Doutorado em Engenharia Civil

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Navegando Doutorado em Engenharia Civil por Assunto "Materiais de construção"

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    Alkali-activated binders with reclaimed asphalt aggregates as a potential base layer of pavements
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2022) Costa, Juliana Oliveira; Den Bregh, Wim Van; Blom, Johan; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Santos, Flávio Antônio dos; http://lattes.cnpq.br/0783179484317105; http://lattes.cnpq.br/5640767093177688; Wim Van den bregh; Johan Blom; Augusto Cesar da Silva Bezerra; Flávio Antônio dos Santos; João Paulo de Castro Gomes; Hubert Rahier
    The pavement infrastructure comprises 16.3 million kilometres worldwide, and the pavement-related industrial sectors are said to be responsible for 21% of the global Greenhouse Gas (GHG) emissions worldwide (Plati, 2019). Sustainable actions on materials for those pavement layers mostly consider replacing (i) natural aggregates (NA) with recycled ones and (ii) Portland cement (PC) used as binder/stabiliser with binders with a lower ecological footprint. This research investigates the possibility of incorporating recycled asphalt pavement (RAP) as an aggregate replacement and alkali-activated material (AAM) as Portland cement (PC) replacement in/for base layer materials. So far, most studies focused on the use of RAP and PC or supplementary cementitious materials. The combination of RAP with alkali-activated matrices may be an even more sustainable solution, given that not only the aggregate is recycled, but also PC is absent from the matrix. Properly designed AAMs are stronger and more durable than PC-based materials. It is, therefore, very likely that the employment of RAP in AAM will result in materials that achieve the minimum requirements for road applications. This research produced an alkali-activated material containing fine and/or coarse RAP aggregates (RAP-AAM) as a replacement for natural aggregates to be used as base layers of pavements. The main objective of this thesis is to determine whether AAM can incorporate high amounts of RAP and be used as pavement base layers without compromising mechanical and durability performance. During this research, two innovative characterization methods were used as an alternative to those often employed for Portland concrete. Firstly, the observation of the interfacial transition zone (ITZ) was improved by combining a laser scanning confocal microscope (LSCM) and a scanning electron microscope (SEM). The combination of both techniques permitted a better observation of the heterogeneous asphalt coating of the RAP particles, the presence of clusters, and cracks at the border and within the activated matrix. Secondly, the thesis proposes an alternative methodology to observe and quantify the shrinkage of RAP-AAM or any other cementitious materials by employing simplified optical imaging. Although this method only allows for the observation of total shrinkage, it is an almost inexpensive method that could give a clear indication of volume changes over time. The experimental data demonstrated that an ideal alkali-activated binder composition to produce RAP-AAM lean concrete would have 10% MK replacement (BFS vol%) and the activator would have 8% Na2O and Ms= 0 (i.e., activated with NaOH and no sodium silicate). This selection was based on the minimum activator amount required to reach the target compressive strength for a weak to medium lean concrete (5 to 10 MPa), while also minimizing the shrinkage effect. The durability assessment to freeze and thaw indicated similar performance for RAP-AAM and reference (RAP-PC). The findings of this research showed that RAPAAM is a promising material for pavement base layers and more investigation is needed on long-term strength and durability.
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    Materiais álcali-ativados produzidos utilizando cinzas de bagaço de cana-de-açúcar como precursor único
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023) França, Sâmara; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; http://lattes.cnpq.br/0783179484317105; http://lattes.cnpq.br/0522046662381115; Augusto Cesar da Silva Bezerra; Paulo Henrique Ribeiro Borges; Maria Teresa Paulino Aguila; José Maria Franco de Carvalho
    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 álcaliativadas 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.