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Avaliação de parâmetros físico-químicos na produção de geopolímeros constituídos por vidro vulcânico e silicato de sódio alternativo

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Autor Conceição, Luís Cláudio Staudt;
Lattes do autor http://lattes.cnpq.br/2657761680674177;
Orientador Mancio, Mauricio;
Lattes do orientador http://lattes.cnpq.br/4760250136044505;
Instituição Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
Sigla da instituição Unisinos;
País da instituição Brasil;
Instituto/Departamento Escola Politécnica;
Idioma pt_BR;
Título Avaliação de parâmetros físico-químicos na produção de geopolímeros constituídos por vidro vulcânico e silicato de sódio alternativo;
Resumo A indústria do cimento Portland é responsável por gerar cerca de 7% das emissões globais de CO2. Diversos estudos têm buscado o desenvolvimento de aglomerantes alternativos com desempenho similar ao cimento Portland, que tenham uma produção menos agressiva ao meio ambiente e que possam atender às demandas de consumo. Os cimentos geopoliméricos vêm demonstrando potencial para atender tais requisitos, sendo compostos por dois elementos principais: o material precursor e o ativador alcalino, que ao serem homogeneizados dão início ao processo de dissolução e rearranjo da SiO2 e Al2O3. O material precursor pode ser originado a partir de resíduos industriais ou pozolanas naturais, que apresentam uma composição majoritária em Al e Si em estado amorfo; entretanto, a utilização do silicato de sódio comercial para produzir o ativador alcalino aumenta consideravelmente as emissões de CO2 e a energia incorporada do material. Os materiais geopoliméricos apresentam propriedades mecânicas e de durabilidade satisfatórias, porém certas associações dos fatores constituintes podem causar instabilidade em termos de resistência ao longo do tempo ou tornar o material suscetível à eflorescência ao entrar em contato com a água. Assim, o objetivo geral deste trabalho é avaliar a influência de parâmetros físico-químicos no comportamento mecânico e de durabilidade dos geopolímeros constituídos por vidro vulcânico e silicato de sódio residual produzido a partir da cinza de casca de arroz. Foram realizados ensaios mecânicos e, com base nos resultados, foi desenvolvido um modelo matemático para descrever o comportamento mecânico da pasta de cimento variando a combinação de quatro fatores (módulo de sílica, molaridade, relação solução/aglomerante e temperatura de cura), verificando o desenvolvimento de resistência ao longo do tempo nas idades de 1, 7, 28, 63 e 91 dias. Foi verificada também elevada expansibilidade do material quando em contato com a água e ensaios complementares foram realizados para determinar a origem da deterioração das amostras: difração de raios X, fluorescência de raios X, análise petrográfica e termogravimétrica. As pastas de cimento apresentaram comportamento mecânico compatível com a ampla variedade de funções atribuídas ao cimento Portland na construção civil, com resistência máxima de 181,8 MPa. Com base na análise estatística, a combinação com Ms=2, Mol=12 mol, SAgl=0,45 e Temp=20ºC representa o melhor desempenho mecânico, considerando desenvolvimento de resistência inicial e final, com ganho de resistência contínuo ao longo do período de tempo analisado. Há indícios que a origem da limitação de durabilidade ao entrar em contato com a água esteja relacionada com a insuficiência de alumina reativa no material precursor (vidro vulcânico) que pode resultar na formação de géis instáveis. De forma geral, o material apresenta potencial mecânico para a utilização na construção civil, no entanto a sua degradação completa na presença de umidade gera a necessidade de realizar testes para verificar a sua durabilidade, além de aprofundar o conhecimento quanto a origem do mecanismo de expansão.;
Abstract The Portland cement industry is responsible for generating about 7% of global CO2 emissions. Several studies have sought the development of alternative binders with performance comparable to Portland cement, with a production less aggressive to the environment and that can meet the demands of consumption. Geopolymer cements have shown potential to meet these requirements, being composed of two main elements: the precursor material and the alkaline activator, which, when homogenized, initiate the process of dissolution and rearrangement of SiO2 and Al2O3. The precursor material may originate from industrial waste or natural pozzolans, which have a majority composition in Al and Si in an amorphous state; however, the use of commercial sodium silicate to produce the alkaline activator greatly increases the CO2 emissions and the incorporated energy of the material. Geopolymer materials exhibit satisfactory mechanical properties and durability, but certain associations of constituent factors may cause instability in terms of resistance over time or make the material susceptible to efflorescence upon contact with water. Thus, the main objective of this work is to evaluate the influence of physical and chemical parameters on the mechanical and durability behavior of the geopolymers constituted by volcanic glass and residual sodium silicate produced from rice hull ash. Mechanical tests were performed and, based on the results, a mathematical model was developed to describe the mechanical behavior of the cement paste by varying the combination of four factors (silica modulus, molarity, solution/binder ratio and curing temperature), development of resistance over time at the ages of 1, 7, 28, 63 and 91 days. It was also verified high expansibility of the material when in contact with water and complementary tests were carried out to determine the origin of the deterioration of the samples: X-ray diffraction, X-ray fluorescence, petrographic and thermogravimetric analysis. The cement pastes presented mechanical behavior compatible with the wide variety of functions attributed to Portland cement in civil construction, with a maximum resistance of 181,8 MPa. Based on the statistical analysis, the combination with Ms = 2, Mol = 12 mol, SAgl = 0,45 and Temp = 20ºC presented the best mechanical performance considering initial and final strength development, with continuous resistance gain over the period analyzed. There is evidence that the origin of the water-limiting durability is related to the insufficiency of reactive alumina in the precursor material (volcanic glass) that may result in the formation of unstable gels. In general, the material presents mechanical potential for use in civil construction, however its complete degradation in the presence of moisture generates the need to perform tests to verify its durability, in addition to deepening the knowledge regarding the origin of the expansion mechanism.;
Palavras-chave Geopolímeros; Silicato de sódio residual; Vidros vulcânicos; Expansão; Geopolymer; Residual sodium silicate; Volcanic glasses; Expansion;
Área(s) do conhecimento ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Civil;
Tipo Dissertação;
Data de defesa 2019-02-28;
Agência de fomento CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior;
Direitos de acesso openAccess;
URI http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/8131;
Programa Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil;


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