, atingindo valores de 1,2%, sendo, portanto <1,5%. O índice de atividade pozolânica é de 90%, estando acima dos 75% estabelecidos por norma.

Dissertação apresentada ao programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / The search for new forms to reduce and treat industrial and municipal waste has led to a series of discussions and strategies that focus on the supply chain, which are fundamental for reducing the environmental impacts. This continues to open up an enormous, new field of research, leading to a series of studies concerning the reuse and addition of these residues within the industrial process. The ceramic residues originating from porcelain tile polishing residues (PPR) are no different; they produce a high quantity of effluent that requires water treatment and disposal of the solid part in controlled landfills, involving high financial and environmental costs. In this work, the synergistic effect or caking of PPR as a supplementary cementitious material (SCM) was evaluated; PPR enhanced the effect of Portland cement in cementitious materials. To determine the physical and chemical characteristics of PPR, laser granulometry, X-ray fluorescence (XRF) and atomic absorption and by X-ray diffraction (XRD) assays were performed. To study mixture parameters, six 1:3 mortar compositions were used, with the cement content replaced by residues of 0, 10, 20, 25, 30 and 40%, by mass, which were then evaluated by the following tests: workability (flowtable), compressive strength, pozzolanic activity index (IAP), thermal analysis (TG), calorimetry, and qualitatively by scanning electron microscopy (SEM). Analysis of the results showed that the residue maintains the plasticity characteristic of mortars and has a high index of pozzolanic activity, reaching 111% with the use of 25% residue content, while obtaining a compressive strength (after 120 days of curing) of 40.0 MPa and 41.5 MPa for 0% and 25% PPR content, respectively. These results improve the efficiency ratio of cement consumption, measured in kg m-3 MPa -1, reducing it by around 30%. The residue was also evaluated regarding autogenous shrinkage, which showed that the addition of PPR, besides increasing the time of onset of the contractions, also showed a reduction in shrinkage of 37% for 25% PPR and 82% for 40% PPR content. The study presents the potential and feasibility of using waste products based on Portland cement; however, since the material possesses such noble physical characteristics, further study is required to expand its applications on an industrial and commercial scale. / A busca por novas formas de redução e tratamento dos resíduos industriais e urbanos tem levado a uma série de discussões e estratégias que incidem sobre a cadeia produtiva, sendo fundamental para a redução dos impactos ambientais. Isso abre um campo enorme e novo para pesquisa, levando a uma série de estudos relacionados à reutilização e adição destes dentro do processo industrial. O resíduo cerâmico originado no processo de polimento das placas de porcelanato não é diferente, é um efluente necessitando de tratamento das águas e deposição da parte sólida em aterros controlados com um elevado custo financeiro e ambiental. Neste trabalho foi avaliado o resíduo do polimento de porcelanato (RPP) como material cimentício suplementar (SCM), potencializando o efeito do cimento Portland em materiais cimentícios. Para caracterizar física e quimicamente o RPP, foram realizados ensaios de granulometria a laser, fluorescência de raios-X (FRX) e absorção atômica e difração por raios X (DRX). Para estudo da mistura, foram utilizadas seis composições de argamassa, de traço 1:3:0,60 substituindo o cimento por resíduo em teores de 0, 10, 20, 25, 30 e 40% em massa, sendo avaliadas por meio de ensaios de índice de consistência (flow-table), resistência a compressão, índice de atividade pozolânica (IAP), analise térmica (TG), Calorimetria e de forma qualitativa, a microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostram que o resíduo mantém a consistência das argamassas e apresenta elevado índice de atividade pozolânica, atingindo 85% aos 28 dias e 104% aos 120 dias de cura, utilizando 25% de resíduo, e, obtendo, uma resistência a compressão (aos 120 dias de cura) de 40,0 MPa e 41,5 MPa para 0% e 25% de utilização de RPP, respectivamente. Esses resultados melhoram o índice de eficiência de consumo de cimento, avaliado em kg m-3 MPa -1, reduzindo-o em torno de 30%. O resíduo também foi avaliado perante a retração autógena, mostrando que a adição deste, além de aumentar o tempo para o início das contrações, há uma redução da retração autógena, chegando a 37% para 25% e 82% para o teor de 40% de RPP. O estudo apresentou o potencial e a viabilidade do uso do rejeito em produtos à base de cimento Portland, mas necessita de mais estudos que possam ampliar sua aplicação em escala industrial e comercial.

