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Aditivo dual para matrizes de cimento Portland.
(2022) Carvalho, Victor Rezende; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Carvalho, José Maria Franco de; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e
A escória de aciaria é um resíduo da indústria siderúrgica que pode ser utilizado como adição mineral, atuando na melhoria das propriedades mecânicas e físicas de matrizes cimentícias. O bagaço de cana-de-açúcar, por outro lado, é um resíduo da indústria sucroalcooleira do qual pode ser extraída a lignina, um polímero natural que apresenta propriedades plastificantes quando adicionado em concretos e argamassas. Nesse sentido, este trabalho propõe a elaboração de um Aditivo Dual (AD), a partir da incorporação de escória de aciaria e aditivo à base de lignina em matrizes de cimento Portland. Resíduos de diferentes etapas do pós-processamento de uma escória de aciaria LD foram beneficiados e transformados em powders LD. Licores residuais à base de lignina foram avaliados como aditivos plastificantes. Os licores foram extraídos do bagaço de cana-de-açúcar pelo pré-tratamento Organosolv utilizando diferentes teores de água. Após caracterização dos materiais, foram definidos um powder LD e um aditivo à base de lignina para a produção dos ADs. As proporções de aditivo e powder LD nos ADs foram definidas por duas estratégias de dosagem, que deram origem aos aditivos AD1 (40% em massa de powder LD e 60% de aditivo) e AD2 (50% em massa de cada material). Por fim, matrizes de cimento não aditivadas (REF) e matrizes contendo 5, 10 e 15% de AD1, AD2 e sílica em suspensão comercial (SS) em relação à massa de cimento foram avaliadas nos estados fresco e endurecido. Os resultados obtidos no estado fresco indicaram que todas as dosagens de AD1 e AD2 promoveram aceleração do tempo inicial e retardo significativo do tempo final de pega. Ainda, o maior teor de aditivo à base de lignina no AD1 favoreceu o seu desempenho plastificante. Na dosagem de 15%, o AD1 promoveu um espalhamento de 210,3 mm, enquanto o AD2 promoveu um espalhamento de 190,1 mm no ensaio de índice de consistência. A dosagem de 15% de SS promoveu um espalhamento de 166,1 mm e a matriz REF apresentou um espalhamento mínimo (120 mm). No estado endurecido, todas as dosagens de AD1 e AD2 contribuíram para o incremento de resistência à compressão em relação à matriz REF. Os acréscimos de resistência observados aos 56 dias foram de até 29% para as argamassas contendo AD1 e 34% para as argamassas contendo AD2. Verificou-se ainda que todas as dosagens de AD1 e AD2 promoveram um refinamento significativo da estrutura de poros das matrizes de cimento. O presente trabalho oferece novas possibilidades para o uso de resíduos industriais em compósitos à base de cimento e contribui para o desenvolvimento sustentável, tecnológico e econômico na construção civil e na indústria.
Análise da utilização de terra para prototipagem rápida na construção civil.
(2022) Walter, Guilherme de Oliveira; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Pinto, Paulo Raimundo; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Pinto, Paulo Raimundo; Souza, Flávio Teixeira de; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e
Ativação alcalina da lama vermelha, resíduo de vidro e oxalato de sódio.
