Carbonatação em escala piloto de telhas de cimento reforçadas com fibras celulósicas e sintéticas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Faria, Caik Elisio Tonelli
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFLA
Texto Completo: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/49674
Resumo: The civil construction sector has undergone constant evolution for best practices and sustainable materials, always considering market competitiveness and sustainability. One of the topics is the addiction of cellulosic pulp in the fiber cement matrix which has an drawback because it is easily degraded due to calcium hydroxide - Ca(OH)2 in the cement matrix. Seeking the feasibility of using plant fibers in the matrix, accelerated carbonation technologies is efficient in terms of prolonging plant fibers’ durability, with the reduction of matrix pH due to the transformation of calcium hydroxide into calcium carbonate (CaCO3). The present study focus in the evaluation during carbonation, the influence of pressure, volume and relative humidity inside the chamber, and the humidity of fiber reinforced cement materials. Three steps were carried out to evaluate the proposed variables: I) evaluating the variation of the internal pressure of the chamber; II) evaluating the variation of the volume of cement material inserted in the carbonation process and III) evaluating the variation of humidity internal to the carbonation chamber and initial humidity of the material at the entrance of the process, evaluating the mechanical, physical and chemical results after the experimental steps, aiming to enable the use this methodology on an industrial scale. Stage I, accelerated carbonation process was carried out on a pilot scale, using the Fhaizer autoclave as a chamber, with a volume of 8m³, 6 hours of duration, saturated in CO2, with controlled humidity and pressures of -0.5 bar, atmospheric pressure and 5 bar. The best results are: physical (up to 8% drier and up to 4% more apparent density), mechanical (up to 15%, up to 43% and up to 22% higher than the others in terms of MOR, LOP and Specific Energy, respectively). Higher degree of carbonation was found in carbonated specimens with an overpressure of 5 bar. Stage II, the accelerated carbonation process was carried out with a reduction in the volume of occupation in the carbonation chamber by 75%, which consequently allowed a more efficient control of humidity (20% lower than in Stage I). Mechanical results up to 13% higher than Stage I, physical reduction of up to 24% of the moisture of the samples were obtained. Densification of the matrix by 8%, and an increase of 36% in the degree of carbonation were also observed. The evidence of effectiveness by reducing the internal relative humidity at the autoclave during the accelerated carbonation process were assessed. Finally, in Stage III, where the pre-drying of the fiber cement materials was carried out, results were potentiated in terms of carbonation degree values and CO2 fixation with increments of 27% and 36% respectively. The results show the significant influence of the initial moisture of the fiber cement material in the carbonation process and offer a way to apply this methodology in an industrial scale, as well as showing that the accelerated carbonation process can be an essential technique and strategy for carrying out the sequestration of CO2.
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Seeking the feasibility of using plant fibers in the matrix, accelerated carbonation technologies is efficient in terms of prolonging plant fibers’ durability, with the reduction of matrix pH due to the transformation of calcium hydroxide into calcium carbonate (CaCO3). The present study focus in the evaluation during carbonation, the influence of pressure, volume and relative humidity inside the chamber, and the humidity of fiber reinforced cement materials. Three steps were carried out to evaluate the proposed variables: I) evaluating the variation of the internal pressure of the chamber; II) evaluating the variation of the volume of cement material inserted in the carbonation process and III) evaluating the variation of humidity internal to the carbonation chamber and initial humidity of the material at the entrance of the process, evaluating the mechanical, physical and chemical results after the experimental steps, aiming to enable the use this methodology on an industrial scale. Stage I, accelerated carbonation process was carried out on a pilot scale, using the Fhaizer autoclave as a chamber, with a