L’incorporation de sous-produits agricoles ou de matériaux naturels dans la matrice cimentaire confère des propriétés intéressantes aux composites élaborés. L’objectif de cette thèse est d’élaborer un matériau pouvant répondre aux exigences mécaniques, thermiques et de durabilité des matériaux de construction en zone tropicale humide. Dans un premier temps, l’activité pouzzolanique d’une pouzzolane naturelle, de cendres de tronc de bambou et de cendres de bagasse de canne à sucre ont été évaluées. L’influence de leur incorporation a été ensuite étudiée sur les propriétés mécaniques et la durabilité des mortiers exposés à des ions chlorures et sulfates. Dans un second temps, l’influence de l’ajout de fibres de bagasse sur les propriétés thermiques et mécaniques des composites a été étudiée en fonction de différents paramètres (teneur en fibres, environnement de vieillissement, type de matrice cimentaire).Les résultats obtenus ont permis de montrer que les matériaux étudiés possèdent une activité pouzzolanique et qu’il est possible de les incorporer au ciment afin de lutter contre la corrosion. De plus, les composites élaborés avec des fibres de bagasse sont plus isolants que ceux élaborés sans fibres. Cependant, du point de vue des propriétés mécaniques, l’incorporation de fibres de bagasse diminue les contraintes à la flexion des composites. / The incorporation of crop wastes or natural materials in the cement matrix confers interesting properties to composites prepared. The aim of this thesis is to develop a material that can reach the mechanical, thermal and durability requirements for building materials in the humid tropical zone. Firstly, pozzolanic activity of a natural pozzolan, bamboo stem and sugar cane bagasse ashes has been determined. Influence of their incorporation on mechanical properties and durability of mortars exposed to chloride and sulphate ions was studied. Secondly, influence of addition of bagasse fibers on thermal and mechanical properties of composites was studied as a function of various parameters (fibers content, curing, type of cement matrix).These results has shown that the materials studied have pozzolanic activity and it is possible to incorporate them into the cement to fight against corrosion. Moreover, composites elaborated with bagasse fibers are more insulating than those elaborated without fibers. However, from the viewpoint of mechanical properties, incorporation of bagasse fibers decreases flexural strength of composites in the present work and under the conditions producing procedures that were adopted.

A utilização de cinza volante na composição de material cimentício o torna mais sustentável, além de conferir à matriz hidratada características peculiares que melhoram o desempenho frente à ação de diferentes agentes deletérios. A principal desvantagem da utilização de pozolana no sistema cimentício é a maior susceptibilidade à carbonatação. A maior taxa de neutralização da solução aquosa dos poros é devida ao teor remanescente menor de portlandita na matriz. O conhecimento das características da cinza volante que influenciam a interação com a cal, é necessário para subsidiar medidas preventivas com relação ao consumo de portlandita. A presente pesquisa objetiva verificar a eficiência da adição de cal hidratada em concreto executado com cimento pozolânico como forma de reduzir a susceptibilidade à carbonatação. As etapas realizadas para cumprir o objetivo abrangem: a caracterização da cinza volante, com ênfase na determinação do teor de fase vítrea; a cinética de reação em sistema de cinza volante e hidróxido de cálcio; a evolução da hidratação, e a decorrente variação microestrutural. Nos sistemas cimentícios de concretos cujas composições são 100% de cimento ou 50% de cimento e 50% cinza volante, com e sem a adição de 20% de cal hidratada, foi caracterizado a microestrutura da camada de cobrimento e o seu desempenho frente à ação do anidrido carbônico, em ensaio acelerado. Na cinza volante estudada, o teor de fase vítrea foi de 57%, e o consumo máximo por atividade pozolânica, função da área específica BET, foi de 0,69 gramas de Ca(OH)2/grama de fase vítrea de cinza volante. No cimento portland pozolânico, este consumo é menor devido à estrutura formada pela hidratação do cimento. A adição de cal hidratada à pasta de cimento e cinza volante, além de aumentar o consumo de cal por atividade pozolânica, restabeleceu, parcialmente, o teor remanescente de portlandita na matriz. A interação da cinza volante com a cal hidratada não interfere no volume total de vazios da matriz hidratada, porém, refina a microestrutura, aumentando o volume de mesoporos. A carbonatação, em concretos com mesma resistência à compressão de 55 MPa, atingiu maior profundidade quando executado com cimento pozolânico. A adição de cal hidratada não foi eficiente em reduzir a susceptibilidade à carbonatação acelerada. / The use of fly ash in the composition of the cementitious material makes it more sustainable, besides conferring to the hydrated matrix peculiar characteristics which improve its performance with relation to the action of different deleterious agents. The main disadvantage of pozzolan utilization in cementious systems is its susceptibility to carbonation. The greatest neutralization rate of the aqueous solution of the cement pore is, generally, attributed to the smallest amount of portlandite remaining in the matrix. It is necessary to widen knowledge about the characteristics of the fly ash which influence the interaction with calcium hydroxide in order to promote preventive measures with regard to portlandite consumption. This current research aims at verifying the efficiency of hydrated lime addition to concrete by using pozzolanic cement as a way of reducing its susceptibility to carbonation. The steps employed to attain this objective include: fly ash characterization with an emphasis on glass content; fly ash and calcium hydroxide systems kinetics; hydration evolution; and the consequent microstructure variation. In cementious systems of concrete whose composition is either 100% cement or 50% cement and 50% fly ash _ with or without 20% addition of hydrated lime _ it was characterized the microstructure of covercrete and its performance with regard to the interaction with carbon dioxide in accelerated testing. In the studied fly ash, glass content was 57% and the maximum consumption per pozzolanic activity, which is function of BET specific surface area, was 0.69 g of Ca(OH)2/g of glass content in the fly ash. As far as pozzolanic Portland cement is concerned, this consumption is smaller due to the structure formed by the cement hydration. The addition of hydrated lime to the cement paste and fly ash, besides increasing the consumption of lime per pozzolanic activity, partially, reestablished the remaining content of portlandite in the matrix. The interaction of the fly ash with the hydrated lime does not interfere in the total volume of void spaces in the hydrated matrix; however, it refines the microstructure by increasing the volume of mesopores. Carbonation in concrete with the same compressive strength of 55 MPa reached its deepest point when performed in pozzolanic cement. The addition of hydrated lime was not efficient at reducing susceptibility to accelerated carbonation.