(2021) Soares, Jaime Carlos da Costa; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e
Os cimentos alcalino ativados são obtidos através da ativação alcalina de materiais ricos em aluminossilicatos, como a lama vermelha (LV) e o resíduo de vidro (RV). Pela possibilidade de reutilização de subprodutos industriais para a produção de materiais com propriedades cimentantes, o cimento alcalino ativado pode representar uma alternativa ao cimento Portland. Neste trabalho, foram produzidos cimentos alcalinos utilizando a LV e o RV como fontes de aluminossilicatos. Hidróxido de sódio (NaOH) e oxalato de sódio (OS) foram utilizados como ativadores, com mistura sendo feitas seguindo a metodologia one part. Assim como a LV, OS é um subproduto da indústria de alumínio. Então, foram produzidas misturas de LV e OS com 5%, 12,5% e 20% deste último e também misturas de LV e NaOH com 5% e 12,5% de hidróxido. As misturas foram calcinadas a 700 e 800°C, em um processo denominado fusão alcalina e combinadas com RV. Foi adicionada água as misturas, numa relação sólido/líquido de 0,4 para moldagem dos corpos de prova cúbicos, e posteriormente realização de ensaios de resistência à compressão e absorção de água. Para a avaliação das propriedades microestruturais da matriz foi realizado o ensaio de difração de raios X. As matrizes geopolímericas obtidas com o uso de OS apresentaram propriedades semelhantes, tanto do ponto de vista mecânico quanto do ponto de vista microestrutural, quando se comparadas as matrizes obtidas com o uso de NaOH. Sendo assim, o uso do resíduo OS como ativador alcalino é possível.
Ativação alcalina do rejeito de barragem de minério de ferro com adição de sílica ativa.
(2020) Elói, Fernanda Pereira da Fonseca; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Carvalho, José Maria Franco de; Pedroti, Leonardo Gonçalves; Peixoto, Ricardo André Fiorotti
Em 2017, a produção bruta de minério de ferro no Brasil foi de 585 milhões de toneladas, das quais 453 passaram por processos de beneficiamento, gerando grandes volumes de rejeito, que comumente são dispostos em barragens. Entre 1990 e 2010, ocorreram 33 acidentes com barragens no mundo, considerados graves ou muito graves. Por outro lado, o setor da construção civil cresce aceleradamente e a produção mundial de cimento, somente em 2016, gerou aproximadamente 2,2 bilhões de toneladas de CO2. Assim, este trabalho propõe a produção de um aglomerante: uma possível alternativa aos cimentos convencionais, formados a partir de um ataque de soluções alcalinas a aluminossilicatos amorfos que dão origem a materiais conhecidos por possuírem altas resistências e boa durabilidade. Como precursor, empregou-se o rejeito de minério de ferro (IOT) e como adição, a sílica ativa (SF) nas porcentagens de 1.5, 2.25 e 5% sobre a massa do rejeito. A cura foi realizada por 2 dias à temperatura ambiente e posteriormente 3 dias em estufa à 100 ºC. Aos 5 e 28 dias de idade, avaliou-se as características das matrizes por densidade aparente, resistência mecânica (tração na flexão e compressão), DRX e FTIR. Os maiores valores de adição de sílica ativa corresponderam à maior retração das pastas. A análise de variância ANOVA para a resistência à tração e compressão, mostrou que adições de sílica ativa maiores que 1,5% influenciaram o comportamento das pastas aos 5 e 28 dias de cura. Os resultados de DRX e FTIR sugerem uma dissolução parcial da goetita e do quartzo. Observou-se também a dissolução total da caulinita e da gibbsita e a formação de um uma zeólita: a sodalita. A quantificação do teor de amorfo pelo método de Rietveld e os resultados de FTIR sugerem a formação do gel NASH nas pastas tanto aos 5 e 28 dias de cura. Por fim, os resultados demonstraram ser possível a produção de um aglomerante a partir da ativação alcalina de rejeitos de barragem de minério de ferro com adição de sílica ativa, pelo método one part, sem ativação térmica ou mecanoquímica do precursor.
Avaliação da atividade pozolânica dos resíduos de lã de rocha, fibra de vidro e lã de vidro.
