Química de materiais de construção : novas perspectivas de propriedades micro e macroscópicas de concretos
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Data de Publicação: | 2021 |
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Resumo: | Esta pesquisa, foi dividida em duas partes: (i) uma interpretação Química das atividades pozolânicas das adições minerais; (ii) uma perspectiva Química nas propriedades de concretos e dos riscos à saúde da utilização de resíduos agroindustriais. Na primeira parte, a espectroscopia de fluorescência de raios-X (FRX), mostrou que o forte índice das atividades pozolânicas da sílica ativa, medido pelo método de Chapelle modificado, estão relacionadas à sua eficiência em formar sistemas de silicato de cálcio hidratado (CSH), quando comparado com as adições de metacaulim e cinzas volantes. Além disso, os valores das propriedades termodinâmicas das reações de hidratação dos concretos, preparados com estas adições minerais, revelaram que as hidratações do cimento Portland foram similares. Os resultados de MEV/EDS mostraram que na superfície dos concretos com adições minerais, apresentaram semelhanças entre si, os quais, apresentam proporções maiores de SiO2 quando comparados com as amostras de referência. Adicionalmente, a difração de raios-X, mostrou que a presença dos sistemas minerais aumenta a formação da fase amorfa CSH. Pela perspectiva macroscópica, as análises quimiométricas das propriedades mecânicas dos concretos, mostraram que ao comparar todos os concretos, os materiais preparados com sílica ativa exibiram as melhores propriedades mecânicas e as referências, apresentaram as mais baixas. Enquanto os materiais preparados com metacaulim e cinzas volantes, suas resistências foram intermediárias, e seus comportamentos mecânicos foram semelhantes dentro do tempo de cura estabelecido, os quais foram estatisticamente comprovados pelo intervalo de confiança com uma significância de 0,05. Em relação à segunda parte, os experimentos de FRX, mostraram que as adições de cinza de bagaço de cana-de-açúcar, como materiais suplementares, aumentaram a presença de compostos inorgânicos reativos em concretos. Neste estudo foram estudadas duas cinzas, as quais, foram chamadas de SBA I e de SBA II. Propriedades termodinâmicas das reações de hidratação do cimento nos concretos preparados com estas cinzas, indicaram que estas reações químicas são espontâneas. Adicionalmente, análises térmicas mostraram diferenças significativas de perda de massa entre os materiais investigadas. Do ponto de vista estrutural e microestrutural, experimentos de difração de raios-X (DRX), mostraram que para as cinzas do bagaço de cana-de-açúcar hidratadas, havia quantidades significativas de fases amorfas. Esses resultados revelaram que os concretos preparados com cinzas, precisaram de um tempo de cura superior aos 91 dias para a formação de fases importantes no material, tal como a fase CSH. Dados de MEV/EDS revelaram que os concretos de referência e o CSBA II apresentaram uma quantidade significativa da fase CSH, quando comparado ao concreto CSBA I. Pela perspectiva macroscópica, as adições dos sistemas SBA I e SBA II em concretos, intensificaram as resistências à compressão axial (média de 50 MPa) quando comparada às amostras de referência (45 MPa). A partir destes resultados, as análises quimiométricas revelaram que após 365 dias tanto o CSBA I quanto as amostras de referência apresentam, estatisticamente, os mesmos resultados, enquanto o CSBA II apresentou maiores propriedades mecânicas quando comparado ao CSBA I e as de referência. É possível concluir que as cinzas, podem ser utilizadas como substitutos parciais do cimento Portland, que normalmente emite CO2 em sua fabricação. Sendo assim, a importância da pesquisa, permeia a explicação do comportamento micro e macroscópicos de materiais de construção a partir de estudos das propriedades ligadas a níveis moleculares. |
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Na primeira parte, a espectroscopia de fluorescência de raios-X (FRX), mostrou que o forte índice das atividades pozolânicas da sílica ativa, medido pelo método de Chapelle modificado, estão relacionadas à sua eficiência em formar sistemas de silicato de cálcio hidratado (CSH), quando comparado com as adições de metacaulim e cinzas volantes. Além disso, os valores das propriedades termodinâmicas das reações de hidratação dos concretos, preparados com estas adições minerais, revelaram que as hidratações do cimento Portland foram similares. Os resultados de MEV/EDS mostraram que na superfície dos concretos com adições minerais, apresentaram semelhanças entre si, os quais, apresentam proporções maiores de SiO2 quando comparados com as amostras de referência. Adicionalmente, a difração de raios-X, mostrou que a presença dos sistemas minerais aumenta a formação da fase amorfa CSH. Pela perspectiva macroscópica, as análises quimiométricas das propriedades mecânicas dos concretos, mostraram que ao comparar todos os concretos, os materiais preparados com sílica ativa exibiram as melhores propriedades mecânicas e as referências, apresentaram as mais baixas. Enquanto os materiais preparados com metacaulim e cinzas volantes, suas resistências foram intermediárias, e seus comportamentos mecânicos foram semelhantes dentro do tempo de cura estabelecido, os quais foram estatisticamente comprovados pelo intervalo de confiança com uma significância de 0,05. Em relação à segunda parte, os experimentos de FRX, mostraram que as adições de cinza de bagaço de cana-de-açúcar, como materiais suplementares, aumentaram a presença de compostos inorgânicos reativos em concretos. Neste estudo foram estudadas duas cinzas, as quais, foram chamadas de SBA I e de SBA II. Propriedades termodinâmicas das reações de hidratação do cimento nos concretos preparados com estas cinzas, indicaram que estas reações químicas são espontâneas. Adicionalmente, análises térmicas mostraram diferenças significativas de perda de massa entre os materiais investigadas. Do ponto de vista estrutural e microestrutural, experimentos de difração de raios-X (DRX), mostraram que para as cinzas do bagaço de cana-de-açúcar hidratadas, havia quantidades significativas de fases amorfas. Esses resultados revelaram que os concretos preparados com cinzas, precisaram de um tempo de cura superior aos 91 dias para a formação de