O aproveitamento de fibras naturais como materiais de reforço em compósitos cimentícios é uma alternativa que apresenta potencial técnico, econômico, social e ambiental. Porém seu uso é limitado pela baixa durabilidade e estabilidade dimensional, refletidas na perda da capacidade de reforço das fibras em consequência da sua rápida degradação dentro da matriz de cimento. Para abordar esta situação, estudos ao redor do mundo mostraram que é possível aplicar tratamentos sobre as fibras e/ou matriz, modificando seu comportamento e obtendo resultados positivos. Dentro deste contexto, o presente estudo teve por objetivo aplicar e avaliar o efeito do tratamento de hornificação sobre polpas vegetais de eucalipto e pinus (não branqueadas) e do tratamento de carbonatação acelerada ou uso de adições pozolânicas sobre a matriz de cimento, alterando sua alcalinidade, buscando assim, maior durabilidade do material de reforço e otimizando o desempenho geral do compósito. Para atingir os objetivos propostos foram determinadas e analisadas propriedades físicas, morfologias e microestruturais das polpas antes e após do processo de hornificação. Posteriormente, em uma segunda etapa do trabalho, foram produzidos compósitos cimentícios com vistas em determinar o teor de reforço ótimo (6%, 8% e 10%) de polpas celulósicas (tratadas e não tratadas), curados por cura térmica sendo avaliados por meio da determinação de propriedades físico-mecânicas, microestruturais e de durabilidade. Seguidamente, em uma terceira etapa do trabalho, foram produzidos compósitos cimentícios com polpas celulósicas (tratadas e não tratadas) curados por carbonatação acelerada, sendo avaliados por meio da determinação de propriedades físico-mecânicas, microestruturais e de durabilidade. Na última etapa, foram avaliadas formulações de compósitos cimentícios reforçados com a polpa celulósica (tratada e não tratada) de melhor desempenho com adição de cinzas de casca de arroz ou resíduo de carvão ativado como material pozolânico, sendo avaliadas suas propriedades físico-mecânicas, microestruturais e de durabilidade. Os resultados obtidos permitem identificar que a hornificação gera modificações na estrutura interna das polpas reduzindo sua capacidade de absorção de água, estabilidade dimensiona, colapso do lúmen e incremento da rugosidade superficial sem ocasionar deterioração da sua estrutura ou componentes. No que concerne à influência da porcentagem de polpa de reforço aplicada, o desempenho das propriedades físico-mecânicas caiu proporcionalmente com o incremento da porcentagem de reforço, sendo este fenômeno acompanhado pela formação de aglomerações de polpas. Assim, os compósitos com 6% de reforço de polpas de eucalipto ou pinus se destacaram pelo desempenho. Em relação ao reforço com fibras hornificadas, foram obtidas melhoras no desempenho do módulo de ruptura e energia específica, com destacável conservação após do material ser envelhecido. Ao ser aplicada a cura por carbonatação acelerada sobre as matrizes, se obtiveram melhoras destacáveis na durabilidade das fibras e no desempenho mecânico antes e após do envelhecimento acelerado em relação aos compósitos curados por cura térmica. Estas melhoras foram mais representativas com o reforço de polpas hornificadas. O uso de substituição parcial do cimento por CCA mostrou o pior desempenho físico-mecânico. Por sua vez, a substituição de 25% de RCA permitiu alcançar melhoras no comportamento das propriedades físico-mecânicas das matrizes, especialmente com o reforço com a polpa hornificada. / The use of natural fibers as reinforcement materials in cement composites is an alternative that offers technical, economic, social and environmental potential. But their use is limited by its low durability and dimensional stability, reflected in a building capacity loss as result of its rapid degradation within the cement matrix. To address this situation, studies around the world show that it is possible to apply treatments on the fibers and/or the matrix, thus, modifying their behavior and obtaining positive results. Within this context, this study aimed to implement and evaluate the effect an hornification treatment on eucalyptus and pine kraft pulps (unbleached); and an accelerated carbonation treatment or use pozzolanic additions on the cement matrix that changes its alkalinity, seeking thus, greater durability of the reinforcing material, optimizing the overall performance of the composite. To achieve the proposed objectives, the physical, and microstructural morphologies of the pulps were determined and analyzed before and after the hornification process. Then, in a second stage of the work, cementitious composites were produced with a view to determining the optimal reinforcement content (6%, 8% and 10%) of cellulosic pulps (treated and untreated), cured by thermal curing, being evaluated by the determination of its durability, physical-mechanical and microstructure properties. Subsequently, in a third stage of the work, cementitious composites were developed with cellulose pulps (treated and untreated) and cured by accelerated carbonation, being evaluated by the determination of its durability, physical-mechanical and microstructure properties. In the last stage, formulations of cementitious composites reinforced with cellulose pulps (treated and untreated) of better performance were evaluated with the addition of rice husk ash (CCA) or activated coal mining waste (RCA) as pozzolanic material, being evaluated their physicomechanical, microstructural and durability properties. Therefore, we expected to obtain a cement matrix of low alkalinity and a reinforcing fiber with lower capacity for water absorption and higher dimensional stability, which acting together would achieve a superior mechanical performance as well as a longer durability over time. The obtained results allow to identify that the hornification generates modifications in the internal structure of the pulps reducing its capacity of water absorption, stability, lumen collapse and increase surface roughness without causing deterioration of its structure or components. Regarding the influence of the percentage of reinforcing pulp applied, the performance of the physical-mechanical properties fell proportionally with the increment of the reinforcement percentage, being this phenomenon accompanied by formation of agglomerations of pulps. Thus, the composites with 6% reinforcement of pulps of eucalyptus or pinus stood out by the performance. In relation to the reinforcement with hornificated fibers, the performance of the modulus of rupture and specific energy were obtained, with detachable conservation after the material was aged. When accelerated carbonatation curing was applied to the matrices, the durability of the fibers and the mechanical performance before and after the accelerated aging were obtained in relation to the heat curing composites. These improvements were more representative with the reinforcement of hornified pulps. The use of partial cement substitution by CCA showed the worst physicomechanical performance. On the other hand, the substitution of 25% or RCA allowed to achieve improvements in the behavior of the physical-mechanical properties of the matrices, especially with the reinforcement with the hornified pulp.