(2016) Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Silva, Guilherme Jorge Brigolini
A indústria da construção civil é uma das maiores consumidoras de recursos naturais e energia, o que tem incentivado pesquisas na área de desenvolvimento sustentável, com emprego de novos materiais e adições minerais, como pozolanas. Os materiais pozolânicos reagem com o hidróxido de cálcio produzido na hidratação do clínquer de cimento Portland, se transformando em compostos aglomerantes similares aos produzidos pelo cimento Portland comum. Materiais com propriedades pozolânicas melhoram o desempenho da matriz cimentícia: durabilidade, devido à redução do hidróxido de cálcio; ganho de resistência, devido aos compostos silicatos e aluminatos de cálcio hidratados gerados; e contribuem para o desenvolvimento sustentável. O Complexo de Tubarão, pertencente a Vale do Rio Doce, produz aproximadamente 3 mil toneladas de resíduos por mês, e 12% ainda não possuem uma forma de reciclagem. Dentre os materiais que não possuem reciclagem estão resíduos de lã de rocha, fibra de vidro e lã de vidro, que são depositados em aterros industriais. O presente trabalho visa o estudo da atividade pozolânica do resíduo de lã de rocha, resíduo de fibra de vidro e resíduo de lã de vidro utilizando métodos diretos e indiretos. Os resíduos passaram por um processo de trituração, moagem e separação visual. Após o beneficiamento os resíduos foram submetidos à caracterização química, física, mineralógica e morfológica. Os métodos diretos adotados, realizados em pastas de cimento Portland, foram a análise térmica (TG/DSC) e análise quantitativa por difração de raios X (DRX), refinada pelo método de Rietveld. Os métodos indiretos foram ensaio de condutividade elétrica proposto por Luxán, índice de atividade pozolânica com cimento Portland e índice de atividade pozolânica com cal. Através das análises realizadas foi possível observar que os resíduos de lã de vidro e lã de rocha promoveram a atividade pozolânica, enquanto que o resíduo de fibra de vidro não promoveu a atividade pozolânica.
Avaliação de matrizes obtidas pela álcali-ativação do rejeito de barragem de minério de ferro aditivado com resíduo de lã de vidro.
(2020) Caetano, Marina Altoé; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Carvalho, José Maria Franco de; Pedroti, Leonardo Gonçalves
A utilização de rejeitos industriais no desenvolvimento de novos materiais para a construção civil é uma alternativa com grande potencial de mitigação do impacto ambiental. Sendo assim, a incorporação de rejeitos torna-se estratégica visando a redução do consumo de materiais não-renováveis, a fabricação de ligantes com menor emissão de CO2 e a possibilidade de destinação ambientalmente adequada. Diante disso, tem-se os materiais álcali ativados, os quais são obtidos a partir da ativação alcalina de materiais ricos em alumínio e silício e podem ter diversas aplicações. Considerando a composição dos resíduos advindos da mineração do ferro e que estes se enquadram como um passivo ambiental, a aplicação destes resíduos em novos ligantes tem relevância. Nesse sentido, o presente trabalho avaliou a viabilidade da utilização de rejeito de barragem de minério de ferro aditivado com resíduo de lã de vidro em matrizes ativadas alcalinamente por hidróxido de sódio. Ambos os rejeitos passaram pelo procedimento de moagem em moinho de bolas horizontal e caracterização física, química e mineralógica. Em seguida, foram produzidas seis misturas variando a concentração molar de hidróxido de sódio (4 e 8 mol/L) e a adição de resíduo de lã de vidro (0, 15 e 30 % em massa), com relação em massa água/rejeitos fixada em 0,27. Posteriormente, os corpos de prova foram submetidos à cura em temperatura ambiente controlada (27 ºC) por até 28 dias. As matrizes foram submetidas à ensaio de resistência à tração na flexão e compressão nas idades de 14 e 28 dias. Ensaios de difração de raios-x e termogravimetria foram realizadas para todas as misturas com 28 dias. De forma geral, as matrizes com adição de lã de vidro apresentaram desempenho mecânico superior às matrizes de referência. Sendo que, o acréscimo de resíduo de lã de vidro nas matrizes proporcionou acréscimo de capacidade de carga. Além disso, observou-se que todas as misturas sofreram interferência na resistência à compressão com variação da concentração de hidróxido de sódio. Os resultados indicam que o melhor desempenho foi encontrado nas misturas com 30 % de adição de resíduo de lã de vidro. Ocorreu a formação da fase do tipo zeólita, sodalita, em algumas matrizes analisadas e aumento do teor de amorfo comparado ao teor presente no rejeito de barragem de minério de ferro. O material desenvolvido poderá contribuir para uma construção mais sustentável, minimização dos impactos ambientais e transformação de resíduos em produtos com valor agregado.
