Doutorado em Engenharia Civil

URI Permanente para esta coleção

https://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/625

Navegar

Navegando Doutorado em Engenharia Civil por Autor "Borges, Paulo Henrique Ribeiro"

Agora exibindo 1 - 2 de 2
  • Imagem de Miniatura
    Item
    Feasibility of steel slag as binder and aggregate in alkali-activated materials
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023-10-30) Nunes, Vitor Alencar; Borges, Paulo Henrique Ribeiro; Garcia, Carlos Thomas; http://lattes.cnpq.br/5399317473703342; http://lattes.cnpq.br/5525081275110037; Borges, Paulo Henrique Ribeiro; Garcia, Carlos Thomas; Ludvig, Peter; Gomes, João Paulo Castro; Blom, Johan; Aghajanian Sabbagh, Ali
    Steel slag (SS) is a solid waste generated during the steelmaking process, with annual generation of 270 million tons of SS worldwide. SS can be reused as an alternative raw material in several applications due to its chemical composition, mechanical and physical properties: in agriculture, soil stabilization, road construction and other building materials. However, the recovery rate for SS varies from 20 to 98%, depending on the country, which leads to an excessive stockpiling causing environmental harm and financial liability. So far, considerable quantities of SS are employed in road construction and internal recycling (steel making) but still with many restrictions. The construction sector appears as a potential consumer of large quantities of SS. However, the volumetric instability of SS may be an issue for application in Portland cement (PC) based products. An alternative reuse for the SS would be as raw material in the alkali-activated materials (AAM). AAM are alternative materials that could present better mechanical and durability performances; they also incorporate larger amounts of industrial wastes. This research investigated the feasibility of SS as binder and aggregate in AAM, by determining the optimum activation parameters and the pre-treatment process needed (wet-curing and carbonation). Mechanical, microstructural and durability properties were evaluated via a series of characterization methods, such as scanning electron microscopy (SEM), X-ray microtomography (μCT), mercury intrusion porosimetry (MIP) and autoclave expansion, among others. Results showed that SS has low reactivity but may be alkaliactivated as single binder. In fact, the best mechanical results (compressive strength up to 20 MPa) were achieved by using an activator with low Na2O concentration (4%) and intermediary silica modulus (1.50- 2.22). As aggregate, the wet curing as pre-treatment of the SS is highly recommended for AAM and PC matrices to control the delayed expansion of the former, producing sound materials after accelerated testing. In addition, the ITZ showed a gel phase (most likely resulting from the reaction of the SS aggregate in the alkaline system) which promoted the bond between aggregates and paste. On the other hand, the carbonation as pre-treatment of SS strongly affected the strength development at early ages of AAM mortars due to the formation of sodium carbonate in the activator. The AAM mortar designed with neat SS as binder and aggregate presented low mechanical strength (up to 5 MPa) and high porosity. Consequently, this mortar does not have sufficient mechanical strength to be evaluated in accelerated expansion testing. The findings of this research showed that the use of SS as raw material is very promising for AAM development.
  • Imagem de Miniatura
    Item
    Materiais álcali-ativados produzidos utilizando cinzas de bagaço de cana-de-açúcar como precursor único
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023-5-25) França, Sâmara; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; http://lattes.cnpq.br/0783179484317105; http://lattes.cnpq.br/0522046662381115; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Borges, Paulo Henrique Ribeiro; Aguilar, Maria Teresa Paulino; Carvalho, José Maria Franco de
    A produção de cimento Portland apresenta significativa importância para o desenvolvimento social e econômico de um país, entretanto gera impactos ambientais desde a extração das matérias primas até produção do clínquer. Apesar dos impactos, a demanda de cimento Portland ainda é crescente em países em desenvolvimento como Índia, China e Brasil. Diante deste impasse, pesquisas para o desenvolvimento de materiais alternativos ao cimento Portland estão crescendo ao redor do mundo. Entre estas pesquisas destacam-se aquelas relacionadas aos materiais álcali-ativados (MAAs). Os MAAs são considerados mais ecoeficientes que o cimento Portland por emitirem menos CO2 durante seu processo de produção. Além disso, as matérias primas utilizadas no seu desenvolvimento são, geralmente, resíduos ou rejeitos de outros processos industriais. A cinza de bagaço de cana-de-açúcar (CBCA) é um exemplo de resíduo gerado em grande escala no Brasil e com grande potencial de utilização para produção de MAAs. Diante disso, o presente trabalho desenvolveu MAAs utilizando a CBCA como precursor único. Para isto, a reatividade das cinzas foi avaliada por meio de testes químicos. Posteriormente, a viabilidade do material foi verificada por meio de ensaios físicos, mecânicos e de durabilidade. Como resultado verificou-se que as pastas álcali-ativadas produzidas a partir de CBCA como precursor exclusivo apresentam constituição estrutural semelhante a pastas produzidas a partir de precursores tradicionais. Além disso, concluiu-se que a CBCA é um precursor exclusivo viável uma vez que as pastas atingiram resistência mecânica significativa (21,39 MPa), baixa densidade aparente (1,74 g/cm³) e baixa porosidade (3,54%) aos 28 dias de cura. Em relação à durabilidade, concluiu-se que as matrizes produzidas a partir de CBCA como precursor exclusivo apresentam excelente resistência ao ataque ácido uma vez que apresentam aumento de resistência à compressão após 7 dias de imersão em ácido sulfúrico. Entretanto, em relação à reação álcali-sílica, conclui-se que as metodologias das normas brasileiras e estadunidenses não são adequadas para os MAAs produzidos exclusivamente a partir de CBCA, pois a imersão dos corpos de prova nos tanques ocorre antes da consolidação da matriz o que resulta em uma expansão excessiva do material. Além disso, conclui-se que o refinamento do tamanho dos raios dos poros das pastas produzidas é diretamente proporcional a susceptibilidade a agentes agressivos das argamassas testadas.