Orientador: Jorge Luís Akasaki / Banca: Mauro Mitsuuchi Tashima / Banca: Lúcia Reig Cerdá / Resumo: Vários segmentos da sociedade têm se voltado para os conceitos da sustentabilidade, pesquisando alternativas para minimizar os impactos causados pelo consumo, muitas vezes, indiscriminado de matéria-prima e pelo grande volume de resíduos gerados, entre os quais se incluem os resíduos de borracha. Neste sentido, diversos trabalhos de engenharia têm indicado que a adição de resíduos de borracha de pneu têm potencial para promover a redução da massa específica de matrizes cimentícias. Deste modo, objetivou-se neste trabalho avaliar a aplicação de resíduos de borracha de pneu na confecção de concretos leves, com massa específica aparente inferior a 2000 kg/m3, tendo em vista a sua aplicação em blocos de concreto para alvenaria. Observou-se que houve uma diminuição da resistência à compressão do concreto, razão pela qual adotou-se o procedimento de substituir 10% de cimento por metacaulim (em massa). Objetivou-se ainda, neste trabalho, promover uma destinação apropriada para este resíduo e assim minimizar os possíveis impactos ambientais, muitas vezes causados pela sua destinação inadequada. Foram produzidos traços de concreto sem resíduo (concreto referência), com 9,2%, 18% e 26,8% de resíduo em substituição do agregado miúdo, em relação ao volume. Confeccionaram-se corpos de prova cilíndricos 10 cm x 20 cm e blocos de concreto 14 cm x 19 cm x 29 cm, os quais foram ensaiados visando a determinação da resistência à compressão simples. Os blocos de concreto foram também submetidos a ensaios de absorção. Constatou-se que entre os traços ensaiados, o resultado menos favorável foi obtido para os blocos produzidos com 26,8% de resíduo, os quais apresentaram resistência característica à compressão de 2,74 MPa e absorção de 6,96%, resultados que atendem às prescrições da NBR 6136 para a confecção de blocos vazados de concreto para alvenaria / Abstract: Various segments of society have focused on the concepts of sustainability, researching alternatives to minimize the impacts caused by the often indiscriminate consumption of raw materials and the large volume of waste generated, among which include the waste rubber. Accordingly, many engineering studies have shown that the addition of waste rubber tire has the potential to promote the reduction of specific mass of cementitious matrices. Thus, the aim of this study was to evaluate the application of these wastes in the manufacture of lightweight concrete, with specific mass less than 2000 kg/m3, with a view to their application in concrete block masonry. It was observed that there was a decrease in compressive strength of the concrete, which is why we adopted the procedure of replacing 10% of metakaolin in cement (by mass). Still aim of this study, promote appropriate disposal for this waste and to minimize possible environmental impacts, often caused by their improper disposal. Ratio of concrete were produced without residue (reference concrete), with 9,2%, 18% and 26,8% of residue in substitution fine aggregate, in relative to the volume. Were produced cylindrical specimens 10 cm x 20 cm and concrete block 14 cm x 19 cm x 29 cm, which were tested in order to determine the compressive strenght. The concrete blocks were also tested for absorption. It was found that among the tested ratios, the less favorable result was obtained for the blocks produced with 26,8% of residue, which showed characteristic compressive strength of 2,74 MPa and absorption of 6,96%, results that meet the requirements of NBR 6136 for the manufacture of hollow concrete block mansory / Mestre

Submitted by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2017-08-23T17:29:55Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Wallace M. Belchior.pdf: 2932796 bytes, checksum: 2f1494bc5656937791ee0fc2472fbf69 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2017-08-23T17:30:11Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Wallace M. Belchior.pdf: 2932796 bytes, checksum: 2f1494bc5656937791ee0fc2472fbf69 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-23T17:30:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Wallace M. Belchior.pdf: 2932796 bytes, checksum: 2f1494bc5656937791ee0fc2472fbf69 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-03-17 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / Cement is the second most consumed product in the world, it lost only to water. This motive has led several researchers to seek new materials that can partially replace the use of cement, with lower cost and less impact on the environment. The use of industrial waste such as ceramic waste (CW) in partial replacement of Portland cement (PC) in the production of pastes, mortars and concretes, reduces the cost of the raw material, besides being able to contribute to the environment, since each ton of PC produces a tonne of carbon dioxide (CO2) that is released into the atmosphere. In this way, the CW can be used as raw material in civil building, minimizing the environmental impact and in a sustainable way generating employment and income for the communities of the Ceramic Polo. In this context, an experimental program was implemented to evaluate different levels of CW (0%, 10%, 20%, 30%, 40% and 50%) in the partial replacement of Portland cement. Physical tests (specific mass, particle size, X-ray diffraction and TG / DTG thermogravimetry) and chemical tests (X-ray fluorescence) were used to characterize CW and PC and mechanical tests (axial compression at 7, 14 and 28 days) in microconcrete characterization. The results indicated that the CW had pozzolanic properties according to the norm NBR 12653: 2014 and that the microconcretes produced with the content of 30% CW showed the highest reduction of the calcium hydroxide content (about 62%) and better properties mechanics, with strenght of the order of 55.63 MPa and 62.00 MPa at 14 and 28 days, respectively. These results point out the potential of CW as pozzolanic material in the production of microconcretes. / O cimento é o segundo produto mais consumido no mundo, perdendo apenas para a água. Esse motivo tem levado vários pesquisadores a buscarem novos materiais que possam substituir parcialmente o uso do cimento, com menor custo e menor impacto ao meio ambiente. O aproveitamento de resíduos industriais como o resíduo cerâmico (RC) em substituição parcial ao cimento Portland (CP) na produção de pastas, argamassas e concretos, reduz o custo da matéria prima, além de poder contribuir com o meio ambiente, visto que cada tonelada de CP gera uma tonelada de dióxido de carbono (CO2) que é liberado na atmosfera. Desta maneira, o RC pode ser aproveitado como matéria prima na construção civil, minimizando o impacto ambiental e de forma sustentável gerando emprego e renda para as comunidades do Polo Cerâmico. Neste contexto, um programa experimental foi implementado para avaliar diferentes teores de RC (0%, 10%, 20%, 30%, 40% e 50%) na substituição parcial do cimento Portland na produção de microconcreto. Ensaios físicos (massa específica, granulometria, difração de raio X e termogravimetria TG/DTG) e químico (fluorescência de raios X) foram utilizados na caracterização do RC e do CP e ensaios mecânicos (compressão axial aos 7, 14 e 28 dias) na caracterização dos microconcretos. Os resultados indicaram que o RC apresentou propriedades pozolânicas de acordo com a norma NBR 12653:2014 e que os microconcretos produzidos com o teor de 30% de RC apresentaram a maior redução do teor de hidróxido de cálcio (cerca de 62%) e melhores propriedades mecânicas, com resistências da ordem de 55,63 MPa e 62,00 MPa aos 14 e 28 dias, respectivamente. Tais resultados apontam o potencial do RC como material pozolânico na produção de microconcretos.