Effects of glass wool residue recycled admixtures on the properties of portland cement-based composites.
(2022) Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Cotta, Jéssica Fernandes; Elói, Fernanda Pereira da Fonseca; Carvalho, José Maria Franco de; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Silva, Guilherme Jorge Brigolini
In this study, the effects of a recycled mineral admixture based on glass wool residue (GWR) in microstructural and mechanical properties of ordinary portland cement (OPC)-based composites are examined. The GWR was dried and milled into a fine powder, whereby it was physicochemically characterized. Physicomechanical tests, quantitative X-ray diffraction, and scanning electron microscope observation were performed in pastes and mortars at 28, 56, and 90 days of age. Moreover, the potential application of the GWR was evaluated by determining the pozzolanic activity and the fiber reinforcement effect. The results showed that the partial replacement of cement by 25% by weight of GWR presented no reductions in flexural strength at 28 and 56 days of curing, whereas the long-term flexural strength increased by 17%. This replacement also increased the long-term compressive strength of the composites—reaching a strength activity index of 1.06. The results also showed that GWR presented some fiber reinforcement effect—depending on the particle size. Promising properties were observed for samples blended with GWR, yielding technical, environmental, and economic benefits.
Estudo da ativação alcalina da lama vermelha e do resíduo de vidro pelos métodos one-part e two-part.
(2020) Santana, Vanessa Pereira; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Fontes, Wanna Carvalho; Peixoto, Ricardo André Fiorotti
Os materiais álcali-ativados vêm ganhando grande atenção na indústria da construção civil nos últimos anos devido ao seu potencial técnico quando comparado a materiais tradicionais de cimento Portland. Materiais precursores, dosagens, ativadores alcalinos e condições de cura são fatores muito estudados para o desenvolvimento da técnica. Entretanto, os métodos de mistura e as diferenças microestruturais que eles podem promover no material, ainda são pouco discutidos. Os materiais álcali-ativados podem ser produzidos por dois métodos de mistura: o one-part e two-part. Contudo, poucas pesquisas discutem as diferenças físicas, químicas e mineralógicas promovidas por estes dois processos em materiais semelhantes. Assim, o presente trabalho tem por objetivo produzir e comparar matrizes obtidas pelos métodos de síntese one-part e two-part para ativação alcalina do resíduo da indústria de beneficiamento do alumínio (lama vermelha) e resíduo de vidro. Para o sistema two-part, a lama vermelha será utilizada sem nenhum processo de beneficiamento. No sistema one-part a lama vermelha utilizada será seca em estufa. Primeiramente, os materiais precursores foram caracterizados física, química e mineralogicamente para estabelecer as melhores dosagens, através de estudos da granulometria, composição química por fluorescência de raios X e composição mineralógica por difração de raios X. Foram produzidos 2 traços para cada método, com razões molares SiO2/Al2O3 iguais a 4 e 6. O tempo de cura para todos os corpos de prova foi de 7 dias a 75 ⁰C. As pastas no estado endurecido foram caracterizadas física, mecânica e mineralogicamente a partir da análise da densidade aparente, absorção de água, resistências mecânicas e difração de raios X. Os geopolímeros obtidos pelo método one-part apresentaram melhores propriedades mecânicas quando comparados aos two-part. As amostras one-part apresentaram resistência mecânica e absorção de água igual a 20 MPa e 10%, respectivamente, enquanto as amostras two-part alcançaram 16 MPa e 19%. A análise mineralógica não indicou diferenças significativas entre os dois métodos de misturas. Os diferentes comportamentos mecânicos foram atribuídos à maior homogeneidade das misturas one-part, uma vez que a utilização da lama vermelha saturada não permitiu o pleno controle do processo de síntese geopolimérica e dispersão das partículas de vidro e do ativador alcalino.
Estudo da ativação alcalina de cinzas de biomassa florestal com adição de argila.
