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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/64793| Tipo: | Tese |
| Título: | Cimento álcali ativado à base de cinzas do carvão mineral e escória de aciaria |
| Título em inglês: | Activated alkali cement based on coal ash and steel slag |
| Autor(es): | Costa, Heloina Nogueira da |
| Orientador: | Nogueira, Ricardo Emílio Ferreira Quevedo |
| Coorientador: | Cabral, Antonio Eduardo Bezerra |
| Palavras-chave: | Cimento;Pastas;álcali-ativação;Geopolímero;Cinza volante;Cinza pesada;Escória BOF;Escória KR |
| Data do documento: | 2022 |
| Citação: | COSTA, Heloina Nogueira da. Cimento álcali ativado à base de cinzas do carvão mineral e escória de aciaria. 2022. 217 f. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-graduação em Engenharia e Ciência de Materiais, Fortaleza, 2022. |
| Resumo: | A disponibilidade de escórias siderúrgicas e de cinzas do carvão mineral na Região Metropolitana de Fortaleza (RMF) motiva a busca pelo reaproveitamento e por aplicações desses materiais em novas cadeias produtivas. Nessa perspectiva, tem-se a possibilidade de utilização desses subprodutos como precursores de cimentos álcali-ativados, no entanto, é necessário investigar a viabilidade de uso dos mesmos. Portanto, a presente pesquisa tem como objetivo obter cimentos álcali-ativados à base de cinza volante, cinza pesada, escória de dessulfuração KR (Kanbara Reactor) e escória de aciaria BOF (Basic Oxygen Furnace), com uso de soluções de silicato e hidróxido de sódio. Inicialmente, realizou-se a caracterização química, física e mineralógica dos subprodutos na forma de pó. Em seguida, foram realizados estudos preliminares produzindo pastas cimentícias. Em outra etapa, realizou-se o estudo de propriedades no estado fresco, do comportamento mecânico e das características microestruturais obtidas de misturas binárias e unárias. Os principais resultados obtidos indicam que a cinza pesada e as escórias de aciaria possuem potencial uso como precursores para cimentos álcali-ativados, principalmente, quando combinados com a cinza volante. Observou-se que as pastas obtidas da escória KR apresentaram propriedades cimentantes e a formação de gel C-A-S-H (aluminossilicato de cálcio hidratado), embora com resistências à compressão abaixo de 7 MPa. O cimento produzido com a combinação de 75% de cinza volante e 25% de cinza pesada apresentou comportamento mecânico satisfatório para aplicações estruturais, com resistência à compressão, aos 28 dias, de 47,4 MPa. A sua microestrutura é formada por gel tipo N-A-S-H (aluminossilicato de sódio hidratado). O cimento produzido com 50% de cinza volante e 50% de escória BOF atingiu resistência à compressão, aos 28 dias, de 62,3 MPa, também indicado para aplicações estruturais. A incorporação de escória BOF promove a formação de géis do tipo C-(N)-A-S-H (aluminossilicato de cálcio-sódio hidratado) e C-A-S-H. Por fim, os cimentos obtidos da mistura da cinza pesada e da escória de aciaria BOF apresentaram resistências à compressão entre 10 MPa e 13 MPa, sendo indicado para compósitos não estruturais. Também apresentaram a formação de géis de aluminossilicatos, principalmente, nas superfícies das partículas. Portanto, atesta-se a viabilidade de obtenção de cimentos álcali-ativados a partir das cinzas do carvão mineral e das escórias siderúrgicas estudadas. |
| Abstract: | The availability of steel slag and coal ash in the Metropolitan Region of Fortaleza (RMF) motivates the search for reuse and applications of these materials in new production chains. In this perspective, the possibility of using these by-products as precursors of alkali-activated cements, however, it is necessary to investigate their feasibility of use. Therefore, the present research aims to obtain alkali-activated cements based on fly ash, bottom ash, KR steel slag (Kanbara Reactor) and BOF steel slag (Basic Oxygen Furnace), using sodium silicate and sodium hydroxide solutions. Initially, the chemical, physical and mineralogical characterization of the by-products in powder form was carried out. Then, preliminary studies were carried out producing cement pastes. In another step, the study of properties in the fresh state, of the mechanical behavior and of the microstructural characteristics obtained from binary and unary mixtures was carried out. The main results obtained indicate that bottom ash and steel slag have potential use as precursors for alkali-activated cements, especially when combined with fly ash. It was observed that the pastes obtained from KR slag showed cementing properties and the formation of C-A-S-H gel (hydrated calcium aluminosilicate), although with compressive strengths below 7 MPa. Cement produced with the combination of 75% fly ash and 25% bottom ash showed satisfactory mechanical behavior for structural applications, with a compressive strength, at 28 days, of 47,4 MPa. Its microstructure is formed by N-A-S-H gel (hydrated sodium aluminosilicate). Cement produced with 50% fly ash and 50% BOF slag obtained a compressive strength, at 28 days, of 62,3 MPa, it can also be indicated for structural applications. The incorporation of BOF slag promotes the formation of C-(N)-A-S-H (hydrated calcium-sodium aluminosilicate) and C-A-S-H gels. Finally, cements obtained from the mixture of heavy ash and BOF steel slag showed compressive strengths between 10 MPa and 13 MPa, being indicated for non-structural composites, showed the formation of aluminosilicate gels, mainly on the surfaces of the particles. Therefore, the feasibility of obtaining alkali-activated cements from coal ash and steel slag studied is confirmed. |
| URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/64793 |
| Aparece nas coleções: | DEMM - Teses defendidas na UFC |
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