O objetivo dessa dissertação é analisar o comportamento de um pavimento com base em solo estabilizado com cal e cinza volante (base pozolânica). O pavimento foi construído em 1985, aproveitando solos próximos à rodovia. Os materiais pozolânicos utilizados foram cinzas volantes originadas na queima do carvão mineral na petroquímica de Triunfo – Rio Grande do Sul - RS, misturadas com cales dolomíticas produzidas à época no Rio Grande do Sul. Na fase inicial da pesquisa a seguir relatada, analisaram-se informações sobre os materiais, estudos das misturas, métodos de dimensionamento bem como das especificações construtivas. O projeto do pavimento foi elaborado e supervisionado pela Fundação de Ciência e Tecnologia – CIENTEC - RS, utilizando um método de dimensionamento baseado na teoria da elasticidade e um método de elementos finitos. Na parte experimental do trabalho, analisaram-se a condição superficial e estrutural do pavimento submetido ao tráfego e as condições ambientais durante 27 anos, através de levantamentos de campo (defeitos superficiais, com cálculo do IGG, e deflexões) e de retiradas de amostras para ensaios laboratoriais de módulo de resiliência e resistência à tração na compressão diametral. Também se realizaram ensaios de difração de raios-X de amostras coletadas no pavimento, visando identificar a formação de produtos cimentantes. De posse dos módulos de resiliência das amostras de campo, calcularam-se as respostas estruturais do pavimento (tensões, deformações e deslocamentos) com as quais se realizaram análises de fadiga da camada estabilizada e de capacidade estrutural do pavimento (resistência a elevadas tensões de tração). Complementarmente, elaboraram-se traços de outras misturas com solo semelhante e cinza volante, empregando cales disponíveis atualmente no mercado, sem obter-se, contudo, as elevadas resistências e módulos das amostras de campo. Globalmente, conclui-se que a estabilização alcalina, com utilização dos solos locais e o aproveitamento de cinza volante e acréscimo de cal hidratada, é uma técnica apropriada dos pontos de vista técnico (pavimento de longa durabilidade), econômico (redução de custos de conservação e de custo com transporte de materiais) e ambiental (preservação de jazidas de agregados, aproveitamento de materiais locais e, especialmente, de resíduos abundantes). / This dissertation analyzes the behavior of a pavement with soil-lime-fly ash stabilized base course (pozzolanic base). The pavement was built in Rio Grande do Sul state (RS), southern Brazil, in 1985, with use of local soils. Fly ashes resulting from coal burning in a petrochemical unit were used as pozzolanic materials, mixed to dolomitic limes produced at that time in the state. In the initial stage of the research here reported, data related to materials, stabilized mixes, design methods and construction specifications were analyzed. The pavement was designed and supervised by the State Science and Technology Foundation (CIENTEC – RS), using a design method based on the elasticity theory and the finite element method. In the experimental part of the research, the pavement structural and functional conditions were analyzed, taking into account that it had been loaded by traffic and submitted to environmental changes along 27 years. Field surveys were carried out; surface distresses survey to allow computing a Brazilian Distress Gravity Index (IGG), and surface deflections to evaluate the pavement bearing capacity. Samples were cored from the asphalt mixture wearing course and form the soil-lime-fly ash base course to measure resilient modulus and split tensile strength in laboratory. Besides, X-ray diffraction tests were carried out aiming at identifying new stabilizing compounds in samples of the stabilized base. Using the measured resilient moduli, the pavement structural answers (stresses, strains and deflections) were computed. Both the fatigue life of the pozzolanic base and the pavement bearing capacity (capacity of resisting high tensile stresses) were analyzed. In addition, new soil-lime-fly ash mixtures were designed using limes presently available in the state and elsewhere; however the achieved strength and modulus values were quite lower than those measured in field samples. All in all it is concluded that the alkaline stabilization, using local soils and fly ashes and hydrated lime , is a satisfactory technique form technical (long-lasting pavement), economical (reducing both the costs of material transportation and pavement maintenance) and environmental (use of local materials, especially abundant wastes and preservation of non-renewable aggregates sources) points-of-view.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-06-15T15:50:42Z No. of bitstreams: 1 DÉBORA MAGALI HANSEN_.pdf: 2330600 bytes, checksum: 74a7605994355dc5762f8c364bddf4c9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-15T15:50:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DÉBORA MAGALI HANSEN_.pdf: 2330600 bytes, checksum: 74a7605994355dc5762f8c364bddf4c9 (MD5) Previous issue date: 2016-03-30 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares / A destinação final ambientalmente adequada para os resíduos sólidos industriais é uma problemática que veio ganhando maior importância ao longo dos anos. O setor da construção civil consome grandes quantidades de insumos, gerando paralelamente grandes quantidades de resíduos. Quando o assunto é reciclagem de resíduos industriais, o setor da construção