fases importantes no material, tal como a fase CSH. Dados de MEV/EDS revelaram que os concretos de referência e o CSBA II apresentaram uma quantidade significativa da fase CSH, quando comparado ao concreto CSBA I. Pela perspectiva macroscópica, as adições dos sistemas SBA I e SBA II em concretos, intensificaram as resistências à compressão axial (média de 50 MPa) quando comparada às amostras de referência (45 MPa). A partir destes resultados, as análises quimiométricas revelaram que após 365 dias tanto o CSBA I quanto as amostras de referência apresentam, estatisticamente, os mesmos resultados, enquanto o CSBA II apresentou maiores propriedades mecânicas quando comparado ao CSBA I e as de referência. É possível concluir que as cinzas, podem ser utilizadas como substitutos parciais do cimento Portland, que normalmente emite CO2 em sua fabricação. Sendo assim, a importância da pesquisa, permeia a explicação do comportamento micro e macroscópicos de materiais de construção a partir de estudos das propriedades ligadas a níveis moleculares.This research was divided into two parts: (i) a chemical interpretation of the pozzolanic activities of mineral additions; and (ii) a chemical perspective on the properties of concrete and the health risks of using agro-industrial residues. In the work (i), the presence of reactive oxides affected the pozzolanic activities of mineral additions to concretes. In this sense, X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) showed that the strong index of pozzolanic activity of the silica fume measured by the modified Chapelle method is due to its efficiency in forming hydrated calcium silicate (CSH) systems when compared with the additions of metakaolin and fly ash. The values of the thermodynamic properties of the hydration reactions of the concrete prepared with these mineral additions revealed that the hydrations of the Portland cement were similar. The SEM/EDS results showed that the concretes prepared with these mineral additions presented similarities, which exhibited higher proportions of SiO2 when compared with the reference concrete. X-ray diffraction showed that the presence of mineral systems increases the formation of the CSH amorphous phase. From a macroscopic perspective, chemometric analyzes of the mechanical properties of the concrete prepared in this study showed that the materials prepared with active silica exhibited the best mechanical properties, and the reference presented the lowest. The materials prepared with metakaolin and fly ash, their mechanical behaviors were intermediate within the established curing time, which was statistically confirmed by the confidence interval with a significance of 0.05. Further, in the second part, the XRF experiments showed that the additions of sugarcane bagasse ash as supplementary materials increased the presence of reactive inorganic compounds in concretes. In this study, two ashes were studied, which were called SBA I and SBA II. In addition, the thermodynamics of the hydrations of the concretes prepared with these ashes indicated that these chemical reactions are spontaneous processes. Thermal analyzes showed significant differences in mass loss between the sugarcane bagasse ashes (SBA I and SBA II. From a structural/microstructural perspective, x-ray diffraction experiments showed that in the hydrated sugarcane bagasse, ashes have significant quantities of amorphous phases. The results revealed that the concretes prepared with sugarcane bagasse ash required a curing time of more than 91 days for the formation of important phases in the material, such as the CSH phase. SEM/EDS data revealed that the reference concretes and CSBA II presented a significant amount of the CSH phase when compared to the CSBA I concrete. From a macroscopic perspective, the additions of the SBA I and SBA systems II in concrete intensified the axial compression strengths (average of 50 MPa) when compared to the reference samples (45 MPa). By employing the values of mechanical properties, chemometric analyzes revealed that after 365 days, both CSBA I and the reference samples have statistically the same results, while CSBA II showed higher mechanical properties when compared to CSBA I and the reference samples. In short, these results pointed out that sugarcane bagasse ashes can be employed as partial substitutes for cement, which normally emits CO2 when used in the processing of construction materials. Thus, the importance of research permeates the explanation of the micro and macroscopic behavior of construction materials from studies of linked properties at the molecular level.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Ciencia de MateriaisUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessMateriais não metálicosConcretoArgamassaAdições mineraisQuímica de materiais de construção : novas perspectivas de propriedades micro e macroscópicas de concretosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPELICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81908https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41517/3/license.txtc59d330e2c454f71974f5866a0e8a96aMD53ORIGINALTESE Romildo Alves Berenguer.pdfTESE Romildo Alves Berenguer.pdfapplication/pdf7021596https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41517/1/TESE%20Romildo%20Alves%20Berenguer.pdfe226a07790c2e2095ba53a631b66e8feMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41517/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52TEXTTESE Romildo Alves Berenguer.pdf.txtTESE Romildo Alves Berenguer.pdf.txtExtracted texttext/plain249897https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41517/4/TESE%20Romildo%20Alves%20Berenguer.pdf.txt2773920298311766506cf2c5a8a34e5fMD54THUMBNAILTESE Romildo Alves Berenguer.pdf.jpgTESE Romildo Alves Berenguer.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1251https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41517/5/TESE%20Romildo%20Alves%20Berenguer.pdf.jpgd5799089d4d7487b9bd2fa0391a286b8MD55123456789/415172021-11-05 02:12:58.65oai:repositorio.ufpe.br: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ório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpe.br/oai/requestattena@ufpe.bropendoar:22212021-11-05T05:12:58Repositório Institucional da UFPE - Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)false |
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