Ativação alcalina de resíduos industriais na estabilização de solos residuais graníticos
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2016 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10348/6894 |
Resumo: | As crescentes exigências relacionadas com a indústria da construção conduzem, na maioria dos casos, à necessidade de melhorar as características dos solos existentes. Urge encontrar soluções às alternativas tradicionais (cimento Portland), devido aos enormes custos que apresentam, e às preocupações ambientais, quer na utilização e quer na produção, que acarretam. A produção massiva de resíduos provenientes de grandes centrais de produção é um problema para o meio ambiente. Normalmente têm um valor comercial muito reduzido, tornando-se um problema para as próprias empresas. Uma solução passa por associar diversos resíduos, quer para fins construtivos quer para a beneficiação de solos, através da ativação alcalina, numa técnica também designada por geopolimerização. Os geopolímeros são materiais à base de aluminosilicatos que apresentam excelentes propriedades físicas e químicas e uma variada gama de aplicações. Neste trabalho, no sentido de melhorar as características de um solo residual granítico, foi investigada a ativação alcalina de cinzas F, dois slag e lamas provenientes de uma ETA. Foram analisadas as dissoluções das cinzas em soluções de hidróxido de sódio, variando os seguintes parâmetros: tempo de reação, tempo de moagem, velocidade de rotação, concentração de NaOH e temperatura. Foram também determinadas as dissoluções dos outros resíduos, um à base de alumínio (lamas ETA) e outro à base de cálcio (slag). Relativamente às cinzas verificou-se que a maior parte da solubilidade à temperatura de 23°C ocorre nos primeiros 14 dias, com uma solubilidade limite de 37.5%. A cinética da dissolução foi ajustada a um modelo de Avrami modificado revelando um expoente de Avrami de m=0.4555, e uma constante cinética de k = 0.0113 min-0.4555. A energia de ativação calculada para o processo de dissolução das cinzas foi de EA = 39104 J/mol. Isto resulta em ganhos significativos da quantidade de cinza dissolvida podendo superar os 70% se a dissolução ocorrer a 80°C. A moagem das cinzas também é eficaz no aumento da taxa de dissolução, em particular até aos 60 minutos de moagem. Um dos elementos existente nas cinzas que é dissolvido em maior extensão é o alumínio. Análises feitas à solução filtrada mostram que o valor limite para a dissolução da alumina (Al2O3) é de 61.8%. A razão entre o teor de alumínio e de silício solubilizados, a tempo infinito, à temperatura de 23°C, foi de 2.43. Este valor indica que a quantidade de sílica solúvel é demasiado baixa para uma geopolimerização eficaz, justificando a necessidade da adição de silicato de sódio no ativador, como meio de introduzir sílica solúvel no meio alcalino. A taxa de dissolução nas lamas ETA secas está na ordem dos 60%, valor afetado pela existência de um teor elevado de matéria orgânica. A temperatura de calcinação de 950°C das lamas ETA foi demasiado elevada, o que diminuiu drasticamente as taxas de dissolução da alumina. O slag preto e o slag branco são maioritariamente constituídos por cálcio, apresentando taxas de dissolução à temperatura ambiente muito superiores às da cinza. As dissoluções do slag branco são maiores do que as dissoluções do slag preto. Para ambos os slag, há um incremento de dissolução com o tempo de moagem, até aos 30 minutos, estabilizando depois. Foram levados a cabo ensaios de compressão uniaxial em provetes de caldas cimentícias ativadas com solo. Os provetes foram fabricados de acordo com os mesmos parâmetros das dissoluções. No entanto, constatou-se que as condições de cura aplicadas, nomeadamente uma humidade relativa de 85% à temperatura de 21°C, não foram as mais indicadas para a ativação alcalina das cinzas e das lamas ETA, com baixas resistências à compressão axial (<3 MPa). Os melhores resultados obtidos à compressão uniaxial foram nas misturas que continham slag preto após moagem, apresentando valores de 4.8MPa ao fim do 28°dia, com este valor estável até ao 90°dia. |
id |
RCAP_ef9246ded6d6a09854e16c09a790ae73 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.utad.pt:10348/6894 |
network_acronym_str |
RCAP |
network_name_str |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
repository_id_str |
7160 |
spelling |