civil exerce um papel importante, reciclando resíduos de diversos setores da economia. Tendo em vista a existência do polo cerâmico no Rio Grande do Sul, e totalidade de resíduos de cerâmica vermelha (RCV) resultante desse polo, buscou-se através deste estudo, verificar qual é o percentual de geração de RCV em uma empresa específica, devido a grande variabilidade dos dados apresentados pela literatura. E em paralelo buscou-se avaliar o potencial pozolânico do RCV e comparar o seu desempenho com o metacaulim, material já consagrado como pozolana. Os aglomerantes (cimento CP II-F-32, Ca(OH)2 – P.A., CH-I) e os materiais pozolânicos (RCV e metacaulim) empregados na pesquisa foram caracterizados quimicamente por ensaios de fluorescência de raios X (FRX) e Perda ao Fogo (PF), mineralogicamente por ensaios de difração de raios X (DRX) e fisicamente por ensaios de, granulometria a laser, massa específica e área superficial específica (BET). Além disso, o RCV e o metacaulim foram submetidos a ensaios para determinação do teor de umidade e finura. Para avaliar a atividade pozolânica do RCV e comparar seu desempenho ao metacaulim foram realizados ensaios de condutividade elétrica, termogravimetria e ensaios de resistência à compressão, orientados pelas NBR 5752:2014, NBR 5751:2015 e NBR 15894:2010. Mediante os resultados obtidos, verificou-se que o percentual de geração de RCV na empresa objeto de estudo, com os ensaios de caracterização foi possível verificar que o RCV atende aos requisitos químicos estabelecidos pela NBR 12653:2014. O procedimento de moagem conferiu ao RCV uma granulometria adequada para uso como pozolona. Quanto a atividade pozolânica, verificou-se que o RCV atendeu ao requisito da NBR 12653:2014, no que diz respeito à resistência com o aglomerante Ca(OH)2 P.A., já quando ensaiado com o aglomerante CH-I, o RCV apresentou resistência à compressão consideravelmente superior ao metacaulim. Já nas argamassas moldadas com cimento, o RCV não atingiu o índice de atividade pozolânica (IAP) exigido na NBR 12653:2014, impedindo sua classificação como material pozolânico. Nas argamassas ensaiadas sob as prescrições da NBR 15894:2010, contendo 15% de substituição do cimento pelo RCV, os resultados de resistência à compressão não apresentaram diferenças significativas em relação às argamassas referência, apontando indícios de melhor desempenho em menores teores de substituição. As análises térmicas evidenciaram o consumo de Ca(OH)2 das pastas. As pastas formuladas com 25% de substituição do cimento por metacaulim apresentaram maior consumo de Ca(OH)2 em relação as pastas formuladas com 25% de RCV, evidenciando a atividade pozolânica dos materiais. / The final destination environmentally suitable for industrial solid waste is a problem that came gaining more importance over the years. The construction industry consumes large amounts of supplies, generating parallel large quantities of waste. When it comes to recycling of industrial waste, the construction sector plays an important role, recycling waste from various sectors of the economy. Considering the existence of the ceramic polo at the Rio Grande do Sul, and all red ceramic waste (RCV) resulting from this pole, we sought through this study, find what is the percentage of RCV generation in a specific company due the great variability of the data presented in the literature. And in parallel we sought to evaluate the potential of pozzolan RCV and compare their performance with metakaolin, material already recognized as pozzolan. The binder (cement CP II-F-32, Ca(OH)2 – P.A., CH-I) and pozzolanic materials (RCV and metakaolin) employed in the study were chemically characterized by X-ray fluorescence assays (XRF) and Loss Fire (PF), mineralogically by testing X-ray diffraction (XRD) and physically by tests of laser granulometry, specific gravity and specific surface area (BET). Furthermore, the RCV and metakaolin were subjected to tests for determination of humidity content and fineness. To evaluate the pozzolanic activity of the RCV and compare its performance to metakaolin were performed electrical conductivity tests, thermogravimetry and compressive strength tests, guided by the NBR 5752:2014, NBR 5751:2015 and NBR 15894:2010. From the results obtained, found to the percentage of RCV generation in study subject company with the characterization tests it was verified that the RCV meets chemical requirements of the NBR 12653:2014. The grinding procedure gave the RCV adequate particle size for use as pozolona. As the pozzolanic activity, it was found that the RCV met requirement the NBR 12653:2014 with regard to resistance to Ca(OH)2 P.A. agglomerating, since when tested with CH-I agglomerating, the RCV showed compression resistance the considerably higher than metakaolin. Already in the cast with cement mortar, the RCV has not reached the pozzolanic activity index (IAP) required in NBR 12653:2014 preventing classification as pozzolanic material. In mortars tested under the requirements of NBR 15894:2010, containing 15% replacement of cement by RCV, the compressive strength results showed no significant differences from the reference mortar, indicating better performance indications in lower replacement levels. The thermal analysis showed the consumption of Ca(OH)2 pastes. The pastes formulated with 25% of the cement replaced by metakaolin showed increased consumption of Ca(OH)2 relative pastes formulated with 25% RCV, showing the pozzolanic activity of the materials.