Este trabalho apresenta os resultados obtidos em investigação realizada na região de Itaú de Minas, MG, visando identificar, avaliar e caracterizar tecnologicamente um depósito de argila para aplicação como aditivo pozolânico na fabricação de cimento. Os estudos foram balizados por aspectos geológicos e econômicos, estes restringindo a área de investigação a um raio pré-determinado de 50 km do complexo industrial existente na região. A princípio considerou-se a necessidade de ativação dos materiais pesquisados por tratamento térmico e adotou-se que após o tratamento deveriam apresentar coloração similar ao cimento tradicional. Dos levantamentos efetuados no entorno do empreendimento, foi priorizado para caracterização tecnológica o alvo designado Depósito do Eucalipto, na área da jazida de calcário e que atendia aos requisitos legais e econômicos. Na etapa de campo, prevaleceram técnicas tradicionais para levantamento de dados, envolvendo sondagem rotativa, escavação e amostragem em trincheiras e mapeamento superficial. Na etapa de laboratório foram realizadas análises químicas via fluorescência de raio x, que serviram de base na seleção das amostras para caracterização via análise termodiferencial e termogravimétricas, distribuição granulométrica, identificação mineralógica por difração de raios x e ensaios de aplicação. Com objetivo de dimensionar o recurso, foi realizada uma avaliação volumétrica através de métodos computacionais, levando em consideração, principalmente, a cor das argilas. Estimou-se um montante para uso direto como pozolanas de 478.000 t entre alteritas e argilas sedimentares de colorações claras e 500.000 t entre material coluvionar e alteritas coradas. As alteritas fazem parte de sericita filitos, que sobrepõem tectonicamente a jazida de calcário. Possuem coloração em tons amarelados e brancos e são constituídas basicamente de quartzo, caulinita e muscovita. Texturalmente são untuosas ao tato, friáveis e de fácil moagem. Quimicamente apresentam características silico-aluminosas (média de 65,5% \'SiO IND.2\', 20,6% \'Al IND.2\'\'O IND.3\', 2,3%). Mostram-se reativas com cal (7 Mpa a 7 dias) e cimento (29,7 Mpa a 3 dias) superando o limite mínimo especificado pela norma brasileira. Fazem necessárias misturas controladas para melhor aproveitamento no processamento industrial. As argilas de provável origem sedimentar ocorrem em pequenas lentes imersas nas alteritas. Possuem coloração em tons cinza e brancos e são constituídas basicamente de caulinita e quartzo. Texturalmente possuem aspecto compacto, com pequenos grânulos de quartzo em sua matriz, restritas concreções ferruginosas e boa porosidade. Quimicamente apresentam características aluminosas (média de 51,2% \'SiO IND.2\', 31,10% \'Al IND.2\'\'O IND.3\'). Mostram-se altamente reativas com cal (20 Mpa) quando calcinadas, constituindo-se no principal minério. As argilas coluvionares ocorrem no depósito estudado e em grande extensão na região, variando em dezenas de metros em profundidade, sendo que possuem coloração em tons vermelhos a roxo e são constituídas por quartzo, caulinita e gibbsita. Mostram reatividade com cal (9,3 Mpa), constituindo uma opção para fabricação de cimentos corados como já produzidos em outra unidade do industrial. Podem ser aproveitadas como corretivos de ferro em substituição parcial do minério de ferro atualmente utilizado. A caracterização pozolânica foi realizada através da determinação dos índices de atividade pozolânica com cal e com cimento, utilizando amostras calcinadas nas temperaturas 700, 800, 900°C em laboratório e entre 750-800°C em escala industrial. Os resultados obtidos indicaram que esses materiais apresentam grande potencialidade de aplicação no setor cimenteiro. / This work presents the results obtained in a mineral research developed in the region of Itaú de Minas, MG, aiming to identify, evaluate the resources and characterize a clay deposit for application as pozolanic additive in cement manufacture. The studies have been conducted based on geologic and economic aspects, these confining the investigation area to 50 km radius from the industrial complex. It was considered the needing of materials thermal activation and tradicional cement similar color after treatment. The research indicated a potential target neighboring the calcareous mine, named Eucalipto Deposit, which attained legal and economical requirements and was selected for technological characterization. For field work traditional techniques were applied to data collection, meaning auger drilling, trench excavation and sampling as well as geological mapping. In the laboratory activities chemical analysis by X ray spectrometry were developed that were used as base for samples selection to be characterized using diferential termo analysis plus diferential gravimetric analysis, grain size distribution mineralogical identification by X ray diffraction and technological application tests. A preliminary mineral resources evaluation essentially based on the clay color was run applying computational methods. A total amount of 478000 t of materials to be directly applied as pozolan was defined, comprising light colored alterites and sedimentary clays, plus 500000 t of colluvium material and colored alterites. The alterites came from sericite phyllites that tectonically overlaid the calcareous orebody. They have white and yellowish colors being constituted mainly by quartz, kaolinite and muscovite. Their texture is unctuous in hand touch; they are friable and easily comminuted. Chemically are composed mainly by silica and alumina (media of 65.5% \'SiO IND.2\' and 20.6% \'Al IND.2\'\'O IND.3\'). The tested samples showed pozoloanic reactivity with lime (7Mpa, 7 days) and cement (29.7 Mpa, 3 days) higher than the required Brazilian standardized limits. Some blending should be necessary to reach better profiting in industrial processing. The clays of probable sedimentary origin occur in small lens being immerse in the alterites body. Their color is grey to white and they are constituted basically by kaolinite and quartz. They have a compact texture with small quartz grains in the clayed matrix as well as few ferruginous concretions; they show a good porosity. Their chemical composition also is silico-aluminous (media 51.2% \'SiO IND.2\' and 33.1% \'Al IND.2\'\'O IND.3\'). After burning they became highly reactive (20 Mpa) and represent the main ore. The clays associated with the colluvium are significant in the studied deposit as well as widespread in the all region, where can reach several meters depth, they are reddish to violet colored and are constituted by quartz, kaolinite and gibbsite. They showed reactivity with lime (9.3 Mpa) and so could be an option for special colored cement manufacturing that is already industrially produced in another place. They can also be profitable for cement raw mix iron grade correction partially substituting the iron ore actually used. The pozolanic characterization was based on pozolanic activity with lime and cement indexes, and the tests comprised samples burned in the laboratory applying temperatures of 700, 800 and 900°C and also in industrial furnace in the temperature range of 600 to 800°C. The results indicated a high potential for the cement sector application.

