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Título: Síntese e caracterização de geopolímeros a partir da utilização de resíduos industriais
Título(s) alternativo(s): Synthesis and characterization of geopolymers using industrial waste
Autor(es): Bach, Natalia Smaniotto
Orientador(es): Matoski, Adalberto
Palavras-chave: Resíduos como material de construção
Carvão - Minas e mineração
Resíduos de vidro - Reaproveitamento
Rejeitos (Metalurgia)
Polímeros
Waste products as building materials
Coal - Mines and mining
Glass waste - Recycling
Tailings (Metallurgy)
Polymers
Data do documento: 30-Ago-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: BACH, Natalia Smaniotto. Síntese e caracterização de geopolímeros a partir da utilização de resíduos industriais. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.
Resumo: Com a crescente preocupação ambiental, há necessidade de minimizar as emissões de CO2 oriundas das indústrias de cimento e ao mesmo tempo desenvolver produtos semelhantes ao cimento que possam reduzir o impacto ambiental. Os geopolímeros são desenvolvidos a partir de materiais precursores aluminossilicatos ativados em meio altamente alcalino através do processo de geopolimerização. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de utilização dos resíduos de carvão mineral e de vidro no desenvolvimento de pastas geopoliméricas. As misturas desenvolvidas foram compostas por quatro traços distintos. A solução ativadora foi composta por hidróxido de sódio (NaOH) dissolvido em 10M, 12M e 14M e silicato de sódio alcalino (Na₂SiO₃) na proporção 1:2. As relações líquido/sólido foram fixadas em 0,4; 0,6 e 0,8. As pastas produzidas foram mantidas em cura térmica à 65°C nas primeiras 24h, após, foram mantidas em câmara climatizada até os 28 dias de cura. Os ensaios realizados nos produtos sintetizados foram resistência à compressão, microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-x (DRX) e termogravimetria. O traço contendo 25% de resíduo de carvão e 75% de resíduo de vidro apresentou melhor resistência à compressão a medida que a relação líquido/sólido diminuiu, atingindo 23,34 MPa para l/s 0,4 com concentração de 12M. As análises de MEV/EDS indicaram a presença do gel aluminossilicato NA-S-H composto por Na, Si e Al e gel C-A-S-H oriundo principalmente do aumento do cálcio presente no precursor. Os traços com maior quantidade de resíduo de carvão apresentaram partículas soltas que não reagiram no momento da geopolimerização deixando a estrutura fraca ou pouco ligada. Nos traços com maior proporção de resíduo de carvão, as análises de DRX indicaram que os produtos formados estão em um estado intermediário entre os estados amorfo e o semicristalino. As análises de DRX das amostras contendo vidro em sua maior proporção indicaram a presença da gismondina, característico da formação de aluminossilicatos hidratados proveniente da geopolimerização. Nas análises de termogravimetria foram observados eventos de perda de massa, todos inferiores a 5%, isto por causa da desidroxilação dos géis de aluminossilicatos hidratados formados durante a geopolimerização. Portanto, os resíduos de carvão e vidro tem potencial para serem utilizados em matrizes geopoliméricas, viabilizando aplicações como contrapisos, calçadas, blocos de concreto, fundações, entre outros.
Abstract: With a growing in environmental discutions, there is a need to minimize CO2 coming from the cement industries, at the same time develop similar products in order to reduce these impacts. Geopolymers are developed from aluminosilicate precursor materials activated in a highly alkaline system through the geopolymerization process. The objective of this work was to evaluate the potential use of mineral coal and glass residues in the development of geopolymeric masses. The mixtures developed were composed of four distinct traits. The activator solution is composed of sodium hydroxide (NaOH) dissolved in 10M, 12M and 14M and alkaline sodium silicate (Na2SiO3) in the ratio 1:2. The liquid/solid ratios were fixed at 0,4; 0,6 and 0,8. The masses produced were kept in thermal curing at 65°C for the first 24 hours, after that, they were kept in an airconditioned chamber for up to 28 days of curing. The tests performed on the synthesized products were compressive strength tests, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetry.The trace containing 25% coal residue and 75% glass residue presented better compressive strength as the liquid / solid ratio decreased, reaching 23,34 MPa for l/s 0,4 with a concentration of 12M. The scanning electron microscopy analyzes indicated the presence of the aluminosilicate gel N-A-S-H composed of Na, Si and Al and the C-A-S-H gel coming mainly from the increase of Ca present without precursor. Traces with the highest amount of RC presented loose particles that did not react at the time of geopolymerization leaving a weak or poorly bound structure. At traces with a higher proportion of carbon residue, as the X-ray diffraction (XRD) analysis indicated that the products formed are in an intermediate state between the amorphous and semi-crystalline states. The XRD analysis of samples containing glass in its greatest proportion indicated the presence of gismondin, characteristic of the formation of hydrated aluminosilicates from geopolymerization. In the thermogravimetry analysis, mass loss events were observed, all of them below 5%, due to dehydroxylation of hydrated aluminosilicate gels formed during geopolymerization.Therefore, carbon and glass residues have the potential to be used in geopolymer matrices, enabling applications such as subfloors, sidewalks, concrete blocks, foundations, among others.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27182
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