volume of 8m³, 6 hours of duration, saturated in CO2, with controlled humidity and pressures of -0.5 bar, atmospheric pressure and 5 bar. The best results are: physical (up to 8% drier and up to 4% more apparent density), mechanical (up to 15%, up to 43% and up to 22% higher than the others in terms of MOR, LOP and Specific Energy, respectively). Higher degree of carbonation was found in carbonated specimens with an overpressure of 5 bar. Stage II, the accelerated carbonation process was carried out with a reduction in the volume of occupation in the carbonation chamber by 75%, which consequently allowed a more efficient control of humidity (20% lower than in Stage I). Mechanical results up to 13% higher than Stage I, physical reduction of up to 24% of the moisture of the samples were obtained. Densification of the matrix by 8%, and an increase of 36% in the degree of carbonation were also observed. The evidence of effectiveness by reducing the internal relative humidity at the autoclave during the accelerated carbonation process were assessed. Finally, in Stage III, where the pre-drying of the fiber cement materials was carried out, results were potentiated in terms of carbonation degree values and CO2 fixation with increments of 27% and 36% respectively. The results show the significant influence of the initial moisture of the fiber cement material in the carbonation process and offer a way to apply this methodology in an industrial scale, as well as showing that the accelerated carbonation process can be an essential technique and strategy for carrying out the sequestration of CO2.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)O setor da construção civil tem passado por constantes evoluções, por melhores práticas e materiais sustentáveis, levando em pauta sempre a competitividade no mercado e o tema sustentabilidade. Um dos temas em pauta é a utilização de polpa celulósica na matriz de fibrocimento, que possui um empecilho por ser facilmente degradada devido à presença de hidróxido de cálcio - Ca(OH)2 na matriz cimentícia. Buscando a viabilidade da utilização de fibras vegetais na matriz, tecnologias de carbonatação acelerada tem se mostrado eficiente na prolongação da durabilidade das fibras vegetais, com a redução do pH da matriz devido à transformação do hidróxido de cálcio em carbonato de cálcio (CaCO3). O presente estudo tem o objetivo de avaliar durante a carbonatação acelerada a influência da pressão, volume de ocupação e umidade, tanto interna à câmara (umidade relativa) quanto à umidade inicial dos materiais de cimento reforçados com fibras. Foram realizadas 3 etapas, para se avaliar as variáveis propostas, sendo elas: I) avaliar a variação da pressão interna da câmara, II) avaliar a variação do volume de material de cimento inserido no processo de carbonatação e III) avaliar a variação da umidade relativa interna à câmara de carbonatação e umidade inicial do material na entrada do processo, avaliando os resultados mecânicos, físicos e químicos após as etapas experimentais, objetivando viabilizar o uso da metodologia em escala industrial. Na Etapa I foi realizado processo de carbonatação acelerada em escala piloto, utilizando-se como câmara a autoclave Fhaizer, com volume interno de 8m³, 6 horas de duração, saturado com CO2 puro, com umidade relativa controlada e pressões de -0,5 bar, pressão atmosférica e +5 bar. Os melhores resultados físicos (até 8% a menos de teor de água e até 4% a mais de densidade aparente), mecânicos (até 15%, até 43% e até 22% superior aos demais quanto a MOR, LOP e Energia específica respectivamente) e químicos 2º maior grau de carbonatação foram encontrados nos corpos de prova carbonatados com sobre pressão de +5 bar. Na Etapa II, o processo de carbonatação acelerada foi realizado com redução do volume de ocupação da câmara de carbonatação em 75% que consequentemente permitiu um controle de umidade interna à câmara com maior eficiência (20% menor que na Etapa I), onde pode-se observar resultados mecânicos até 13% superiores comparados a Etapa I. Para os físicos obteve-se uma redução de até 24% da umidade das amostras e densificação da matriz em 8%, e químicos com incremento de 36% no grau de carbonatação, mostrando assim a efetividade da redução da umidade interna à autoclave no processo de carbonatação acelerada. Por fim na Etapa III, onde foi realizada a pré-secagem dos materiais de fibrocimento, obteve-se resultados potencializados quanto aos valores de grau de carbonatação e fixação de CO2 com incrementos de 27% e 36% respectivamente. Os resultados mostram a