Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80540
Tipo: Dissertação
Título: Rheological, microstructural, mechanical and durability properties of bssf slag alkali-activated binders and concretes for interlocking blocks production
Título em inglês: Rheological, microstructural, mechanical and durability properties of bssf slag alkali-activated binders and concretes for interlocking blocks production
Autor(es): Souza, Madson Lucas de
Orientador: Babadopulos, Lucas Feitosa de Albuquerque Lima
Palavras-chave em português: Ligantes álcali-ativados (AABs);Escória de aciaria (BSSF);Materiais de construção;Blocos intertravados;Materiais - Propriedades mecânicas;Ligantes (Bioquímica);Escória (Metalurgia);Blocos (Materiais de construção)
Palavras-chave em inglês: Alkali-activated binders (AABs);Steel slag (BSSF);Building materials;Interlocking blocks;Materials - Mechanical properties;Ligand binding (Biochemistry);Slag;Blocks (Building materials)
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Data do documento: 2024
Citação: SOUZA, Madson Lucas de. Rheological, microstructural, mechanical and durability properties of bssf slag alkali-activated binders and concretes for interlocking blocks production. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil-Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Resumo: Os setores de construção civil e infraestrutura impactam significativamente o meio ambiente, sendo o cimento Portland um dos principais contribuintes. Ligantes álcalis ativados (AABs) surgiram como alternativas sustentáveis, sintetizados pela ativação de precursores aluminossilicatos, geralmente subprodutos industriais, com soluções alcalinas. Embora a cinza volante, a escória de alto-forno e o metacaulim sejam amplamente estudados, a escória de aço permanece pouco explorada. A escória do processo Baosteel Slag Short Flow (BSSF), produzida por resfriamento avançado da escória Basic Oxygen Furnace (BOF), apresenta potencial como precursor e agregado para AABs devido à sua composição química e disponibilidade. Esta pesquisa investigou as propriedades reológicas, microestruturais, mecânicas e de durabilidade de AABs e concretos incorporando BSSF como precursor e agregados para a produção de blocos intertravados. Uma campanha experimental abrangente foi realizada em quatro fases: caracterização dos precursores, otimização da formulação, análise fundamental reológica e microestrutural e avaliação do BSSF como agregado em concretos álcalis ativados (AACs). Na primeira fase, coprodutos industriais foram analisados quanto à sua adequação como precursores de AABs, utilizando FRX, DRX e granulometria a laser. BSSF e cinza volante (FA) foram selecionados para estudo posterior. A segunda fase otimizou as formulações de AABs, variando o teor de álcalis (N/B), módulo de sílica (S/N), proporções dos precursores e condições de cura. Foram realizados ensaios de resistência à compressão e análises de eflorescência. O aumento do teor de BSSF geralmente reduziu a resistência, exceto na formulação com 75% de BSSF, que apresentou valores ótimos. A eflorescência não teve impacto significativo na resistência. A terceira fase examinou os efeitos da substituição da FA por BSSF na reologia, formação estrutural e microestrutura. Os testes reológicos incluíram mini slump, varredura de fluxo, cisalhamento oscilatório de pequena amplitude (SAOS) e tempo de pega, seguidos de análises microestruturais por FRX, DRX, FTIR, TGA, MEV e adsorção de N2. O aumento do teor de BSSF melhorou a trabalhabilidade, reduziu a viscosidade e acelerou o endurecimento devido ao seu maior teor de cálcio. Os testes SAOS indicaram formação de gel mais rápida e maior rigidez em AABs com alto teor de BSSF. A análise microestrutural revelou mudanças composicionais com o aumento de BSSF, particularmente a formação de géis C-A-S-H e C-S-H. Na quarta fase, o BSSF foi avaliado como agregado em AACs. Foram realizados ensaios de reometria, slump, resistência à compressão, módulo de elasticidade (por diversos métodos), penetração de água sob pressão, migração de cloretos e resistividade elétrica, comparando-se os resultados com concretos de cimento Portland. Blocos intertravados foram produzidos e testados conforme a NBR 9781 (2013), sendo submetidos a inspeção visual, resistência à compressão, absorção e resistência à abrasão. Todos os AACs apresentaram comportamento autoadensável, com maior viscosidade e maior demanda de energia de mistura. A inclusão de agregados de BSSF aumentou a resistência à compressão e o módulo de elasticidade, atendendo aos requisitos normativos para blocos intertravados. Este estudo demonstra a viabilidade do uso do BSSF tanto como precursor quanto como agregado em AABs, contribuindo para materiais de construção mais sustentáveis sem comprometer o desempenho.
Abstract: The civil construction and infrastructure sectors significantly impact the environment, with Portland cement being a major contributor. Alkali-activated binders (AABs) have emerged as sustainable alternatives, synthesized by activating aluminosilicate precursors, often industrial byproducts, with alkaline solutions. While fly ash, blast furnace slag, and metakaolin are wellstudied, steel slag remains underexplored. Baosteel's Slag Short Flow (BSSF) slag, produced through advanced cooling of Basic Oxygen Furnace (BOF) slag, shows promise as an AAB precursor and aggregate due to its chemical composition and availability. This research investigated the rheological, microstructural, mechanical, and durability properties of AABs and concretes incorporating BSSF as a precursor and aggregate for interlocking block production. A comprehensive experimental campaign was conducted in four phases: precursor characterization, formulation optimization, fundamental rheological and microstructural analysis, and evaluation of BSSF as an aggregate in alkali-activated concretes (AACs). In the first phase, industry coproducts were analyzed to determine their suitability as AAB precursors using XRF, XRD, and laser granulometry. BSSF and fly ash (FA) were selected for further study. The second phase optimized AAB formulations by varying alkali content (N/B), silica modulus (S/N), precursor ratios, and curing conditions. Compressive strength tests and efflorescence analyses were performed. Increasing BSSF content generally reduced strength, except at 75% BSSF, which exhibited optimal values. Efflorescence had no significant impact on strength. The third phase examined the effects of FA replacement with BSSF on rheology, structural build-up, and microstructure. Rheological tests included mini slump, flow sweep, small amplitude oscillatory shear (SAOS), and setting time measurements, followed by microstructural analyses using XRF, XRD, FTIR, TGA, SEM, and N2 sorption. Increasing BSSF content improved workability, reduced viscosity, and accelerated hardening due to its higher calcium content. SAOS tests indicated faster gel formation and increased stiffness in BSSF-rich AABs. Microstructural analysis revealed compositional changes with higher BSSF content, particularly the formation of C-A-S-H and C-S-H gels. In the fourth phase, BSSF was evaluated as an aggregate in AACs. Rheometry, slump tests, compressive strength, modulus of elasticity (via multiple methods), water penetration under pressure, chloride migration, and electrical resistivity tests were performed and compared with Portland cement concretes. Interlocking blocks were produced and tested per NBR 9781 (2013), undergoing visual inspection, compressive strength, absorption, and abrasion resistance assessments. All AACs exhibited self-compacting behavior, with higher viscosity and greater mixing energy demands. The inclusion of BSSF aggregates enhanced compressive strength and modulus of elasticity, meeting standard requirements for interlocking blocks. This study demonstrates the feasibility of using BSSF as both a precursor and aggregate in AABs, contributing to more sustainable construction materials while maintaining performance standards.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80540
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/2311594952916832
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/4032413277446483
Tipo de Acesso: Acesso Embargado
Aparece nas coleções:DECC - Dissertações defendidas na UFC

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
2024_dis_mlsouza.pdf
🔒  Disponível em  2027-04-22
Dissertação de Madson Lucas de Souza24,13 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


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