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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36214
Título: | Influência de diferentes tipos de materiais cimentícios suplementares nas propriedades de misturas quaternárias para produção de cimentos de menor impacto ambiental |
Título(s) alternativo(s): | Influence of different types of supplementary cementitious materials on the properties of quaternary blends for the production of lower environmental impact cements |
Autor(es): | Neckel, Rafael Matheus |
Orientador(es): | Balestra, Carlos Eduardo Tino |
Palavras-chave: | Dióxido de carbono Reologia Redução de gases do efeito estufa Carbon dioxide Rheology Greenhouse gas mitigation |
Data do documento: | 18-Dez-2024 |
Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
Câmpus: | Toledo |
Citação: | NECKEL, Rafael Matheus. Influência de diferentes tipos de materiais cimentícios suplementares nas propriedades de misturas quaternárias para produção de cimentos de menor impacto ambiental. 2024. Dissertação (Mestrado em Processos Químicos e Biotecnológicos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2024. |
Resumo: | O Limestone Calcined Clay Cement (LC3), composto por argila calcinada, fíler calcário, clínquer e gipsita, reduz até 50% do teor de clínquer, emitindo menos CO2. Embora as pesquisas neste âmbito tenham avançado na última década, o alto custo da argila calcinada no Brasil motiva a análise de resíduos agroindustriais como substitutos parciais em cimentos LC3, resultando em misturas quaternárias com potencial pozolânico. Para tanto, neste trabalho foram feitos ensaios de caracterização das adições, isto é, metacaulim (MC), sílica ativa (SA), cinza volante (CV) e cinza do bagaço de cana (CBC), quanto a sua composição química por meio de espectroscopia de fluorescência de raios X e quanto a sua pozolanicidade por meio dos métodos Chapelle modificado e resistência à compressão de argamassa. Calorimetria isotérmica foi realizada a fim de verificar a cinética e o calor de hidratação dos traços. As propriedades reológicas foram avaliadas por meio de reometria rotacional em pastas, argamassas e concretos produzidos com misturas quaternárias, além do slump test. As propriedades mecânicas foram determinadas por meio da resistência à compressão uniaxial, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade. A durabilidade foi analisada mediante ensaios de resistividade elétrico-volumétrica, velocidade de pulso ultrassônico e carbonatação acelerada. Além disso, os produtos de hidratação foram verificados por meio de termogravimetria. A substituição parcial de metacaulim nas misturas quaternárias atenuou os picos de calor, prolongando o período de indução das pastas. Nos ensaios reológicos, as pastas de LC3 e LC3 SA apresentaram maiores valores de tensão cisalhante e viscosidade, enquanto as pastas de cimento Portland convencional demonstraram menores valores. Concretos e argamassas de LC3 CV tiveram maiores valores de torque, enquanto LC3 teve os menores. Em relação ao slump, concretos de cimento Portland apresentaram valores mais altos, e entre LC3, aquele com sílica ativa teve menor abatimento. No estado endurecido, concretos de LC3 mostraram resistências à compressão inferiores ao concreto de referência. Em relação à resistividade elétrica, concretos de LC3 apresentaram risco moderado de corrosão, enquanto o concreto de referência mostrou alto risco. Concretos de cimento Portland tiveram maior velocidade de pulso ultrassônico. Na carbonatação, concretos de LC3 SA e LC3 CV reduziram a região carbonatada. Conclui-se que a substituição parcial de metacaulim por outros materiais cimentícios suplementares pode ser benéfica, desde que avaliadas sua pozolanicidade e morfologia. |
Abstract: | Limestone Calcined Clay Cement (LC3), composed of calcined clay, limestone filler, clinker, and gypsum, reduces up to 50% of clinker content, emitting less CO2. Despite research advances, the high cost of calcined clay in Brazil motivates the analysis of agro-industrial waste as partial substitutes in LC3 cements, resulting in quaternary blends with pozzolanic potential. Therefore, in this work, characterization tests of the additions were carried out, namely metakaolin (MK), silica fume (SF), fly ash (FA), and sugarcane bagasse ash (SCBA), regarding their chemical composition through X-ray fluorescence spectroscopy and their pozzolanicity through the modified Chapelle method and mortar compressive strength. Isothermal calorimetry was conducted to verify the kinetics and heat of hydration of the mixes. Rheological properties were evaluated by means of rotational rheometry in pastes, mortars, and concretes produced with quaternary blends, along with the slump test. Mechanical properties were determined by uniaxial compressive strength, diametral tensile strength, and Young’s modulus. Durability was analyzed through electrical resistivity, ultrasonic pulse velocity, and accelerated carbonation tests. In addition, the hydration products were verified by thermogravimetry. Partial replacement of metakaolin in quaternary blends attenuated heat peaks, prolonging the induction period of the pastes. Rheological tests showed LC3 and LC3 SF had higher shear stress and viscosity values, while ordinary Portland cement pastes had lower values. LC3 FA concretes and mortars showed higher torque values, while LC3 had the lowest. In relation to slump, Portland cement concretes presented higher values, and among LC3, the one with silica fume had lower slump. Hardened LC3 concretes showed lower compressive strengths than the reference concrete. LC3 concretes had moderate corrosion risk, while the reference concrete showed a high risk. Portland cement concretes had higher ultrasonic pulse velocity. LC3 SF and LC3 FA concretes reduced the carbonated region. It is concluded that the partial substitution of metakaolin by other supplementary cementitious materials can be beneficial, as long as their pozzolanicity and morphology are evaluated. |
URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36214 |
Aparece nas coleções: | TD - Programa de Pós-Graduação em Processos Químicos e Biotecnológicos |
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