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Type: Dissertação
Title: Desempenho de materiais cimentícios produzidos com polietilenoglicol e resíduo de catalisador da indústria de petróleo
Authors: Tiago Luiz da Costa
First Advisor: Marys Lene Braga Almeida
First Referee: Paula Bamberg
Second Referee: Mônica Maria de Abreu Mendonça Schvartzman
Third Referee: Eliane Ayres
Abstract: A demanda de cimento Portland no mercado da construção civil faz com que ele seja o material industrializado mais consumido do mundo, com uma produção global anual cerca de 4,0 bilhões de toneladas, projetando um incremento de 4,5% por ano. Entre os processos produtivos da indústria cimenteira, os elevados índices de poluição consistem da extração do calcário, transporte de material e no forno de clinquerização onde é gerado um grande volume de gases. Neste cenário, o objetivo deste trabalho é investigar o uso de materiais não convencionais de baixo custo, facilmente obteníveis, utilizando tecnologias inovadoras na fabricação do concreto, com a proposta de melhorar a performance, durabilidade, redução de impacto ambiental e na possibilidade de preservar os recursos naturais. Sendo assim, na busca pela sustentabilidade e por materiais alternativos a serem usados na produção de concreto, investigou-se o uso do resíduo de catalisador de petróleo, como substituto parcial do cimento. O resíduo de catalisador de petróleo (RC), utilizado no estudo é um material fino, mesoporoso, de coloração acinzentada clara, com elevada área superficial específica e elevado volume de poros, constituído essencialmente por sílica (SiO2) e alumina (Al2O3), e apresenta propriedades satisfatórias como material pozolânico de alta reatividade e fonte de aluminossilicato, que evidenciam um alto potencial de utilização na produção de concreto. Estudou-se também a adição de polietilenoglicol (PEG 400), uma vez que suas propriedades contribuem para maior retenção de água, favorecendo a cura do concreto. Foram produzidos corpos de prova com distintas dosagens, sendo a primeira com concreto convencional e as demais com PEG 400 (1,5%) e substituições de 2%, 5%, 10% e 20% de resíduo catalisador, em relação à massa total do cimento. Os corpos de prova foram imersos em uma solução aquosa de hidróxido de cálcio (CaOH) e de ácido clorídrico (HCl). Os efeitos das adições do polímero e resíduo foram investigados em termos de propriedades físicas, mecânicas, de durabilidade e morfológicas do concreto desenvolvido. Foram realizados experimentos para determinação da absorção de água por capilaridade e por imersão, do índice de vazios e das massas específicas, o índice de pozolanicidade do resíduo, bem como, ensaios de caracterização mecânica. Os resultados apontam que a amostra com PEG 400 apresentou uma maior consistência no estado fresco (130 mm) que os demais (120 mm) e, quanto maior a porcentagem de RC, maiores foram as taxas de absorção de água e do índice de vazios e menor foi a absorção por capilaridade. As amostras contendo 2% de RC e 1,5 % de PEG 400 obtiveram uma resistência média à compressão maior (15,67 MPa) que a amostra convencional (12,80 MPa). Para as amostras imersas em solução de HCl, quanto maior o teor de RC, maior o decréscimo de resistência mecânica. As imagens obtidas por meio do MEV constataram que as amostras contendo 2% de adição de RC são menos porosas que a amostra convencional. O desenvolvimento de concreto com materiais inovadores pode favorecer na redução dos impactos ambientais negativos da indústria do cimento e ainda, aprimorar propriedades ao produto.
Abstract: The demand for Portland cement in the civil construction market makes it the most consumed industrialized material in the world, with an annual global production of around 4.0 billion t, projecting an increase of 4.5% per year. Among the production processes of the cement industry, the high levels of pollution consist of limestone extraction, transport of particulate material and in the clinkerization furnace where a large volume of gases is generated. In this scenario, the objective of this work is to investigate the use of low-cost, easily obtainable, unconventional materials, using innovative technologies in the manufacture of concrete, with the proposal of improving performance, durability, reduction of environmental impact and the possibility of preserving the natural resources. Therefore, in the search for sustainability and for alternative materials to be used in the production of concrete, the use of petroleum catalyst residue as a partial substitute for cement was investigated. The petroleum catalyst residue (FCC) used in the study is a thin, mesoporous material, light gray in color, with high specific surface area and high pore volume, consisting essentially of sílica (SiO2) and alumina (Al2O3), and presents satisfactory properties as a pozzolanic material of high reactivity and source of aluminosílicate, which show a high potential of use in the production of concrete. The addition of polyethylene glycol (PEG 400) was also studied, since its properties contribute to greater water retention, favoring the curing of the concrete. Specimens were produced with different dosages, the first with conventional concrete and the others with PEG 400 (1.5%) and substitutions of 2%, 5%, 10% and 20% of catalyst residue, in relation to the total mass of the cement. The specimens were immersed in an aqueous solution of calcium hydroxide and hydrochloric acid (HCl). The effects of polymer additions and residue were investigated in terms of physical, mechanical, durability and morphological properties of the developed concrete. Experiments were carried out to determine the water absorption by capillarity and by immersion, the void and specific masses, the pozzolanicity index of the residue, as well as mechanical characterization tests. The results indicate that the sample with PEG 400 showed a greater consistency in the fresh state (130 mm) than the others (120 mm) and the higher the percentage of FCC, the higher the water absorption rates and the void index and the lower the capillary absorption. The mechanical strength of the sample containing 2% RC and 1.5% PEG 400 obtained a higher average compressive strength (15.67 MPa) than the conventional sample (12.80 MPa). In samples immersed in HCl solution, the higher the FCC content, the greater the decrease in mechanical strength; images obtained through SEM, found that samples containing 2% of FCC addition are less porous than the conventional sample. The development of concrete with innovative materials can help to reduce the negative environmental impacts of the cement industry and also improve product properties.
Subject: Construção civil
Materiais de construção
Polímeros - Testes
Petróleo - Resíduos
Sílica
Concreto
Cimento
Alumina
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MATERIAIS E DA CONSTRUÇÃO CIVIL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Construção Civil
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/54001
Issue Date: 15-Jul-2022
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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