In this thesis, characterization of two class F fly ashes (FA) from &Ccedil / atalagzi and Sug&ouml / z&uuml / thermal power plants were carried out and their utilization potentials in three different fields were examined. Characterization of sintered samples and determination of their utilization potentials in ceramic industry is the first research area in this thesis. For this purpose, the class F fly ash samples were first pressed into cylindrical specimen without the addition of any organic binders or inorganic additives, and then sintered to form ceramic materials. Effects of sintering temperature and time on sintering characteristics were investigated. In the experiments, the cylindrical specimens were first preheated to 300oC for 1 h to remove moisture and any other gases. The specimens were then fired at the temperatures of 1000oC, 1050oC, 1100oC and 1150oC for the sintering times of 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 hours. Heating rate of 10oC/min was kept constant throughout the experiments. Quality of sintered samples was evaluated in terms of ceramic specifications such as density, water absorption, porosity, shrinkage and splitting tensile strength. In addition, mineralogical and microstructural changes during sintering were determined with X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analyses. According to literature data, better microstructure, the highest density and strength with the lowest porosity, water absorption and shrinkage values are the indications of the optimum sintering conditions. Based on these specifications, Sug&ouml / z&uuml / fly ash gave better results compared to &Ccedil / atalagzi fly ash, and the optimum conditions were achieved at the sintering temperature of 1150oC for the sintering time of 1.5 hours for both samples. Pozzolanic reactivity of the fly ashes and their utilization potentials in civil engineering applications were also examined in detail during this study. For this purpose, &Ccedil / atalagzi (CFA) and Sug&ouml / z&uuml / (SFA) fly ashes were first subjected to a specific hydraulic classification process developed at CAER (University of Kentucky, Center for Applied Energy Research) to recover ultrafine fly ash particles. The overflow products with average particle sizes of 5.2 &mu / m for CFA and 4.4 &mu / m for SFA were separated from the respective as-received samples with average particle sizes of 39 &mu / m and 21 &mu / m. After the classification stage, the pozzolanic activities of these ultrafine fly ash fractions (UFA) and as-received samples were examined by preparing a number of mortar (mixture of Portland cement (PC), FA or UFA as partial cement replacement, sand and water) and paste (mixture of PC, FA or UFA as partial cement replacement and water) specimens. Control samples containing only PC were also prepared and tested through the experiments for the comparison of the results. In the mortar experiments, three different PC replacement ratios by FA and UFA (10%, 20% and 30%) were used to examine the effects of FA and UFA samples on the fresh and hardened mortar properties such as water requirement, compressive strength, drying shrinkage and water expansion. These mortar tests indicated that ultrafine fractions of &Ccedil / atalagzi (CUFA) and Sug&ouml / z&uuml / (SUFA) fly ashes provided more than 10% reduction in water demand compared to the control sample for 30% PC replacement. The mortar cubes containing CUFA and SUFA samples exhibited also higher strength development rates after 14 days compared to the ones with as-received samples and PC only. At the end of the curing age of 112 days, both CUFA and SUFA provided more than 40% increase in compressive strength compared to the control sample for the PC replacement ratios higher than 20%. As a comparison, SUFA gave better results than CUFA in both water demand and compressive strength tests. The mortar bars prepared with the both FA and UFA samples exhibited very low shrinkage and expansion values. These values decreased generally with increasing PC replacement ratio especially after 14 days. In the paste experiments, thermogravimetric analyses (TGA) of the paste specimens prepared by using only with 20% PC replacement were carried out to determine pozzolanic reactivity of the samples. The difference between the remaining Ca(OH)2 (portlandite) contents in the paste specimens containing the fly ashes and the reference PC paste was used as a measure of pozzolanic reactivity. After 112 days, 68.56% and 62.68% Ca(OH)2 content of PC only pastes were obtained with the pastes containing CUFA and SUFA samples, respectively, corresponding to 11% and 13% more Ca(OH)2 consumptions in reference to the respective as-received samples. X-ray diffraction (XRD) analyses were also performed for comparison of main portlandite peak intensities in the paste specimens containing FA or UFA with those in the PC only paste during cement hydration. According to these XRD analyses, portlandite content in PC/UFA pastes decreased significantly after 14 days compared to the PC only paste. All of these tests and analyses showed that a highly reactive lower cost pozzolan with very fine particle size and higher surface area compared to regular fly ash pozzolans can be produced from both &Ccedil / atalagzi and Sug&ouml / z&uuml / fly ashes using a relatively simple hydraulic classification technology. Cenosphere recovery potentials from &Ccedil / atalagzi and Sug&ouml / z&uuml / fly ashes were also studied in this thesis. Determination of cenosphere content was done under optical microscope by particle counting on the basis of point and area. Based on the point-counting data, CFA and SFA samples originally contain 11.30% and 4.50% cenospheres, respectively. Variations of cenosphere contents in the fly ash samples were examined by using float-sink, screening and air classification tests. The results pointed out that cenosphere contents decreased with decreasing size and increasing density for both samples. According to the float-sink tests, &Ccedil / atalagzi fly ash has much more floating products and more cenospheres than Sug&ouml / z&uuml / fly ash for the same density interval. Based on the air classification results, cenospheres were concentrated in the underflow products, and cenosphere contents increased with increasing air pressure and decreasing motor speed for both samples. The most efficient cenosphere separation technique among the examined methods was screening. Cenosphere contents of CFA and SFA increased to 21.65% and 11.83%, respectively by only using simple screening through 38 &mu / m.