(2023) Guimarães, Larissa Gabriela; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Bezerra, Augusto Cesar da Silva
Os Cimentos Alcalinos Ativados (CAA) possuem um grande potencial para substituir o Cimento Portland convencional e um resíduo ainda pouco explorado para este fim é a Cinza de Biomassa Florestal (CBF). Diante disso, o objetivo deste trabalho foi investigar a ativação alcalina de duas CBFs (CBF1 e CBF2) a partir da produção de pastas álcali- ativadas produzidas sem NaOH (pasta padrão) e com 3%, 6% e 9% de NaOH, bem como analisar a influência da substituição parcial da CBF2 por argila não calcinada (AG). Os materiais precursores foram caracterizados física, química, morfológica e mineralogicamente e as pastas, submetidas a ensaios retração, absorção, resistência mecânica e composição mineralógica. Os resultados apontam que as CBFs coletadas para o trabalho apresentam diferenças significativas em sua composição. A CBF1 se apresentou como um ligante ativo sendo capaz de reagir espontaneamente com água. As matrizes à base de CBF1 não apresentaram retração, e, em todos os casos, apresentaram estabilidade em água. A resistência mecânica obtida aos 91 dias ficou entre 6,3-6,6 MPa. Já as matrizes à base de CBF2 apresentaram alta retração e não possuíam estabilidade em água. O aumento do teor de NaOH reduziu a retração e aumentou a estabilidade em água, embora a resistência mecânica, no melhor caso, não tenha alcançado 1,5 MPa. Os resultados de DRX mostram que a ativação alcalina da CBF2 viabilizou a formação de zeólitas do tipo Chabazita-Na e Sodalita.
Estudo da ativação alcalina do resíduo de concreto reciclado.
(2022) Reis, Edna Paula da Costa; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Borba Júnior, José Carlos; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Borba Júnior, José Carlos; Mendes, Júlia Castro; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e
A construção civil é um dos setores que mais causam impactos ambientais, seja por meio da extração de recursos não renováveis, do consumo de energia, de emissões de gases responsáveis por efeito de estufa ou pelo grande volume de resíduos sólidos gerados. Estima-se que 57% de todo resíduo sólido gerado no Brasil é proveniente da construção civil sendo 7% das emissões globais de CO2 advindos do processo de fabricação do cimento Portland. Diante deste cenário é de extrema importância o desenvolvimento de novas tecnologias que contribuam para que a construção civil se torne um setor com menor potencial poluidor. Esta pesquisa apresenta o estudo experimental exploratório para obtenção de um material álcali-ativado (MAA) com propriedades cimentícias utilizando o resíduo de concreto reciclado (RCR) como precursor. Após preparo do resíduo de concreto por meio de moagem e peneiramento, o material precursor foi caracterizado por meio dos ensaios de fluorescência de raios- X, difração de raios-X, granulometria por difração à laser, massa específica real e MEV-SE. Foram experimentados 5 traços diferentes na produção de pastas álcali-ativadas onde utilizou-se diferentes combinações de silicato de sódio nos teores de 3% e 9% e hidróxido de sódio nos teores de 0%, 2% e 8%. Após cura térmica a 100°C as pastas foram caracterizadas aos 7 dias de cura por meio dos ensaios de densidade aparente, índice de absorção de água, difração de raios-X, MEV/ EDS e resistência à compressão. A maior resistência à compressão obtida foi de 14,71MPa e não houve correlação nos resultados de resistência à compressão quando comparados aos ensaios de densidade aparente e absorção de água. No ensaio DRX não houve formação de novas fases cristalinas. Já na análise MEV/ EDS sugere a formação de gel C-A-S-H. Os ensaios de caracterização mostraram a viabilidade do uso do resíduo de concreto reciclado para obtenção de material álcali-ativado.
Hydraulic tiles produced with fine aggregates and pigments reclaimed from iron ore tailings.