Ativação alcalina de resíduos industriais na estabilização de solos residuais graníticosEstabilização do soloReações químicasMelhoria de solosAtivação alcalinaCinzas volantesDissoluçãoAs crescentes exigências relacionadas com a indústria da construção conduzem, na maioria dos casos, à necessidade de melhorar as características dos solos existentes. Urge encontrar soluções às alternativas tradicionais (cimento Portland), devido aos enormes custos que apresentam, e às preocupações ambientais, quer na utilização e quer na produção, que acarretam. A produção massiva de resíduos provenientes de grandes centrais de produção é um problema para o meio ambiente. Normalmente têm um valor comercial muito reduzido, tornando-se um problema para as próprias empresas. Uma solução passa por associar diversos resíduos, quer para fins construtivos quer para a beneficiação de solos, através da ativação alcalina, numa técnica também designada por geopolimerização. Os geopolímeros são materiais à base de aluminosilicatos que apresentam excelentes propriedades físicas e químicas e uma variada gama de aplicações. Neste trabalho, no sentido de melhorar as características de um solo residual granítico, foi investigada a ativação alcalina de cinzas F, dois slag e lamas provenientes de uma ETA. Foram analisadas as dissoluções das cinzas em soluções de hidróxido de sódio, variando os seguintes parâmetros: tempo de reação, tempo de moagem, velocidade de rotação, concentração de NaOH e temperatura. Foram também determinadas as dissoluções dos outros resíduos, um à base de alumínio (lamas ETA) e outro à base de cálcio (slag). Relativamente às cinzas verificou-se que a maior parte da solubilidade à temperatura de 23°C ocorre nos primeiros 14 dias, com uma solubilidade limite de 37.5%. A cinética da dissolução foi ajustada a um modelo de Avrami modificado revelando um expoente de Avrami de m=0.4555, e uma constante cinética de k = 0.0113 min-0.4555. A energia de ativação calculada para o processo de dissolução das cinzas foi de EA = 39104 J/mol. Isto resulta em ganhos significativos da quantidade de cinza dissolvida podendo superar os 70% se a dissolução ocorrer a 80°C. A moagem das cinzas também é eficaz no aumento da taxa de dissolução, em particular até aos 60 minutos de moagem. Um dos elementos existente nas cinzas que é dissolvido em maior extensão é o alumínio. Análises feitas à solução filtrada mostram que o valor limite para a dissolução da alumina (Al2O3) é de 61.8%. A razão entre o teor de alumínio e de silício solubilizados, a tempo infinito, à temperatura de 23°C, foi de 2.43. Este valor indica que a quantidade de sílica solúvel é demasiado baixa para uma geopolimerização eficaz, justificando a necessidade da adição de silicato de sódio no ativador, como meio de introduzir sílica solúvel no meio alcalino. A taxa de dissolução nas lamas ETA secas está na ordem dos 60%, valor afetado pela existência de um teor elevado de matéria orgânica. A temperatura de calcinação de 950°C das lamas ETA foi demasiado elevada, o que diminuiu drasticamente as taxas de dissolução da alumina. O slag preto e o slag branco são maioritariamente constituídos por cálcio, apresentando taxas de dissolução à temperatura ambiente muito superiores às da cinza. As dissoluções do slag branco são maiores do que as dissoluções do slag preto. Para ambos os slag, há um incremento de dissolução com o tempo de moagem, até aos 30 minutos, estabilizando depois. Foram levados a cabo ensaios de compressão uniaxial em provetes de caldas cimentícias ativadas com solo. Os provetes foram fabricados de acordo com os mesmos parâmetros das dissoluções. No entanto, constatou-se que as condições de cura aplicadas, nomeadamente uma humidade relativa de 85% à temperatura de 21°C, não foram as mais indicadas para a ativação alcalina das cinzas e das lamas ETA, com baixas resistências à compressão axial (<3 MPa). Os melhores resultados obtidos à compressão uniaxial foram nas misturas que continham slag preto após moagem, apresentando valores de 4.8MPa ao fim do 28°dia, com este valor estável até ao 90°dia.The increasing demands related to the construction industry in most cases lead to improve the performance of existing soils. Is urgent to find alternatives for the traditional solutions (Portland cement), due to the enormous costs they present and environmental concerns, either in use or in production. The massive production of waste from large power plants, is a problem for the environment and usually these have a very low commercial value, making it a problem for the companies themselves. One solution is to associate these wastes for constructive purposes, particularly for the soil improvement, through the technique of alkaline activation. Very often, this technique is associated with the formation of geopolymers. The geopolymers are aluminosilicate