Orientador: Jorge Luis Akasaki / Banca: Marco Antonio Moraes Alcantara / Banca: Antônio Alberto Nepomuceno / Resumo: O presente trabalho apresenta um método de produção de cinza de casca de arroz (CCA) altamente reativa e de coloração clara, bem como o seu comportamento em matrizes de cimento Portland com o intuito de avaliar a atividade pozolânica da CCA. O trabalho está dividido em quatro etapas, a saber: construção de um forno e produção da cinza de casca de arroz, caracterização físico-química da CCA, verificação da atividade pozolânica do material através de métodos instrumentais e, finalmente, ensaios mecânicos em argamassas de cimento Portland. O forno utilizado para a produção da cinza de casca de arroz não apresenta controle de temperatura e, o tempo de queima é bastante longo, aproximadamente 36 horas. Neste método obtém-se cerca de 1,5Kg de cinza por processo de queima. A cinza obtida apresenta uma coloração clara e o seu caráter amorfo foi determinado através de diferentes métodos: difração de Raio-X, determinação do teor de sílica amorfa, análise termogravimétrica, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e ensaios mecânicos em argamassas de cimento Portland. O programa experimental também abrange estudos de variação da finura da CCA e estudos com diferentes porcentagens, em substituição ao cimento Portland. Os resultados obtidos foram comparados... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This research show a method of production white amorphous Rice Husk Ash (RHA), therefore, the behaviour of RHA in Portland cement matrix to evaluate the pozzolanic activity of this material. The research can be shared in four steps, to know: construction of an oven and production of rice husk ash, physical-chemical analysis of the rice husk ash, evaluation of pozzolanic activity of the pozzolan though instrumental analysis and, finally, mechanical properties of Portland cement mortars. The oven used for production of rice husk ash didn't have a control of temperature and, the time of burning is so longer, approximately 36 hours. In this method is obtained for about 1,5Kg of ash. The obtained ash has white colour and its amorphous phase were determined though different methods: X-ray diffractometry, determination of amorphous silica, Termogravimetric Analysis (TA), scanning electron microscopy (SEM) and mechanical properties of Portland cement mortars. Besides that, the experimental procedure involves studies on fineness variation of rice husk ash and different degrees of Portland cement substitution. The obtained results were compared with silica fume, because this is the most similar pozzolanic material with rice husk ash. The RHA produced under this method can be used... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O objetivo dessa dissertação é analisar o comportamento de um pavimento com base em solo estabilizado com cal e cinza volante (base pozolânica). O pavimento foi construído em 1985, aproveitando solos próximos à rodovia. Os materiais pozolânicos utilizados foram cinzas volantes originadas na queima do carvão mineral na petroquímica de Triunfo – Rio Grande do Sul - RS, misturadas com cales dolomíticas produzidas à época no Rio Grande do Sul. Na fase inicial da pesquisa a seguir relatada, analisaram-se informações sobre os materiais, estudos das misturas, métodos de dimensionamento bem como das especificações construtivas. O projeto do pavimento foi elaborado e supervisionado pela Fundação de Ciência e Tecnologia – CIENTEC - RS, utilizando um método de dimensionamento baseado na teoria da elasticidade e um método de elementos finitos. Na parte experimental do trabalho, analisaram-se a condição superficial e estrutural do pavimento submetido ao tráfego e as condições ambientais durante 27 anos, através de levantamentos de campo (defeitos superficiais, com cálculo do IGG, e deflexões) e de retiradas de amostras para ensaios laboratoriais de módulo de resiliência e resistência à tração na compressão diametral. Também se realizaram ensaios de difração de raios-X de amostras coletadas no pavimento, visando identificar a formação de produtos cimentantes. De posse dos módulos de resiliência das amostras de campo, calcularam-se as respostas estruturais do pavimento (tensões, deformações e deslocamentos) com as quais se realizaram análises de fadiga da camada estabilizada e de capacidade estrutural do pavimento (resistência a elevadas tensões de tração). Complementarmente, elaboraram-se traços de outras misturas com solo semelhante e cinza volante, empregando cales disponíveis atualmente no mercado, sem obter-se, contudo, as elevadas resistências e módulos das amostras de campo. Globalmente, conclui-se que a estabilização alcalina, com utilização dos solos locais e o aproveitamento de cinza volante e acréscimo de cal hidratada, é uma técnica apropriada dos pontos de vista técnico (pavimento de longa durabilidade), econômico (redução de custos de conservação e de custo com transporte de materiais) e ambiental (preservação de jazidas de agregados, aproveitamento de materiais locais e, especialmente, de resíduos abundantes). / This dissertation analyzes the behavior of a pavement with soil-lime-fly ash stabilized base course (pozzolanic base). The pavement was built in Rio Grande do Sul state (RS), southern Brazil, in 1985, with use of local soils. Fly ashes resulting from coal burning in a petrochemical unit were used as pozzolanic materials, mixed to dolomitic limes produced at that time in the state. In the initial stage of the research here reported, data related to materials, stabilized mixes, design methods and construction specifications were analyzed. The pavement was designed and supervised by the State Science and Technology Foundation (CIENTEC – RS), using a design method based on the elasticity theory and the finite element