(2021) Fontes, Wanna Carvalho; Carvalho, José Maria Franco de; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Segadães, Ana Maria Bastos Costa; Peixoto, Ricardo André Fiorotti
Confronted with the growing ecological awareness of the consumer market, the construction industry has been seeking strategies to promote a higher insertion of waste in the production chain while contributing to the technological improvement of processes and products, as well as mitigation of social and environmental impacts and, at the same time, conferring intangible value to the product. In this sense, the present work describes how iron ore tailings (IOT) can be used in the production of cement-based (hydraulic) tiles. The physical, chemical, and mineralogical characterizations carried out demonstrated that the IOT benefciation (segregation) process resulted in a high-quality siliceous aggregate and a Fe-rich clay. The latter can be used as a pigment, whose pigmentation and cementing potentials improve with calcination and grinding. Compared to hydraulic tiles prepared with conventional materials, those obtained with the IOT-based materials displayed a pleasing appearance and the expected physical–mechanical performance.
Influence of grinding on the pozzolanic activity of granite residue.
(2019) Barbosa, Jairo Mendes; Carvalho, José Maria Franco de; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Silva, Guilherme Jorge Brigolini
This study explores the potential of the granite residue to be applied as a supplementary cementitious material. Furthermore, the efficiency of grinding methods in the improvement of the residue reactivity was also evaluated. The granite residue was collected in a facility located in Brazil and used as a Portland cement replacement with a substitution rate of 25% in mass. The residue was submitted to wet, dry and additive dry grinding methods, with several different times. The cement-based composites were characterized by quantitative X-Ray diffraction using the Rietveld's method, thermogravimetric analysis, and compressive strength. In conclusion, there was observed a higher efficiency of the wet grinding method, followed by an increase in compressive strength results as grinding time increased. Furthermore, the portlandite content was lower in the cement-based composite with granite residue, especially in the samples ground for 60, 120, and 180 minutes; a fact that summed up with other results for the pozzolanic potential of the granite residue.
Influência do fator de forma e do teor de adição de microfibras de resíduo de lã de vidro na resistência de argamassas de cimento Portland.
(2023) Ferreira, Matheus Henrique Dela Costa; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Aguilar, Maria Teresa Paulino de; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e
Como se já não bastasse os impactos climáticos causados pela acumulação dos gases estufas na atmosfera, também deve-se enfatizar o problema de contaminação terrestre, devido à adoção de práticas insustentáveis de descarte dos resíduos sólidos. Entre estes resíduos, destaca-se o resíduo de lã de vidro (RLV), oriundo de um tipo de isolamento termoacústico empregado em equipamentos industriais ou em construções residenciais. Neste trabalho, buscou-se uma alternativa para o reaproveitamento do RLV gerado em plantas siderúrgicas como uma fonte de microfibras para adição em matrizes de argamassa de cimento Portland. Dessa forma, foi feita a caracterização química, física e mineralógica do RLV utilizando técnicas de fluorescência e difração de raios-x, e microscopia eletrônica de varredura. Também foram avaliados os impactos na resistência mecânica das matrizes causados tanto pela variação do fator de forma das microfibras, como pelo teor de adição de RLV. Os teores de fibras adicionados nas dosagens propostas para este estudo foram de 0%; 2,5%; 5,0%; 7,5% e 15%. As argamassas com adição de fibras curtas e longas foram ensaiadas para obter a resistência à tração na flexão e à compressão, aos 7 e 28 dias de hidratação em regime submerso a temperatura ambiente. Os resultados das análises estatísticas feitas nos dados de resistência medidos revelaram que as fibras longas, com fator de forma maior, foram mais eficientes no ganho de resistência quando submetidas aos esforços de tração do ensaio de flexão. Já nos ensaios de compressão uniaxial, os efeitos predominantes no ganho de resistência foram promovidos devido a adição das fibras curtas, com menor fator de forma, mas com elevada área de superfície específica, o que favoreceu a formação de uma matriz densa. Portanto, concluiu- se que tanto o teor de adição de fibras quanto o fator de forma tiveram impacto positivo na resistência última. Assim, enquanto a adição de fibras curtas promoveu um ganho máximo de resistência a compressão de 43% para o traço LVM-15, a adição de fibras longas também foi responsável por um incremento máximo de 48% na resistência a tração para o traço LVL-15.