Este trabalho teve por objetivo apontar alternativas de uso aos estéreis da mineração e areia do Bairro do Taboão, em Mogi das Cruzes(SP), região responsável pela produção mensal de 170.000m³ de areia, essencialmente consumida na Região Metropolitana de São Paulo. Os estéreis, compostos por lamitos, lamitos arenosos e siltitos arenosos, representam de 30 a 50% do volume lavrado, e ocorrem como pacotes tabulares intercalados aos níveis arenosos explorados. O estéril tem impacto direto nos custos de produção, pelo volume movimentado, na vida útil da jazida, devido à ocupação de parte da área da jazida por bota-foras, e ainda sobre o meio ambiente, pela exposição desses materiais às intempéries. Os lamitos apresentaram a composição mineralógica formada por esmectita (50%), caulinita (30%), illita (15%) e outros minerais (5%). Os lamitos arenosos e siltitos arenosos mostraram variações nas proporções de quartzo, caulinita e esmectita. Amostras desses litotipos foram submetidas a ensaios de aplicação, com enfoque nos setores industriais de cerâmica estrutural e revestimento, e de cimento, visando o uso como pozolanas. A caracterização cerâmica consistiu em determinação do índice de plasticidade e ensaios físicos em corpos-de-prova prensados e queimados à 950 e à 1.100°C. Devido à composição mineralógica, as amostras apresentaram elevada plasticidade, característica que, em excesso, pode ser prejudicial ao processamento cerâmico, embora os produtos de queima em laboratório tenham mostrado resultados satisfatórios para uso em cerâmica estrutural e de revestimento. A queima na temperatura 950°C resultou em produtos porosos, de cor avermelhada, com parâmetros de absorção de água e módulo de ruptura à flexão adequados para fabricação de tijolos furados e telhas. Os lamitos queimados à 1.100°C apresentaram os melhores resultados, atingindo características dos produtos grés e semi-grés. A caracterização pozolânica foi realizada através da determinação dos índices de atividade pozolânica com cal e com cimento, utilizando lamitos e lamitos arenosos, em amostras naturais e calcinadas nas temperaturas 550, 600, 700 e 850°C. As amostras naturais não se mostraram adequadas como pozolanas, devido ao caráter expansivo das esmectitas. Por outro lado, os índices de atividade pozolânica com cal obtidos para amostras calcinadas superaram o limite mínimo especificado pela norma brasileira, sendo os melhores resultados obtidos à 700°C. Os índices de atividade pozolânica com cimento, para as amostras ativadas à 550 e 600°C, oscilaram em torno do limite mínimo especificado pela norma brasileira, sendo que temperatura ótima de ativação foi definida em 850°C, com resultados superiores. Os resultados obtidos indicaram que esses materiais apresentam grande potencialidade de aplicação nos setores industriais abordados, constituindo-se em matérias-primas estratégicas para uma demanda futura. / The aim of this study was research some alternative application for mining tailings from sand exploitation located at Bairro do Taboão in Mogi das Cruzes (SP). This district sand production is 170,000 m³/month that is essentially consumed in the Great São Paulo Metropolitan Area. The tailings, constituted by mudstones, Sandy mudstones and Sandy siltites, normally represent 30 to 50% of the total exploited volume. The tailings occur as tabular horizons intercaled with sandstones levels, affecting the production costs, due to its relative volume in the exploited material, the mineral reserves that are partially blocked by tailings stockpiles, and also the environment through the stockpiles powder material exposition to the weather. Some samples of these litologies were submitted to specific application tests focussing ceramic production (common bricks, tiles and floor tiles) and as pozzolanic additive in cement manufacturing. Mudstones are mineralogically composed by smectite (50%), kaolinite (30%), illite (15%) and others accessories minerals (5%). The Sandy mustones and siltites showed mineral proportions variations, mainly of quartz, kaolinite and smectite. The ceramic laboratory characterization was based on Atteberg limits (liquid and plastic limits) and physical parameters of pressed test speciments fired at 950°C and 1,000°C. As a consequence of the mineral composition, the samples showed very high plasticity that can damage the ceramic process, even if the results, obtained using fired products, were satisfactory to application in common bricks and floor tiles ceramic. The fired products obtained at 950°C were porous, redish colored, and showed water absorption and bending strenght suitable for common brick and tiles manufacturing. The best results were obtained to themudstone fiered at 1,100°C retrieving \"gres\" and \"semi-gres\" products characteristics. To evaluate the behavior of the mudstone and Sandy mudstone as pozzolan, some pozzolanic activity index were determined with lime and cement, using natural samples and calcined samples at 550, 600, 700 and 850°C. The target materials are not able to be applied as natural pozzolans due to the expansive character of the smectites. On the other hand, the lime pozzolanic index obtained with calcined samples were in conformity with Brazilian specifications, the best burning temperature was 700°C. The cement pozolanic indicates attained with the samples calcined at 550 and 600°C, reached the minimum specified in Brazilian norms, higher values were achieved for samples calcined at 850°C, defining this temperature as the optimum. The general results demonstrated that the material focused in this study have a great potentiality to be applied in the industrial segments covered, being a strategic raw material for future consumption.