method. In the experimental part of the research, the pavement structural and functional conditions were analyzed, taking into account that it had been loaded by traffic and submitted to environmental changes along 27 years. Field surveys were carried out; surface distresses survey to allow computing a Brazilian Distress Gravity Index (IGG), and surface deflections to evaluate the pavement bearing capacity. Samples were cored from the asphalt mixture wearing course and form the soil-lime-fly ash base course to measure resilient modulus and split tensile strength in laboratory. Besides, X-ray diffraction tests were carried out aiming at identifying new stabilizing compounds in samples of the stabilized base. Using the measured resilient moduli, the pavement structural answers (stresses, strains and deflections) were computed. Both the fatigue life of the pozzolanic base and the pavement bearing capacity (capacity of resisting high tensile stresses) were analyzed. In addition, new soil-lime-fly ash mixtures were designed using limes presently available in the state and elsewhere; however the achieved strength and modulus values were quite lower than those measured in field samples. All in all it is concluded that the alkaline stabilization, using local soils and fly ashes and hydrated lime , is a satisfactory technique form technical (long-lasting pavement), economical (reducing both the costs of material transportation and pavement maintenance) and environmental (use of local materials, especially abundant wastes and preservation of non-renewable aggregates sources) points-of-view.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-08-09T13:01:25Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Dissetação.Pablo.final.pdf: 2088555 bytes, checksum: 6d0fea4fe26c7d709925fe51c4d992e9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T13:01:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Dissetação.Pablo.final.pdf: 2088555 bytes, checksum: 6d0fea4fe26c7d709925fe51c4d992e9 (MD5) Previous issue date: 2016-08-25 / A incorporação de resíduos diversos dentro de seus processos produtivos tem sido uma tendência na construção civil, esse processo visa a diminuição dos custos de produção e da deposição de resíduos no meio ambiente, dentro desta ótica as cinzas vegetais tem sido bastante estudadas devido as suas possíveis propriedades pozolânica. Para este estudo foi utilizada a cinza do bagaço da cana-de-açúcar (CBCA) proveniente do estado de Pernambuco, esse material foi submetido a um processo de secagem em estufa a 100°C e um peneiramento para retirar matérias contaminantes como folhas, madeiras e outros. O material foi dividido em quatro partes e submetido a um processo de calcinação nas temperaturas de 300°C, 400°C, 500°C e 600°C e chamadas de CB 300, CB 400, CB 500 e CB 600, a parte do material que não passou por esse tratamento foi denominada de CAN. Posteriormente a CBCA passou por um peneiramento em peneiras de malha #200 e #400 e a moagem em um moinho de bolas e por fim essas amostras foram submetidas aos ensaios de caracterizações físicas (Área específica, BET (BrunauerEmmett-Teller) e Massa específica) e caracterização química (D.R.X. e termogravimetria) e ensaios de consistência e resistência a compressão. A existência de atividade pozolânica foi testada através dos ensaios de D.R.X. e resistência a compressão segundo as normas da ABNT NBR 5751 (2012). No ensaios químicos (D.R.X.) ficou constatada a possível existência de atividade pozolânica do material estudado apenas nas cinzas moídas a sete horas, no ensaio de resistência a compressão apenas as cinzas moídas a sete horas apresentaram desempenho satisfatório. O estudo mostrou a importância do processo de moagem do material e de como o mesmo influencia na atividade pozolânica, já o processo de calcinação teve resultados abaixo do esperado principalmente nas temperaturas a partir de 500°C, já que as amostras apresentaram resultados melhores nas temperaturas de 300°C e 400°C. / The incorporation of various waste in their production processes has been a trend in the construction industry, this process is aimed at reducing production costs and waste disposal on the environment, within this perspective plant ash has been widely studied because of its potential pozzolanic properties. For this study we used sugar cane bagasse ashes (CBCA) from the state of Pernambuco, this material was subjected to a drying process in oven at 100 ° C and sieving to remove contaminating materials such as leaves, wood and others. The material was divided into four parts and subjected to a calcination process at temperatures of 300 ° C, 400 ° C, 500 ° C and 600 ° C and calls CB300, BC400, BC500 and BC600, the portion of the material which has not undergone this treatment was designated CAN. Subsequently the CBCA passed a sieve of sieve mesh # 200 and # 400 and grinding in a ball mill and finally the samples were subjected to physical characterization assays (specific surface area, BET (Brunauer-EmmettTeller) and Mass specific) and chemical (DRX and thermogravimetry) and consistency tests and compressive strength. The existence of pozzolanic activity was tested by the D.R.X. tests, thermogravimetry and compressive strength according to ABNT NBR 5751 (2012). In chemical assays (XRD and thermogravimetric analysis) was found to contain the reactivity of the material studied compared to pozzolan reference metakaolin (TCM), as compared to compressive strength testing only the ash grinded to seven hours (M7H) showed satisfactory performance. The study showed the importance of the process of grinding the material and how the same influence on the pozzolanic activity, since the calcination process results below mainly expected at temperatures from 500 ° C, since the samples showed better results in temperatures 300 ° C and 400 ° C.