materials which have excellent physical and chemical properties and a wide range of applications. In this work, in order to improve the characteristics of a residual granite soil, fly ash F alkali activated was investigated as also two slag and mud from a water treatment plant (ETA). Fly ash dissolutions in sodium hydroxide solutions were analyzed by varying the following parameters: reaction time, grinding time, rotation speed, temperature and concentration of NaOH. Dissolutions of other residues were also determined, one aluminum-based (ETA sludge) and other calcium-based (slag). For the ash it was found that most of the solubility at 23 °C occurs within the first 14 days, with a solubility limit of 37.5%. The kinetics of dissolution was adjusted to a modified Avrami model revealing a Avrami exponent m = 0.4555, and a kinetic constant of k = 0.0113 min 0.4555. The activation energy calculated for the fly ash dissolution process was EA = 39104 J / mol. This leads in dissolved fly ash amount significant improvements which can exceed 70% when the dissolution occurs at 80 °C. The grinding of the ash is also effective in increasing the dissolution rate, in particular until to 60 minutes of grinding. One of the existing elements in the ash which is dissolved at a greater extent is the aluminum. Analyses carried out on the filtered solution shows that the limit value for the alumina dissolution (Al2O3) is 61.8%. The ratio between the solubilized aluminum and silicon content to infinite time, at a temperature of 23 ° C was 2.43. This value indicates that the amount of soluble silica is too low for effective geopolymerization, which justifies the need of the addition of the sodium silicate activator as a mean of introducing soluble silica in alkaline medium. The dissolution rate in the dry ETA sludge is in the order of 60%, affected by the existence of a high content of organic matter. The ETA sludge calcination temperature of 950 °C was too high, which drastically reduced the alumina dissolution rates. The black slag and white slag are mainly composed of calcium, with dissolution rates at room temperature much higher than the fly ash. The white slag dissolutions are greater than the black slag dissolutions. For both slag, there is a dissolution increase with grinding time up to 30 minutes and leveling after. Uniaxial compression tests were carried out on cement grout samples activated with soil. The specimens were fabricated according to the same parameters of the dissolutions. However, it was found that the curing conditions applied, including a relative humidity of 85% at 21 ° C, were not the more suitable for the fly ash and ETA sludge alkaline activation with low resistance to axial compression (<3 MPa). The better uniaxial compression results were in the mixtures containing black slag after grinding, with 4.8MPa values after the 28th day, with this value stable until the 90th day.2016-11-28T09:43:51Z2016-11-28T00:00:00Z2016-11-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10348/6894porLucas, Ernesto Paulo Fernandesinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-02-02T12:42:34Zoai:repositorio.utad.pt:10348/6894Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T02:03:10.042542Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
dc.title.none.fl_str_mv |
Ativação alcalina de resíduos industriais na estabilização de solos residuais graníticos |
title |
Ativação alcalina de resíduos industriais na estabilização de solos residuais graníticos |
spellingShingle |
Ativação alcalina de resíduos industriais na estabilização de solos residuais graníticos Lucas, Ernesto Paulo Fernandes Estabilização do solo Reações químicas Melhoria de solos Ativação alcalina Cinzas volantes Dissolução |
title_short |
Ativação alcalina de resíduos industriais na estabilização de solos residuais graníticos |
title_full |
Ativação alcalina de resíduos industriais na estabilização de solos residuais graníticos |
title_fullStr |
Ativação alcalina de resíduos industriais na estabilização de solos residuais graníticos |
title_full_unstemmed |
Ativação alcalina de resíduos industriais na estabilização de solos residuais graníticos |
title_sort |
Ativação alcalina de resíduos industriais na estabilização de solos residuais graníticos |
author |
Lucas, Ernesto Paulo Fernandes |
author_facet |
Lucas, Ernesto Paulo Fernandes |
author_role |
author |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Lucas, Ernesto Paulo Fernandes |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Estabilização do solo Reações químicas Melhoria de solos Ativação alcalina Cinzas volantes Dissolução |