Os compósitos reforçados com fibras naturais são uma opção frente a fibrocimentos com amianto, devido à grande disponibilidade de fibras naturais como as de coco, sisal além das fibras de celulose. Aspectos relacionados com a durabilidade precisam ser melhorados, podendo ser citado a diminuição da resistência das fibras quando em meio alcalino causando a perda de propriedades mecânicas dos compósitos. Uma alternativa a esse problema é o uso de pozolana que irá consumir o hidróxido de cálcio proveniente da hidratação do cimento Portland, resultando em fases hidratadas como o C-S-H e aluminatos de cálcio, contribuindo assim, para a redução da alcalinidade e para o aumento da resistência mecânica. A metodologia adotada consistiu da análise do efeito de ciclos de molhagem e secagem quanto à formação de produtos da hidratação do cimento e da reação pozolânica a partir de formulações de cimento, filler dolomito, pozolana (metacaulim ou sílica ativa) e fibras de PVA (polivinil álcool) e celulose. As pozolanas empregadas foram efetivas no consumo de hidróxido de cálcio, porém não se constatou grandes ganhos mecânicos devido à degradação da matriz, observada em 250 ciclos, causada pela formação de hidróxido de magnésio com caráter expansivo. As hipóteses para a causa da formação de brucita consistem da reação de desdolomitização do filler dolomito ou da hidratação do periclásio que compõe o cimento Portland. / Composites reinforced with natural fibers are a good asbestos fibercomposites replacement material, as a result of the great natural fiber avaibility such as coco nut, sisal and cellulose. Durability aspects need to be improved, like the decrease of fiber resistance in alkaline environment causing the loss of mechanical properties of the composites. An alternative way to solve this problem is using pozzolan. It will react with calcium hydroxide formed by Portland cement hydration and will provide hydration phases as C-S-H and calcium aluminate hydrated, which contributes for the alkaline reduction and in an increase of mechanical performance. The methodology analyzes the effect of wet/dry cycles in composites among the hydration of cement and pozzolanic reaction in composite formulation made with cement, dolomite filler, pozzolan (metakaolin or silica fume) and PVA and cellulose fibers. The pozzolans used in this study consumed almost calcium hydroxide, although low mechanical properties were found. The matrix degradation with expansive brucite formation is explained with two hypotheses: dedolomitization reaction from dolomite filler or periclase hydration from Portland cement observed from 250 cycles.

Submitted by Lúcia de Fátima Imbiriba de Sousa (lfis@ufpa.br) on 2017-12-15T14:36:05Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ArenitoZeoliticoPropriedades.pdf: 2331358 bytes, checksum: b36661e5593d98a3f878f2517a825fb7 (MD5) / Approved for entry into archive by Lúcia de Fátima Imbiriba de Sousa (lfis@ufpa.br) on 2017-12-15T14:37:46Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ArenitoZeoliticoPropriedades.pdf: 2331358 bytes, checksum: b36661e5593d98a3f878f2517a825fb7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-15T14:37:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ArenitoZeoliticoPropriedades.pdf: 2331358 bytes, checksum: b36661e5593d98a3f878f2517a825fb7 (MD5) Previous issue date: 2011-08-29 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O uso adequado de pozolanas possibilita a produção de cimentos especiais, de menor custo de fabricação e de maior durabilidade que os correspondentes sem adição. O emprego dessas adições minerais possibilita ganhos significativos em termos de produtividade e uma extensão da vida útil dos equipamentos de produção e da própria jazida de calcário, também ajudando na diminuição de CO2 lançados na atmosfera. As zeólitas têm sido utilizadas como material pozolânico em misturas com “terras vulcânicas” e água, nas construções, desde o tempo do antigo Império Romano. Nos dias atuais, existem poucos trabalhos na literatura científica envolvendo reatividade pozolânica de zeólitas naturais na incorporação das mesmas na composição do Cimento Portland. Na Região nordeste do Brasil é conhecida a ocorrência de zeolitas sedimentares relacionadas a arenitos da Formação Corda (Bacia do Parnaíba), descoberta nos anos 2000, pelo Serviço Geológico do Brasil. Estes arenitos são constituídos principalmente por quartzo, zeolitas (estilbita) e argilominerais (esmectita). Vale ressaltar que, apesar de terem sido bem investigadas do ponto de vista geológico, ainda não há perspectivas de exploração desses depósitos, e nem aplicações industriais definidas. O objetivo principal desse trabalho consiste em avançar na compreensão dos fatores que governam a qualidade e o desempenho dos Cimentos Portland aditivados com este arenito zeolítico. Para isto a estrutura do trabalho foi dividida em três etapas principais, relacionadas a três objetivos específicos, de modo que os resultados sejam apresentados na forma de três artigos científicos, descritos a seguir: - Avaliação da atividade pozolânica de zeolita natural presente no arenito, para ser empregada como adição mineral em cimentos Portland. - Determinar qual a fração granulométrica que proporciona a maior concentração de zeolita e esmectita e a temperatura de calcinação que acarreta a maior atividade pozolânica. - Estabelecimento da melhor proporção de arenito zeolítico ativado termicamente para ser incorporada como adição mineral em cimentos Portland. Em todas as etapas, diferentes técnicas instrumentais foram utilizadas para a caracterização química e mineralógica dos materiais de partida e produtos derivados (argamassas com cal + arenito, argamassas com cimento Portland + arenito, pastas de cimento Portland + arenito), como: a espectroscopia de fluorescência de raios-x, difratometria de raios-x, análise termogravimétrica e termodiferencial, e microscopia eletrônica de varredura. Para avaliação das propriedades