Cimento sulfoaluminoso em ativação alcalina: caracterização e modelização de reações em sistemas híbridos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Tambara Júnior, Luís Urbano Durlo
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/220419
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2020.
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spelling Cimento sulfoaluminoso em ativação alcalina: caracterização e modelização de reações em sistemas híbridosEngenharia civilCimento sulfoaluminosoCinza pesadaCinza volanteTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2020.Esta pesquisa insere-se num contexto de elevada demanda por materiais ecoeficientes que permitam aplicações principalmente de ligantes com baixo teor de CO2. Ligantes de características híbridas podem ser desenvolvidos com a valorização de precursores de subprodutos industriais. O cimento sulfoaluminoso (CSA) se apresenta como um ligante ecoeficiente promissor, apresentando os principais compostos de ye?elimita, sulfato cálcico e belita que tem como principal produto de hidratação a etringita e AH3. A presença deste ligante em meios alcalinos pode afetar na estabilidade da formação da etringita. A ativação alcalina é composta por minerais aluminossilicatos e uma solução alcalina, os principais compostos de reação para resíduos contendo baixo teor de cálcio são os géis N-A-S-H. A originalidade desta pesquisa está na realização de caracterização da hidratação de composições híbridas entre cimentos sulfoaluminosos, comercializados na Europa, e diferentes resíduos (cinza volante, cinza pesada e lama vermelha) ativadas alcalinamente, visando identificar seus compostos formados nestes sistemas. Inicialmente foi avaliado o comportamento das fases mineralógicas do clínquer de CSA em diferentes fontes de sulfatos e do cimento em diferentes fontes de álcalis, analisando as fases da hidratação destas pastas, enquanto a segunda etapa avaliou a aplicação de cimentos híbridos compostos de cimento CSA e cinza volante, cinza pesada e lama vermelha, ativados. Por fim foram avaliadas as propriedades de argamassas híbridas binárias de cimento CSA com cinza pesada e lama vermelha. Ao utilizar álcalis na hidratação de cimento CSA foi observado aceleração de cinética para moderadas alcalinidades (0,1 M e 1 M), formando maiores conteúdos de etringita e AH3, responsáveis pelo aumento de resistência mecânica, já elevadas alcalinidades (4 M e 8 M) resultaram na formação de monosulfatos (fase-U) e tenardita, reduzindo a propriedade mecânica devido aumento de porosidade. Dentre os sais sólidos o silicato sódico contribuiu para aumento das resistências devido aumento de silicato na pasta, favorecendo formação de estratlingita, que resultou num maior preenchimento de poros do sistema. Para as pastas híbridas, 1 M de NaOH apresentou melhores resultados de aceleração de reações e ganho a longo prazo de resistência mecânica. Curas em temperaturas elevadas afetaram negativamente as resistências devido solubilização da etringita. Para todas as argamassas foram observadas baixa variação dimensional, mesmo com altas substituições (50% de resíduos). Substituições de 10% de resíduo apresentaram propriedades capilares similares a referência. Todas as amostras apresentaram ótima resistência à sulfatos, exceto argamassas produzidas com 50% de lama vermelha e ativadas com 1M de NaOH, devido rápida reatividade inicial provida pelo aumento de alumina fornecido pela lama vermelha. Os produtos híbridos de cimento sulfoaluminoso com resíduos elaborados neste trabalho apresentaram desempenho mecânico e durável similares ao do cimento sulfoaluminoso puro, com um maior apelo sustentável permitindo elevadas substituições de cimento por resíduos.Abstract: This research is inserted in a context of high demand for eco-efficient materials that allow applications mainly of binders with low CO2 content. Hybrid binders can be developed with the enhancement of precursors of industrial by-products. Calcium sulfoaluminate (CSA) cement is a promising eco-efficient binder. The main CSA phases are ye?elimite, calcium sulfate and belite whose main hydration product is ettringite and AH3. CSA in presence of alkaline media can affect the stability of the ettringite formation. Alkali activation is composed of aluminosilicate minerals and an alkaline solution, the main reaction product for aluminosilicate with low calcium content are N-A-S-H gels. The originality of this research is the characterization of the hydration of hybrid compositions of sulfoaluminate cement, commercialized in Europe, and different alkali activated residues (fly ash, bottom ash and red mud), aiming to identify its compounds formed in these systems. Initially, the mineralogical phases of CSA clinker in different sources of sulfates and cement in different sources of alkalis were evaluated, analyzing the hydration phases of the pastes. The second stage evaluated the application of hybrid cement composed of CSA cement and alkali activated fly ash, bottom ash and red mud. Finally, the properties of binary hybrid cement mortars with bottom ash and red mud were evaluated. When using alkalis to hydrate CSA cement, acceleration of kinetics for moderate alkalinities (0.1 M and 1 M), higher ettringite and AH3 formation was observed, increasing mechanical strength. For high alkalinity (4 M and 8 M) monosulfate (U-phase) and thenardite formation was observed, reducing mechanical strength due higher porosity. Among the solid salts, sodium silicate contributed to increase the strength due to the increase of silicate in the paste, favoring the formation of strätlingite, which resulted in a greater filling of pore of the system. For hybrid pastes, 1M NaOH presented better results in acceleration reactions and gain in long-term mechanical strength. Cures at elevated temperatures negatively affected the mechanical strength due to the ettringite solubilization. For all mortars, low dimensional variation was observed, even with high replacement (50% of residues). 10 % replacement presented similar capillary properties as reference. All samples showed excellent resistance to sulfates, except mortar produced with 50% of red mud and activated with 1M NaOH, due to the rapid initial reactivity provided by the increase in alumina. The hybrid products of sulfoaluminate cement with residues elaborated in this work presented similar mechanical and durability performance as pure sulfoaluminate cement. Hybrid products improve the sustainable appeal allowing high replacement of cement for residues.Rocha, Janaíde CavalcanteUniversidade Federal de Santa CatarinaTambara Júnior, Luís Urbano Durlo2021-02-26T14:50:35Z2021-02-26T14:50:35Z2020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis203 p.| il., gráfs.application/pdf371128https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/220419porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-02-26T14:50:35Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/220419Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732021-02-26T14:50:35Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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