topic |
Estabilização do solo Reações químicas Melhoria de solos Ativação alcalina Cinzas volantes Dissolução |
description |
As crescentes exigências relacionadas com a indústria da construção conduzem, na maioria dos casos, à necessidade de melhorar as características dos solos existentes. Urge encontrar soluções às alternativas tradicionais (cimento Portland), devido aos enormes custos que apresentam, e às preocupações ambientais, quer na utilização e quer na produção, que acarretam. A produção massiva de resíduos provenientes de grandes centrais de produção é um problema para o meio ambiente. Normalmente têm um valor comercial muito reduzido, tornando-se um problema para as próprias empresas. Uma solução passa por associar diversos resíduos, quer para fins construtivos quer para a beneficiação de solos, através da ativação alcalina, numa técnica também designada por geopolimerização. Os geopolímeros são materiais à base de aluminosilicatos que apresentam excelentes propriedades físicas e químicas e uma variada gama de aplicações. Neste trabalho, no sentido de melhorar as características de um solo residual granítico, foi investigada a ativação alcalina de cinzas F, dois slag e lamas provenientes de uma ETA. Foram analisadas as dissoluções das cinzas em soluções de hidróxido de sódio, variando os seguintes parâmetros: tempo de reação, tempo de moagem, velocidade de rotação, concentração de NaOH e temperatura. Foram também determinadas as dissoluções dos outros resíduos, um à base de alumínio (lamas ETA) e outro à base de cálcio (slag). Relativamente às cinzas verificou-se que a maior parte da solubilidade à temperatura de 23°C ocorre nos primeiros 14 dias, com uma solubilidade limite de 37.5%. A cinética da dissolução foi ajustada a um modelo de Avrami modificado revelando um expoente de Avrami de m=0.4555, e uma constante cinética de k = 0.0113 min-0.4555. A energia de ativação calculada para o processo de dissolução das cinzas foi de EA = 39104 J/mol. Isto resulta em ganhos significativos da quantidade de cinza dissolvida podendo superar os 70% se a dissolução ocorrer a 80°C. A moagem das cinzas também é eficaz no aumento da taxa de dissolução, em particular até aos 60 minutos de moagem. Um dos elementos existente nas cinzas que é dissolvido em maior extensão é o alumínio. Análises feitas à solução filtrada mostram que o valor limite para a dissolução da alumina (Al2O3) é de 61.8%. A razão entre o teor de alumínio e de silício solubilizados, a tempo infinito, à temperatura de 23°C, foi de 2.43. Este valor indica que a quantidade de sílica solúvel é demasiado baixa para uma geopolimerização eficaz, justificando a necessidade da adição de silicato de sódio no ativador, como meio de introduzir sílica solúvel no meio alcalino. A taxa de dissolução nas lamas ETA secas está na ordem dos 60%, valor afetado pela existência de um teor elevado de matéria orgânica. A temperatura de calcinação de 950°C das lamas ETA foi demasiado elevada, o que diminuiu drasticamente as taxas de dissolução da alumina. O slag preto e o slag branco são maioritariamente constituídos por cálcio, apresentando taxas de dissolução à temperatura ambiente muito superiores às da cinza. As dissoluções do slag branco são maiores do que as dissoluções do slag preto. Para ambos os slag, há um incremento de dissolução com o tempo de moagem, até aos 30 minutos, estabilizando depois. Foram levados a cabo ensaios de compressão uniaxial em provetes de caldas cimentícias ativadas com solo. Os provetes foram fabricados de acordo com os mesmos parâmetros das dissoluções. No entanto, constatou-se que as condições de cura aplicadas, nomeadamente uma humidade relativa de 85% à temperatura de 21°C, não foram as mais indicadas para a ativação alcalina das cinzas e das lamas ETA, com baixas resistências à compressão axial (<3 MPa). Os melhores resultados obtidos à compressão uniaxial foram nas misturas que continham slag preto após moagem, apresentando valores de 4.8MPa ao fim do 28°dia, com este valor estável até ao 90°dia. |
publishDate |
2016 |
dc.date.none.fl_str_mv |
2016-11-28T09:43:51Z 2016-11-28T00:00:00Z 2016-11-28 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://hdl.handle.net/10348/6894 |
url |
http://hdl.handle.net/10348/6894 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação instacron:RCAAP |
instname_str |
Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação |
instacron_str |
RCAAP |
institution |
RCAAP |
reponame_str |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
collection |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1799137116834234368 |