grande influência da umidade inicial do material de fibrocimento no processo de carbonatação e evidenciam um caminho para metodologia ser aplicada em escala industrial, bem como, apresentam que o processo de carbonatação acelerada pode ser uma importante técnica e estratégia para realização do sequestro de CO2.Universidade Federal de LavrasPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia da MadeiraUFLAbrasilDepartamento de Ciências FlorestaisTonoli, Gustavo Henrique DenzinSavastano Junior, HolmerTonoli, Gustavo HenriqueSilva, Danillo WiskySoares, Jenaina RibeiroCaldas, Lucas RosseFaria, Caik Elisio Tonelli2022-04-05T17:38:07Z2022-04-05T17:38:07Z2022-04-052021-12-22info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfFARIA, C. E. T. Carbonatação em escala piloto de telhas de cimento reforçadas com fibras celulósicas e sintéticas. 2021. 65 p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia da Madeira) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/49674porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFLAinstname:Universidade Federal de Lavras (UFLA)instacron:UFLA2023-05-10T18:31:04Zoai:localhost:1/49674Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufla.br/oai/requestnivaldo@ufla.br || repositorio.biblioteca@ufla.bropendoar:2023-05-10T18:31:04Repositório Institucional da UFLA - Universidade Federal de Lavras (UFLA)false
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description The civil construction sector has undergone constant evolution for best practices and sustainable materials, always considering market competitiveness and sustainability. One of the topics is the addiction of cellulosic pulp in the fiber cement matrix which has an drawback because it is easily degraded due to calcium hydroxide - Ca(OH)2 in the cement matrix. Seeking the feasibility of using plant fibers in the matrix, accelerated carbonation technologies is efficient in terms of prolonging plant fibers’ durability, with the reduction of matrix pH due to the transformation of calcium hydroxide into calcium carbonate (CaCO3). The present study focus in the evaluation during carbonation, the influence of pressure, volume and relative humidity inside the chamber, and the humidity of fiber reinforced cement materials. Three steps were carried out to evaluate the proposed variables: I) evaluating the variation of the internal pressure of the chamber; II) evaluating the variation of the volume of cement material inserted in the carbonation process and III) evaluating the variation of humidity internal to the carbonation chamber and initial humidity of the material at the entrance of the process, evaluating the mechanical, physical and chemical results after the experimental steps, aiming to enable the use this methodology on an industrial scale. Stage I, accelerated carbonation process was carried out on a pilot scale, using the Fhaizer autoclave as a chamber, with a volume of 8m³, 6 hours of duration, saturated in CO2, with controlled humidity and pressures of -0.5 bar, atmospheric pressure and 5 bar. The best results are: physical (up to 8% drier and up to 4% more apparent density), mechanical (up to 15%, up to 43% and up to 22% higher than the others in terms of MOR, LOP and Specific Energy, respectively). Higher degree of carbonation was found in carbonated specimens with an overpressure of 5 bar. Stage II, the accelerated carbonation process was carried out with a reduction in the volume of occupation in the carbonation chamber by 75%, which consequently allowed a more efficient control of humidity (20% lower than in Stage I). Mechanical results up to 13% higher than Stage I, physical reduction of up to 24% of the moisture of the samples were obtained. Densification of the matrix by 8%, and an increase of 36% in the degree of carbonation were also observed. The evidence of effectiveness by reducing the internal relative humidity at the autoclave during the accelerated carbonation process were assessed. Finally, in Stage III, where the pre-drying of the fiber cement materials was carried out, results were potentiated in terms of carbonation degree values and CO2 fixation with increments of 27% and 36% respectively. The results show the significant influence of the initial moisture of the fiber cement material in the carbonation process and offer a way to apply this methodology in an industrial scale, as well as showing that the accelerated carbonation process can be an essential technique and strategy for carrying out the sequestration of CO2.
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