físicas foram realizadas a calorimetria de condução e os ensaios mecânicos de resistência à compressão simples em argamassas de cimento Porltand. No programa experimental da primeira etapa, o arenito zeolítico passou por beneficiamento através da remoção, por peneiramento, do quartzo e outros minerais inertes, de modo a concentrar a zeólita estilbita e com isto verificar as propriedades pozolânicas deste mineral. Na segunda etapa, após caracterização das amostras do primeiro, empregou-se o arenito zeolítico passante nas peneiras 200# e 325# e calcinados às temperaturas de 150ºC, 300ºC e 500ºC. Finalmente, na terceira etapa, utilizou-se o arenito zeolítico passante na peneira 200# e calcinado à temperatura de 500ºC misturados em proporções diferenciadas (10, 20 e 30%) nas argamassas. Os resultados da primeira etapa, que culminaram no primeiro artigo, mostraram que o arenito zeolítico acelerou a hidratação do cimento Portland devido à extrema finura do material. O arenito apresentou atividade pozolânica, sendo a estilbita responsável por este comportamento. Entretanto, a reatividade foi ligeiramente inferior ao mínimo exigido para ser empregado em escala industrial como pozolana. Estudos complementares foram necessários para averiguar se o tratamento térmico entre 300oC e 400o C poderiam aumentar a atividade pozolânica do arenito devido a destruição da estrutura cristalina tanto da estilbita quanto da esmectita presente no arenito. Para a segunda etapa, os resultados da amostra peneirada em 200# foi a mais adequada porque apresentou elevada concentração de estilbita e um percentual maior de material passante em comparação a amostra da peneira 325#, 15% contra 2%. A temperatura de calcinação de 500ºC foi a que proporcionou a maior atividade pozolânica em razão da destruição mais efetiva da estrutura cristalina, tanto da estilbita como da esmectita. As temperaturas mais moderadas com 150ºC e 300ºC não foram suficientes. As argamassas com o arenito passante na peneira 200# e calcinado a 500ºC alcançaram os valores limites mínimos exigidos para que um material seja considerado pozolânico, no caso, 6 MPa para argamassas de cal hidratada e 75% para o índice de atividade pozolânica (IAP). Os resultados da terceira etapa mostraram que, o arenito zeolítico AZ2-3 com a proporção de 10% incorporado no Cimento Portland do tipo CPI-S, apresentou melhor resultado de resistência à compressão simples e propriedades mineralógicas adequadas entre as amostras analisadas para a provável produção de um cimento comercial do tipo CPII-Z. De um modo geral, conclui-se que o arenito zeolítico da Região nordeste do Brasil possui potencial na viabilização de produção de um cimento CPIIZ, que tem segundo norma ABNT – NBR 11578, de 6 a 14% de pozolana como adição mineral no cimento Portland. Apesar da resistência da argamassa com 10% de AZ2-3 ter ficado bem próximo a resistência da argamassa de referência com 100% de CPI-S, estudos mais aprofundados de outras proporções de arenito adicionados no cimento deverão ser realizados para verificação das propriedades exigidas por norma para sua eventual comercialização. / The proper use of pozzolans enables the production of special cements with lower manufacturing cost and higher durability in comparison with cements without mineral additions. It also enables significant gains in productivity and extending equipments life in the fabric, limestone reserves, and also helping in the reduction of CO2 release into the atmosphere. Zeolites have been used as pozzolanic material in mixtures with Fuller’s Earth and water in buildings from the ancient Roman Empire. Nowadays, there are many discussions involving pozzolanic reactivity of natural zeolites in the incorporation of Portland cement. In the Northeastern region of Brazil, sedimentary zeolites related to sandstones of the Parnaiba Basin wer discovered by the Geological Survey of Brazil in the 2000s. These sandstones are mainly composed by quartz, natural zeolites (estilbity) and clay (smectite). Preliminary studies have pointed that this sandstone may be used as pozzolanic material in Portland cements. The material must be previously sieved to remove quartz and thermally activated, since stilbite is a zeolite with low pozzolanic activity. The main objective of this work is to advance the understanding of the factors that govern the quality and performance of Portland cement modified with this zeolitic sandstone. For this work the structure was divided into three main stages, related to three specific objectives, so that the results are presented in the form of three scientific papers, described as follow: - Evaluation of the natural pozzolanic activity of the zeolitic sandstone to be used as mineral addition in the Portland cement. - The determination of which particle size provides the highest zeolite and smectite concentration, besides the calcination temperature that leads to a higer pozzolanic activity. - The establishing of the best amount of thermally activated zeolitic sandstone to be incorporated as a mineral addition in the Portland cement. During all phases, different instrumental techniques were used for the chemical and mineralogical characterization of the starting materials and products (sandstone + lime mortar, mortar with Portland cement + sandstone + Portland cement pastes sandstone), including: spectroscopy x-ray fluorescence, x-ray diffraction, thermal analysis and scanning electron microscopy. Heat-flow calorimetru assays were carried out to evaluate the physical properties, besides mechanical testing of compressive strength of cement mortars Porltand. In the first stage of the experimental program, the zeolitic sandstone was sieved into different granulometric fractions in order to remove the inert phases (quartz and other minerals), and concentrate the zeolite for further pozzolanic assays. In the second stage, after the first characterization of the samples, we used the zeolitic sandstone that passed in