Controle da hidratação do óxido de magnésio: fundamentos físico-químicos e aplicação tecnológica
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Data de Publicação: | 2016 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13335 |
Resumo: | Magnesium oxide has been proposed as an alternative binder to calcium aluminate cement in refractory castables with reduced amount of CaO. The binding effect is generated by the MgO hydration, resulting in brucite [Mg(OH)2]. The formation of this hydroxide is followed by volumetric changes which, depending on its magnitude, can induce cracks in the material. However, if the hydration reactions are controlled, it would be possible to obtain in situ Mg(OH)2, which could fill in the pores and increase the mechanical strength of the refractory. Considering this possibility and based on a kinetic model that describes MgO hydration as a nucleation and growth process, in this work the control of the kinetic of Mg(OH)2 formation in aluminous castables, was studied. Considering the bar resonance as the main characterisation technique for measuring the in situ elastic modulus, the effect of particle size, MgO reactivity, temperature, time of curing and drying on the kinetic of strengthening of castables containing MgO in the matrix, were evaluated. When finer or less reactive MgO were used, the brucite’s nuclei were more dispersedly formed, favouring the growth of Mg(OH)2 crystals. In order to increase the nuclei density and to limit the growth of the formed crystals, more nucleation sites were activated. Propionic, acetic and formic acids were selected for this purpose. Among those, formic acid activated a greater number of nucleation sites, controlling brucite formation and inhibiting the samples’ cracking. Due to the high degree of hydration, explosion of the samples during the first heating of the castables, was detected. Nevertheless, this drawback was eliminated by the addition of hydratable alumina or a microsilica-based additive to the designed compositions. As a consequence, aluminous castables bonded with MgO and formic acid were successfully prepared, leading to a novel processing route not yet found in the literature. |
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Santos Junior, Tiago dosPandolfelli, Victor Carloshttp://lattes.cnpq.br/7369376873984839http://lattes.cnpq.br/79137690191558904370a7f1-b21b-4f74-bf37-ff606d674e7d2020-10-14T14:47:59Z2020-10-14T14:47:59Z2016-08-24SANTOS JUNIOR, Tiago dos. Controle da hidratação do óxido de magnésio: fundamentos físico-químicos e aplicação tecnológica. 2016. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2016. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13335.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13335Magnesium oxide has been proposed as an alternative binder to calcium aluminate cement in refractory castables with reduced amount of CaO. The binding effect is generated by the MgO hydration, resulting in brucite [Mg(OH)2]. The formation of this hydroxide is followed by volumetric changes which, depending on its magnitude, can induce cracks in the material. However, if the hydration reactions are controlled, it would be possible to obtain in situ Mg(OH)2, which could fill in the pores and increase the mechanical strength of the refractory. Considering this possibility and based on a kinetic model that describes MgO hydration as a nucleation and growth process, in this work the control of the kinetic of Mg(OH)2 formation in aluminous castables, was studied. Considering the bar resonance as the main characterisation technique for measuring the in situ elastic modulus, the effect of particle size, MgO reactivity, temperature, time of curing and drying on the kinetic of strengthening of castables containing MgO in the matrix, were evaluated. When finer or less reactive MgO were used, the brucite’s nuclei were more dispersedly formed, favouring the growth of Mg(OH)2 crystals. In order to increase the nuclei density and to limit the growth of the formed crystals, more nucleation sites were activated. Propionic, acetic and formic acids were selected for this purpose. Among those, formic acid activated a greater number of nucleation sites, controlling brucite formation and inhibiting the samples’ cracking. Due to the high degree of hydration, explosion of the samples during the first heating of the castables, was detected. Nevertheless, this drawback was eliminated by the addition of hydratable alumina or a microsilica-based additive to the designed compositions. As a consequence, aluminous castables bonded with MgO and formic acid were successfully prepared, leading to a novel processing route not yet found in the literature.O óxido de magnésio (MgO) foi proposto como ligante alternativo ao cimento de aluminato de cálcio em concretos refratários com baixo teor de CaO. O efeito ligante surge da reação de hidratação do MgO, resultando em brucita [Mg(OH)2]. A formação deste hidróxido é acompanhada de uma variação de volume que, dependendo da magnitude, pode levar à formação de trincas no material. No entanto, se a hidratação for controlada, é possível que a formação in situ do Mg(OH)2 aumente a resistência mecânica do refratário por meio do preenchimento dos poros. Diante desta possibilidade, baseando-se num modelo cinético que descreve a hidratação do MgO como um processo de nucleação e crescimento dos cristais, neste trabalho foram avaliadas formas de controle da cinética de formação do Mg(OH)2 em concretos aluminosos. Utilizando como principal técnica a ressonância de barras para a medida de módulo elástico in situ, foram avaliados o efeito da granulometria, reatividade do MgO, temperatura, tempo de cura e secagem na cinética de fortalecimento dos concretos com MgO na matriz. Quando MgO mais finos ou menos reativos foram utilizados, os núcleos de brucita formaram-se mais esparsos, favorecendo o crescimento dos cristais de Mg(OH)2 e trincamento dos concretos. Para aumentar a densidade de núcleos e limitar o crescimento dos cristais formados, mais sítios favoráveis à nucleação foram ativados. Os ácidos propanoico, acético e fórmico foram utilizados para este fim. Entre estes, o ácido fórmico ativou um maior número de sítios, controlando a formação da brucita e inibindo o trincamento das amostras. Devido ao elevado grau de hidratação, houve a explosão durante a queima dos concretos. Tal evento foi eliminado pela adição de alumina hidratável ou um aditivo à base de microssílica. Desta forma, concretos aluminosos ligados por MgO e ácido fórmico foram preparados com êxito e de uma forma inédita na literatura.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessBrucitaHidrataçãoLigante refratárioNucleação e crescimentoÓxido de magnésioBruciteHydrationNucleation and growthMagnesium oxideRefractory binderENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSControle da hidratação do óxido de magnésio: fundamentos físico-químicos e aplicação tecnológicaControlling the magnesium oxide hydration: physicochemical fundamentals and technological applicationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600390bd4d1-c505-4015-b043-b075d197c61freponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTiago dos Santos Junior - Dissertação.pdfTiago dos Santos Junior - Dissertação.pdfDissertação de Mestradoapplication/pdf4786549https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13335/1/Tiago%20dos%20Santos%20Junior%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdf6aeb7afa3a402fa95f9b7ea6d4c84fb6MD51BCO carta comprovante autoarquivamento.pdfBCO carta comprovante autoarquivamento.pdfCarta comprovante de autoarquivamentoapplication/pdf306309https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13335/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdfc79a0d7d8edb072891a18c464400fb2aMD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13335/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTTiago dos Santos Junior - Dissertação.pdf.txtTiago dos Santos Junior - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain318994https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13335/4/Tiago%20dos%20Santos%20Junior%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdf.txt89f179e0aab8a3e2329247e9addba808MD54BCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtExtracted texttext/plain1489https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13335/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf.txte0bb837b561a261960a1ffdf94b61094MD56THUMBNAILTiago dos Santos Junior - Dissertação.pdf.jpgTiago dos Santos Junior - Dissertação.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6195https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13335/5/Tiago%20dos%20Santos%20Junior%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdf.jpg7e272fd2e45ad0a9784f2f7f4e2f9bf7MD55BCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9712https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13335/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf.jpg68ac1b46a470ffce52d260213f84d5daMD57ufscar/133352023-09-18 18:32:02.846oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/13335Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:02Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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