Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77691
Tipo: Tese
Título: Desenvolvimento de geopolímeros utilizando materiais de baixo custo visando a melhoria das propriedades de ligante asfáltico
Título em inglês: Development of geopolymers using low-cost materials to improve asphalt binder properties
Autor(es): Freitas, Armando Diego Lima de
Orientador: Loiola, Adonay Rodrigues
Coorientador: Soares, Sandra de Aguiar
Palavras-chave em português: Geopolímeros;Cinza volante;Caulim;Ligante asfáltico
Palavras-chave em inglês: Geopolymers;Fly ash;Kaolin;Asphalt binder
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Data do documento: 2023
Citação: FREITAS, Armando Diego Lima de. Desenvolvimento de geopolímeros utilizando materiais de baixo custo visando a melhoria das propriedades de ligante asfáltico. 2024. 142 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumo: O planeta Terra vem enfrentando consequências graves causadas pelo excesso de CO2 na atmosfera. Com isso, diminuir as emissões se tornou um compromisso mundial inadiável, exigindo da sociedade uma mudança de comportamento na gestão de recursos do meio ambiente, em especial das indústrias de cimento e de asfaltos, que utilizam combustíveis fósseis, responsáveis pela maior liberação de gases poluentes. Assim sendo, a produção de materiais derivados de fontes renováveis ou rejeitos industriais se faz necessária. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de geopolímeros (GP) - polímeros inorgânicos constituídos de aluminossilicatos, a partir de cinzas volantes de carvão (FA) e de caulim, e avaliar o seu potencial como aditivo no ligante asfáltico (LA). Para aplicação das FA, enquanto resíduos industriais, fez-se um tratamento de separação físico-químico visando a remoção de materiais potencialmente interferentes na síntese de GP. Para a síntese dos GP foram utilizadas seis razões de óxidos de Si/Al, de 2,0 a 4,5, e avaliados os tempos de cura de 7, 14, 21 e 28 dias. As análises de IV, MEV e TG indicaram a presença de bandas das ligações interatômicas dos materiais obtidos, uma morfologia característica e resistência a temperatura, respectivamente. Os resultados de análise térmica mostraram que os GP foram capazes de reter água em seus sistemas de poros em até 16% em massa, evidenciando seu potencial como aditivo de Misturas Asfálticas Mornas (MAM), como demonstrado para o ligante asfáltico (LA) modificado com G4,0 a 2,4,6 e 8% de geopolímero. Em relação às propriedades mecânicas, a análise de resistência a compressão da amostra G4,5_28 apresentou a maior resistência (19,92 MPa). A análise por fisissorção de N2 apresentou isotermas do tipo II, sugerindo material mesoporoso com largura do poro médio inferior a 4,5 nm. Os ensaios empíricos e de viscosidade Brookfield para os ligantes asfálticos modificados estão de acordo com as especificações vigentes. Os resultados reológicos não mostraram diferenças na rigidez (G*) do LA modificado com o GP, mas sugerem um aumento na elasticidade (δ). O ensaio de MSCR à 58 °C, apresentou parâmetros em conformidade com as exigências normativas. O ensaio de estabilidade à estocagem não apresentou separação de fases. Os ensaios comparativos de adesividade, apresentaram um melhor recobrimento dos agregados pelos ligantes modificados com GP. Os GP foram eficientemente sintetizados e mostraram potencial para aplicação na produção de misturas asfálticas mornas. Características como porosidade e resistência a compressão, sugerem que os GP também apresentam potencial para utilização como adsorventes de gases e de íons metálicos em soluções aquosas.
Abstract: The Earth has been facing serious consequences caused by the excessive presence of CO2 in the atmosphere. As a result, reducing emissions has become an urgent global issue, demanding a societal change in environmental resource management, particularly in the cement and asphalt industries that rely on fossil fuels, responsible for the largest release of polluting gases. Consequently, the production of materials derived from renewable sources or industrial waste has become imperative. This study aims to develop geopolymers (GP), inorganic polymers composed of aluminosilicates, using coal fly ash (FA) and kaolin, and to assess their potential as additives in asphalt binder (AB). For the application of FA as industrial residues, a physicochemical separation treatment was employed to remove materials that could potentially interfere with GP synthesis. The GP synthesis involved six Si/Al oxide ratios ranging from 2.0 to 4.5, with curing times of 7, 14, 21, and 28 days. Analysis using FTIR, SEM, and TG confirmed the presence of interatomic bonding bands in the obtained materials, indicating a particular morphology and temperature resistance. Thermal analysis results revealed that water retention in GP pores occurred at approximately 16 wt.%, suggesting its potential as an additive in Warm Mix Asphalt (WMA), as demonstrated with asphalt binder (AB) modified with G4.0 at 2.4, 6, and 8% of geopolymers. Concerning mechanical properties, compressive strength analysis of the G4.5_28 sample showed the highest strength at 19.92 MPa. N2 physisorption tests exhibited Type II isotherms, suggesting a mesoporous material with an average pore width less than 4.5 nm. Empirical and Brookfield viscosity tests for modified asphalt binders aligned with current specifications. Rheological results showed no differences in stiffness (G*) of the modified AB with GP but suggested an increase in elasticity (δ). The MSCR test at 58 °C presented parameters in compliance with normative requirements, and storage stability tests did not show phase separation. Comparative adhesion tests revealed better aggregate coverage with binders modified with GP. Geopolymers were efficiently synthesized and demonstrated potential for application in the production of Warm Mix Asphalt. Characteristics such as porosity and compressive strength suggest that GPs also have potential for use as adsorbents for gases and metal ions in aqueous solutions.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77691
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0001-5247-7992
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/8684297817072494
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-4981-6321
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/9807982856173580
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0002-8964-6398
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/3926841625456816
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DQOI - Teses defendidas na UFC

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
2023_tese_adlfreitas.pdf5,49 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.