the # 200 and # 325 sieves and calcined at temperatures of 150º C, 300° C and 500° C. Finally, in the third stage, # 200 fraction was calcined at 500 ° C and mixed in different proportions (10, 20 and 30%) in the mortar. The results of the first stage, which culminated in the first article showed that the zeolitic sandstone accelerated the hydration of Portland cement due to the extreme fineness of the material. The sandstone showed pozzolanic activity, and estilbite is the main responsible for this behavior. However, the reactivity was slightly lower than the minimum required to be employed as pozzolan on an industrial scale. Additional studies are needed to ascertain if the thermal treatment between 400° C and 300o C could increase the pozzolanic activity of the sandstone due to the destruction of the crystalline structure of both estilbite and smectite. For the second stage, the results showed that the # 200 fraction was the most suitable because of the higher estilbite concentration (15%) in comparison to the # 325 ssample (2%). The calcination temperature of 500º C has provided the highest pozzolanic activity due to more effective destruction of the crystalline structure of both estilbite and smectite. More moderate temperatures of 150° C and 300° C were not enough. Mortars with the 200 # sample calcined at 500 ° C reached values smaller as those required for a material to be considered as a pozzolane, in this case, 6 MPa for mortar of lime and 75% for the pozzolanic activity index (IAP). The results showed from the third stage showed that the AZ2-3 mixture (10% of zeolitic sandstone incorporated in Portland cement type CPI-S), showed the best result of compressive strength and mineralogical properties of the samples suitable for the production a commercial cement type CPII-Z. In general, one concludes that the zeolitic sandstone from northeastern Brazil has the potential feasibility of producing a CPII-Z cement, whose pozolan contents ranges from 6 to 14% in the Portland cement, according to the ABNT - NBR 11578. Although the strength of the mortar with 10% of AZ2- 3 has reached resistance values close to the reference mortar with 100% of CPI-S, further studies should be carried out in order to find better proportion of sandstone and to meet the requirements for future commercialization.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-08-08T16:43:38Z No. of bitstreams: 1 Ana Júlia Maciel Marinho Fernandes_.pdf: 24903248 bytes, checksum: e58f36fcc0799fa5830bd2beede0f0ac (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-08T16:43:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ana Júlia Maciel Marinho Fernandes_.pdf: 24903248 bytes, checksum: e58f36fcc0799fa5830bd2beede0f0ac (MD5) Previous issue date: 2018-05-28 / Nenhuma / A utilização de materiais cimentícios suplementares (MCS) na produção de cimento é uma estratégia bastante difundida para diminuição de custos de produção, e pode contribuir para a minimização da emissão de CO2. Estes materiais, ao reagirem com o hidróxido de cálcio (CH), gerado na hidratação do cimento, formam silicatos de cálcio e aluminatos de cálcio hidratados adicionais, contribuindo para o ganho de resistência. Segundo a normativa brasileira, para ser considerado um material pozolânico, o somatório de óxidos de Si, Al e Fe deve ser maior do que 70%. No entanto este requisito deve ser tomado com restrições, pois evidências indicam que somente a fração amorfa dos óxidos pozolânicos é que consomem CH. Diante disto, este trabalho teve por objetivo geral avaliar de forma comparativa a influência da composição química e da fração amorfa dos óxidos pozolânicos na reatividade de materiais cimentícios suplementares. Foram estudados uma cinza volante da combustão do carvão (CV); de um resíduo de cerâmica vermelha (RCV); e de um metacaulim (MK). Os materiais tiveram a granulometria ajustada a fim de se obter um D50 de 4 ± 2 µm, buscando uma menor diferença entre a distribuição granulométrica dos MCS e o pó de quartzo (PQ), empregado para compor um padrão secundário de referência, o que permite isolar o fator consumo de cimento nas análises. Os MCS foram caracterizados por FRX, por granulometria à laser, por adsorção de nitrogênio, por picnometria de gás hélio, e microscopia eletrônica de varredura. Empregou-se também DRX em conjunto com o refinamento de Rietveld, utilizando-se o método do padrão interno para a quantificação de fases. A reatividade dos MCS foi medida pelo método de Fratini, por TG/DTG e por resistência à compressão, em pastas e argamassas. Constatou-se que todos os MCS são reativos. O teor de amorfos totais em geral não explica o consumo de CaO, nem as resistências de argamassas. O teor de alumina amorfa apresenta considerável influência sobre consumo de CH, medido em análise térmica, em relação à pasta com PQ. O emprego de pastas para ensaios de resistência, e o padrão com PQ, permitiu avaliar a contribuição da reação dos MCS para as resistências, e, neste caso o teor de amorfos totais e de Al2O3 amorfa apresentam a mesma tendência de comportamento, quanto maior o teor, maior a resistência. No entanto, esta tendência não foi observada quando o teor de SiO2 é isolado, pois o RCV não segue o mesmo comportamento. Foi observado também que o teor elevado de Fe2O3 do RCV pode ser o responsável pela baixa redução de CaO observada no ensaio de Fratini deste MCS. / The use of supplementary cementitious materials (SCM) in the cement production is an usually strategy to reduce costs, and it can promote the reduce of the CO2 emissions. These materials react with the calcium hydroxide (CH), generated in the cement hydration, forming hydrated calcium silicates and aluminates, contributing for the compressive strength. A pozzolanic material has to have, according the Brazilian Standards, a sum of Si, Al and Fe oxides above 70%. However, this requirement have to be taken in account with caution, as evidences indicate that only the amorphous fraction of the