Iron ore tailing-based geopolymer containing glass wool residue : a study of mechanical and microstructural properties.
(2019) Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Santos, Letícia Figueiredo dos; Carvalho, José Maria Franco de; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Silva, Guilherme Jorge Brigolini
This work presents an evaluation of the application of iron ore tailing as primary precursor material to geopolymer production. Glass wool residue from the iron ore industry was also included as a blend material. Four mixtures of geopolymers were produced: one mixture using only iron ore tailing; three mixtures where the iron ore tailing was replaced by the glass wool residue, with a substitution ratio of 10%, 20% and 30% (in mass). Furthermore, three different grinding times and three NaOH solution concentration were applied. Compressive strength and flexural strength tests were performed in prismatic specimens at 7-days, and the microstructural analysis of the fragments was obtained by SEM analysis. QXRD analysis based on the Rietveld’s refinement method and TG/DTA analysis was applied for all specimens. The results showed the synthesis of a zeolite phase in all specimens, and the SEM micrographs showed a transformation process of the glass wool residue. Finally, high mechanical performances were found to the iron ore tailing-based geopolymer, reaching values higher than 100 MPa for compressive strength and 20 MPa for flexural strength. The obtained values are related to the grain packing improvements, geopolymerization products, and the glass wool residue working as a supplementary precursor material to the geopolymerization reaction. The result points to the potential of iron ore tailing and glass wool residue to geopolymers studies and application.
Low environmental impact cement produced entirely from Industrial and mining waste.
(2019) Carvalho, José Maria Franco de; Campos, Paula Anunciação Matias; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Pedroti, Leonardo Gonçalves; Peixoto, Ricardo André Fiorotti
Proper disposal of industrial waste, the need to conserve nonrenewable resources, and high CO2 emissions are the major environmental issues at the present time. A significant portion of emissions from portland cement production is related to the energy required to maintain the clinker kiln at a temperature of approximately 1,450°C, which is necessary for alite formation. The alternative belite phase, however, requires lower temperatures for its formation (below 1,250°C). Although belite is less reactive than alite, it is equally efficient at higher hydration times. Thus, a belitic cement produced entirely with industrial waste (grits from the pulp and paper industry, steel slag, and quartzite mining tailings) is presented in this research. The raw meal was proportioned based on Bogue calculation and the firing was performed in a muffle furnace at a temperature of 1,250°C. A reference belitic cement was produced with limestone and clay under the same conditions. The results showed that both cements presented high belite contents and expected technological performance. The reference belitic cement revealed a higher reactivity, whereas the waste cement proved to be a technically feasible low-impact alternative.
Mechanical performance and resistance to carbonation of steel slag reinforced concrete.
(2021) Andrade, Humberto Dias; Carvalho, José Maria Franco de; Costa, Laís Cristina Barbosa; Elói, Fernanda Pereira da Fonseca; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Peixoto, Ricardo André Fiorotti
The use of residues as alternative materials in the production of cement-based composites is significantly growing since it embraces the circular economy concepts. This alternative reduces the demand for nat- ural resources by the construction sector and provides a proper destination for a range of industrial resi- dues. However, the alternative materials must perform properly for safe applications. In this way, the steel slag, a residue of the steel industry, stands out. The steel slag is already applied in some cement- based composites showing enhancement in the mechanical performance, although its durability is barely evaluated. So, this research produced eco-friendly structural concretes of three compressive strength classes and for similar application parameters. The evaluations were performed in concretes with total replacement of conventional aggregates by steel slag aggregates, containing no chemical admixtures and in the presence of a PCE-based superplasticizer. The mechanical performance and resistance to car- bonation of these products were evaluated. An accelerated carbonation test was proposed and adopted to better understand the carbonation phenomenon within the research timeframe. The steel slag concretes presented higher compressive strengths and reductions in carbonation depths up to 60% compared to conventional ones. These results corroborate the technical feasibility of applying steel slag as aggregates in cement-based composites.