O aproveitamento de fibras naturais como materiais de reforço em compósitos cimentícios é uma alternativa que apresenta potencial técnico, econômico, social e ambiental. Porém seu uso é limitado pela baixa durabilidade e estabilidade dimensional, refletidas na perda da capacidade de reforço das fibras em consequência da sua rápida degradação dentro da matriz de cimento. Para abordar esta situação, estudos ao redor do mundo mostraram que é possível aplicar tratamentos sobre as fibras e/ou matriz, modificando seu comportamento e obtendo resultados positivos. Dentro deste contexto, o presente estudo teve por objetivo aplicar e avaliar o efeito do tratamento de hornificação sobre polpas vegetais de eucalipto e pinus (não branqueadas) e do tratamento de carbonatação acelerada ou uso de adições pozolânicas sobre a matriz de cimento, alterando sua alcalinidade, buscando assim, maior durabilidade do material de reforço e otimizando o desempenho geral do compósito. Para atingir os objetivos propostos foram determinadas e analisadas propriedades físicas, morfologias e microestruturais das polpas antes e após do processo de hornificação. Posteriormente, em uma segunda etapa do trabalho, foram produzidos compósitos cimentícios com vistas em determinar o teor de reforço ótimo (6%, 8% e 10%) de polpas celulósicas (tratadas e não tratadas), curados por cura térmica sendo avaliados por meio da determinação de propriedades físico-mecânicas, microestruturais e de durabilidade. Seguidamente, em uma terceira etapa do trabalho, foram produzidos compósitos cimentícios com polpas celulósicas (tratadas e não tratadas) curados por carbonatação acelerada, sendo avaliados por meio da determinação de propriedades físico-mecânicas, microestruturais e de durabilidade. Na última etapa, foram avaliadas formulações de compósitos cimentícios reforçados com a polpa celulósica (tratada e não tratada) de melhor desempenho com adição de cinzas de casca de arroz ou resíduo de carvão ativado como material pozolânico, sendo avaliadas suas propriedades físico-mecânicas, microestruturais e de durabilidade. Os resultados obtidos permitem identificar que a hornificação gera modificações na estrutura interna das polpas reduzindo sua capacidade de absorção de água, estabilidade dimensiona, colapso do lúmen e incremento da rugosidade superficial sem ocasionar deterioração da sua estrutura ou componentes. No que concerne à influência da porcentagem de polpa de reforço aplicada, o desempenho das propriedades físico-mecânicas caiu proporcionalmente com o incremento da porcentagem de reforço, sendo este fenômeno acompanhado pela formação de aglomerações de polpas. Assim, os compósitos com 6% de reforço de polpas de eucalipto ou pinus se destacaram pelo desempenho. Em relação ao reforço com fibras hornificadas, foram obtidas melhoras no desempenho do módulo de ruptura e energia específica, com destacável conservação após do material ser envelhecido. Ao ser aplicada a cura por carbonatação acelerada sobre as matrizes, se obtiveram melhoras destacáveis na durabilidade das fibras e no desempenho mecânico antes e após do envelhecimento acelerado em relação aos compósitos curados por cura térmica. Estas melhoras foram mais representativas com o reforço de polpas hornificadas. O uso de substituição parcial do cimento por CCA mostrou o pior desempenho físico-mecânico. Por sua vez, a substituição de 25% de RCA permitiu alcançar melhoras no comportamento das propriedades físico-mecânicas das matrizes, especialmente com o reforço com a polpa hornificada. / The use of natural fibers as reinforcement materials in cement composites is an alternative that offers technical, economic, social and environmental potential. But their use is limited by its low durability and dimensional stability, reflected in a building capacity loss as result of its rapid degradation within the cement matrix. To address this situation, studies around the world show that it is possible to apply treatments on the fibers and/or the matrix, thus, modifying their behavior and obtaining positive results. Within this context, this study aimed to implement and evaluate the effect an hornification treatment on eucalyptus and pine kraft pulps (unbleached); and an accelerated carbonation treatment or use pozzolanic additions on the cement matrix that changes its alkalinity, seeking thus, greater durability of the reinforcing material, optimizing the overall performance of the composite. To achieve the proposed objectives, the physical, and microstructural morphologies of the pulps were determined and analyzed before and after the hornification process. Then, in a second stage of the work, cementitious composites were produced with a view to determining the optimal reinforcement content (6%, 8% and 10%) of cellulosic pulps (treated and untreated), cured by thermal curing, being evaluated by the determination of its durability, physical-mechanical and microstructure properties. Subsequently, in a third stage of the work, cementitious composites were developed with cellulose pulps (treated and untreated) and cured by accelerated carbonation, being evaluated by the determination of its durability, physical-mechanical and microstructure properties. In the last stage, formulations of cementitious composites reinforced with cellulose pulps (treated and untreated) of better performance were evaluated with the addition of rice husk ash (CCA) or activated coal mining waste (RCA) as pozzolanic material, being evaluated their physicomechanical, microstructural and durability properties. Therefore, we expected to obtain a cement matrix of low alkalinity and a reinforcing fiber with lower capacity for water absorption and higher dimensional stability, which acting together would achieve a superior mechanical performance as well as a longer durability over time. The obtained results allow to identify that the hornification generates modifications in the internal structure of the pulps reducing its capacity of water absorption, stability, lumen collapse and increase surface roughness without causing deterioration of its structure or components. Regarding the influence of the percentage of reinforcing pulp applied, the performance of the physical-mechanical properties fell proportionally with the increment of the reinforcement percentage, being this phenomenon accompanied by formation of agglomerations of pulps. Thus, the composites with 6% reinforcement of pulps of eucalyptus or pinus stood out by the performance. In relation to the reinforcement with hornificated fibers, the performance of the modulus of rupture and specific energy were obtained, with detachable conservation after the material was aged. When accelerated carbonatation curing was applied to the matrices, the durability of the fibers and the mechanical performance before and after the accelerated aging were obtained in relation to the heat curing composites. These improvements were more representative with the reinforcement of hornified pulps. The use of partial cement substitution by CCA showed the worst physicomechanical performance. On the other hand, the substitution of 25% or RCA allowed to achieve improvements in the behavior of the physical-mechanical properties of the matrices, especially with the reinforcement with the hornified pulp.