pozzolanic oxides consume CH. The aim of this work is to evaluate in a comparative way the influence of the chemical composition and of the amorphous fase of pozzolanic oxides in the reactivity of supplementary cementitious materials. It was studied a fly ash from coal burning (FA), a fired-clay brick powder (FCP) and a comercial metacaulim (MK). The size distribution of the material was adjusted in order to obtain a D50 of 4 ± 2 µm, in order to adjust the granulometry of the materials with the quartz powder (QP), that was employed in a secondary reference composition. The use of this secondary reference allows to compare the pozzolanic materials mixtures with a reference with the same cement consumption. The SCM were characterized by XRF, by laser granulometry, by nitrogen adsorption method, helium gas pycnometry, and by scanning electronic microscopy. It was also employed XRD associated with Rietveld refinement, using the internal pattern method for phase quantifying. The SCM reactivity was measured by Fratini Method, by TG/DTG and by compressive strength, in cement pastes and mortars. It was found that all SCM are reactions. The total amorphous content in general does not explain the CaO consumption, neither the mortars strength. The amorphous alumina content shows a considerable influence on the CH consume measured by TG, taking as reference the pastes with QP. The use of cement paste for compressive strength tests, as well the reference with QP, allowed to evaluate the contribution of the reactivity of SCM for the strength, and, in this case, the total amorphous content and the amorphous Al2O3 content presented the same tendency of behaviour: as big is the content, as big is the strength. However, this tendency it was not observed when the amorphous SiO2 is isolated, because the FCP does not have the same behaviour. It also was observed that the high content of Fe2O3 in the FCP can be responsable for the low tax of CaO consumption observed in the Fratini method of this SCM.

Orientador: Jorge Luís Akasaki / Co-orientador: Mauro Mitsuuchi Tashima / Banca: José Luiz Pinheiro Melges / Banca: Jorge Juan Payá Bernadeu / Resumo: O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, devido a sua alta produção, enormes quantidades de cinza de bagaço cana-de-açúcar são geradas após a fabricação de álcool e açúcar. A fim de encontrar uma aplicação sustentável para este material residual, este trabalho avalia a produção e utilização de cinza de bagaço cana-de - açúcar (CBC), tanto na produção de aglomerantes com cimento Portland e também em aglomerantes ativados alcalinamente. As propriedades físicas e químicas de CBC foram avaliadas e, os resultados obtidos demonstraram que a CBC apresentou um baixo teor de matéria orgânica (4,4 %) e um elevado teor de SiO2 (78,6 %). A análise por meio do DRX mostrou a presença de fases cristalinas na CBC, sendo o quartzo a fase principal cristalina e a sua presença pode ser atribuída contaminação do bagaço por impurezas do solo. O uso de CBC em substituição parcial ao cimento Portland foi analisado para diferentes porcentagens e tempos de cura. A Reatividade pozolânica da CBC também foi determinada em pastas hidróxido de cálcio / CBC e pastas de cimento Portland / CBC por meio de análise termogravimétrica (TGA). Os resultados confirmaram a reatividade pozolânica da CBC. Para a produção de argamassas e pastas ativadas alcalinamente, trabalhou-se com uma mistura de escória de alto-forno / CBC. Diferentes porcentagens de CBC na faixa de 0-50 % e diferentes tipos de soluções ativadoras foram usadas neste estudo, tais como: hidróxido de sódio, hidróxido de potássio e solução de silicato de sódio. As argamassas ativadas alcalinamente apresentaram resistência à compressão variando de 15-50 MPa, após 90 dias de cura à temperatura ambiente. A análise microestrutural para pastas e argamassas ativadas alcalinamente foram realizadas utilizando diversas técnicas instrumentais, tais como: TGA, FTIR, DRX, SEM e PIM. Para a análise da durabilidade ... / Abstract: Brazil is the biggest worldwide sugar cane productor and, due to its high production, huge amounts of sugar cane bagasse ash are generated after alcohol and sugar manufacture. In order to find out a sustainable application for this waste material, this work assess the production and use of sugar cane bagasse ash (SCBA) both in Portland cement blended and also in alkali-activated binders. Physical and chemical properties of SCBA were assessed and, obtained results showed that SCBA presented low organic matter (4.4%) and a high SiO2 content (78.6%). XRD pattern showed the presence of crystalline phases in the SCBA, mainly quartz assigned to the soil impurities. The use of SCBA in Portland cement blended mortars was achieved in different percentages and for different curing time. Pozzolanic reactivity of SCBA was also determined in calcium hydroxide/SCBA pastes and Portland cement/SCBA pastes by means of thermogravimetric analysis (TGA) for different curing time. The results confirmed the pozzolanic reactivity of SCBA. SCBA was also used in binary systems blast furnace slag/SCBA for the production of alkali-activated binders. Different percentages of SCBA in the range 0-50% and different types of activating solutions such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and sodium silicate solution were used in this study. Compressive strength mortars in the range 15-50 MPa were yielded after 90 curing days at room temperature. Microstructural analyses for alkali-activated binders were performed using several instrumental techniques such as TGA, FTIR, XRD, SEM and MIP. The durability of selected alkali-activated mortars were tested both in acid attack (HCl, HAc and HN4Cl) and sulfate attack (Na2SO4 and MgSO4). The obtained results were compared to a Portland cement mortars and depending on the attack and on the activating solution, alkali-activated binders can present increment on the compressive strength even ... / Mestre