Mechanical, rheological and morphological analysis of cement-based composites with a new LAS-based air entraining agent.
(2017) Mendes, Júlia Castro; Moro, Taís Kuster; Figueiredo, Aline Santana; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Silva, Gabriela Cordeiro; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Peixoto, Ricardo André Fiorotti
The air-entraining admixtures (AEA) consist of surfactant compounds, as do washing-up liquids. Washing-up liquids are products widely available, non-toxic and biodegradable. This work proposes the use of an anionic surfactant from washing-up liquids, Linear Alkyl Benzene Sodium Sulfonate (LAS), as AEA. Mechanical, physical and rheological properties of mortars comprising LAS were compared to ones with commercial admixture and one without any. The morphological aspects of the air-entrained matrix were also evaluated, and associated to its properties. Results indicate that the LAS-based AEA is an effective air-entraining agent. Thus, the present work seeks to disclose this new biodegradable highperformance potential AEA, as well as to improve the comprehension of the effects of AEAs in cementbased composites.
Performance of lightweight concrete with expansive and air-entraining admixtures in CFST columns.
(2020) Natalli, Juliana Fadini; Andrade, Humberto Dias; Carvalho, José Maria Franco de; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Mendes, Júlia Castro; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Peixoto, Ricardo André Fiorotti
Adequate load transfer in concrete-filled steel tubes (CFSTs) requires a close interaction between the steel walls and the concrete core. The present work analyzes the adhesion and confinement effects in steel tubes promoted by three types of lightweight concrete: without any admixture (reference), with an expansive agent (EA), and with an air-entraining admixture (AEA). The following tests were performed: expanding the potential of the admixtures, characterization of the hardened concretes, shear tests, axial compression with load applied to the concrete core, and axial compression applied to the mixed section. The results indicated that the dimensional variation generated by the EA induces a confinement prestress, which improves interface adhesion and, thus, the performance of the CFST. The concrete with AEA presented a lower modulus of elasticity and superficial irregularities that contributed to the manifestation of mechanic adhesion, adhesion by friction, and a high degree of confinement. Although the AEA-CFSTs presented compressive strength 2% lower than the reference, they were 10% lighter. On the other hand, the EA-CFST presented a similar density and an 8% increase in the compressive strength. In conclusion, the use of both admixtures contributed to a suitable performance of the filling cores.
A study on geopolymerization of iron ore tailings.
(2019) Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Aguilar, Maria Teresa Paulino de; Carvalho, José Maria Franco de; Pedroti, Leonardo Gonçalves
Geopolymers are a relatively new technology, which is pointed as a potential alternative to the ordinary Portland cement for some applications. The need for an alternative to this binder comes from the environmental problems related to its production process and the tremendous volume of non-replaceable resources extracted to its production. Considering the importance of ordinary Portland cement, to find a suitable alternative binder is a hard task. At the same time, the re-application of industrial by-products from several productive sectors is an effective management way to save non-replaceable resources as well as a correct destination. In this sense, the main objective of this study is evaluating the feasibility of the iron ore tailings as a raw material to the production of geopolymeric composites. Additionally, two blend materials and fine aggregate were applied and verified the influence and effects on the geopolymer final properties. Were applied a solution of sodium hydroxide at three different molar concentrations (8, 10, and 12 mol/l) and curing temperature of 100 °C. A depth characterization procedure was applied in all raw materials and blend used in this work. The performance of the obtained geopolymer was observed over mechanical strength, physical properties, dimensional stability, and microstructural analysis. The experimental procedure enabled a closely understand of the geopolymeric synthesis and kinetics, influence of specific aspects on the geopolymerization and final properties, and the role of iron in this process. The experimental results showed that the geopolymer based on iron ore tailings is an efficient binder with interesting properties to construction industry. Finally, the geopolymers derived from iron ore tailings rise as an interesting construction material.