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The possibility of using industrial residues as raw materials for construction products has increased its importance for the environment and has also created new technological challenges. This article describes a study in which phosphogypsum, a by product of the phosphoric acid manufacturing industry, has been used for producing cement as a replacement for gypsum. The aim was to develop a cement with low environmental impact, with minimal consumption of clinker and maximum use of phosphogypsum (calcium sulfate). The sulfoaluminate clinker was used, which requires larger quantities of calcium sulfate in relation to Portland cement. Six combinations of phosphogypsum and clinker were tested, ranging between 70%-95% and 30%-5%, respectively. The performance of the low environmental impact was assessed, in terms of mechanical resistance, and durability tests for the standard mortar. (NF EN 196-1). The interactions between phosphogypsum and clinker were investigated by using XRD and DTA techniques. In the analysis of the standard mortar, with a proportion of 1:3 (cement: sand), the proportion of 70% phosphogypsum and 30% clinker resulted in a compressive strength higher than 20 MPa after 28 days., A possibilidade de utilizar resíduos industriais como matéria-prima de produtos para a construção civil vem a cada ano ganhando mais importância no aspecto ambiental e tem também criado novos desafios tecnológicos. Além de evitar a degradação das áreas onde os resíduos normalmente são depositados, a valorização dos subprodutos tem por efeito a redução do consumo de matérias-primas virgens. Este artigo descreve um estudo no qual o fosfogesso, gerado pelas indústrias de produção de ácido fosfórico, foi empregado na formulação de um cimento em substituição total à gipsita. Buscou-se formular um cimento com baixo impacto ambiental (BIA) composto de mínimas quantidades de clínquer e máximas de fosfogesso. O clínquer empregado foi o sulfoaluminoso, caracterizado por necessitar de maiores quantidades de sulfato de cálcio em relação ao cimento Portland. Seis composições foram estudadas, cujas quantidades de fosfogesso e clínquer variaram entre 70-95% e 5-30%, respectivamente. A performance do BIA foi avaliada quanto à resistência mecânica e ensaios de durabilidade em argamassa padrão (NF EN 196-1). As interações entre fosfogesso e clínquer foram investigadas através da difração aos raios X (DRX) e análise térmica diferencial (DTA). Na análise da argamassa padrão, com a proporção de 1:3 (cimento:areia), a formulação composta por 30% de clínquer e 70% de fosfogesso apresentou resistência mecânica superior a 20 MPa aos 28 dias.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2021. A Fibra como reforço de materiais cimentícios é amplamente utilizada na indústria da construção civil, das quais, se destacam fibras minerais (amianto) e sintéticas (polietileno). As primeiras podem ser prejudiciais à saúde humana e as segundas têm um alto custo de fabricação, sendo assim, estudos com fibras vegetais, que apresentam baixo custo, são fontes renováveis e biodegradáveis, vem sendo desenvolvidos, com o intuito de encontrar melhorias para a construção civil e o meio em que vivemos. Este estudo teve como objetivo, avaliar as propriedades físicas, químicas e mecânicas de diferentes fibras vegetais amazônicas para a produção de argamassas cimentícias reforçadas com diferentes tipos de fibras vegetais da Amazônia. Ainda, analisar influência de diferentes tipos de tratamentos químicos e físicos, sobre a resistência à tração direta das fibras vegetais, absorção das fibras vegetais e nas propriedades mecânicas de resistência a compressão, a tração na flexão e absorção das argamassas. Foram utilizadas 4 fibras vegetais da floresta amazônica, oriundas da região do Alto Rio Negro (piaçava, juta, tucum e capim-navalha) para a produção de compósitos de cimento com 50% de cimento Portland CPII-F e adições de materiais cimentícios suplementares (40% de metacaulim e 10% cinza volante), com traço igual a 1:2:0,60. Os compósitos cimentícios foram submetidos a dois tipos de cura: cura inicial ao ar seguido de cura final em água e cura em autoclave pressurizada com CO2, ambos por 28 dias. Os tratamentos aplicados nas fibras foram: lavagem com água quente; hornificação; tratamento químico com hidróxido de sódio e hibridização (união de lavagem com água quente, hornificação, hidróxido de sódio (NaOH) e aplicação de peróxido de hidrogênio (H2O2). A durabilidade dos compósitos foi investigada por meio da aplicação de 20 ciclos de secagem e molhagem simulando as intempéries da região amazônica. Como resultado o tratamento hibridização aumentou a resistência mecânica da fibra de tucum de 67,20 MPa (fibra sem tratamento) para 318,80 MPa (tratada), corroborando com o aumento do índice de cristalinidade de 59,84% para 66,73%. A resistência à flexão dos compósitos cimentícios reforçados com 4,5% de fibras de tucum e capim-navalha submetidos a cura em autoclave com CO2 foi respectivamente, 49,61% e 61,75% superior ao compósito referência (sem fibras) na cura a água. Após os ciclos de durabilidade, a resistência à compressão dos compósitos com 4,5% de fibras tratadas de tucum e piaçava, submetidas à cura com CO2 aumentou, respectivamente 3,60% e 10,62% ao compósito referência (sem fibras) na cura a água, indicando que os tratamentos de hibridização e lavagem com água quente foram eficientes para a manutenção da capacidade de reforço das fibras. Abstract: Fiber as a reinforcement of cementitious materials is widely used in the civil construction industry, of which mineral (asbestos) and synthetic (polyethylene) fibers stand out. The first one can be harmful to human health and the latter one has a high cost of manufacture, therefore, studies with vegetable fibers, which have low cost, are renewable and biodegradable sources, have been developed to find improvements for the construction civil society and the environment in which we live. This study aimed to evaluate the physical, chemical, and mechanical properties of different Amazonian vegetable fibers to produce cementitious mortars reinforced with different types of vegetable fibers from the Amazon. Also, to analyze the influence of different types of chemical and physical treatments, on the direct tensile strength of vegetable fibers, water absorption of vegetable fibers and on the mechanical properties of compressive strength, Flexural strength, and water absorption of mortars. Four vegetable fibers from the Amazon rainforest, from the Upper Rio Negro region (piassava, jute, tucum and razor grass) were used to produce cement composites with 50% Portland CPII-F cement and additions of supplementary cement materials (40% metakaolin and 10% fly ash), with cement mortar and sand trace 1:2:0.60. The cementitious composites were subjected to two types of curing: initial curing in air followed by final curing in water and curing in a pressurized autoclave with CO2, both for 28 days. The treatments applied to the fibers were: washing with hot water; hornification; chemical treatment with sodium hydroxide and hybridization (hot water washing coupling, hornification, sodium hydroxide (NaOH) and application of hydrogen peroxide (H2O2)). The durability of the composites was investigated through the application of 20 drying and wetting cycles simulating the storms of the Amazon region. As a result, the hybridization treatment increased the mechanical strength of the tucum fiber from 67.20 MPa (untreated fiber) to 318.80 MPa (treated), corroborating the increase in the crystallinity index from 59.84% to 66.73%. The flexural strength of cementitious composites reinforced with 4.5% tucum fibers and razor grass submitted to curing in an autoclave with CO2 was, respectively, 49.61% and 61.75% higher than the reference composite (without fibers) in the water curing. After the durability cycles, the compressive strength of the composites with 4.5% fibers treated with tucum and piassava, which were cured with CO2 increased by 3.60% and 10.62%, respectively, to the reference composite (without fibers) in the water cure, indicating that the hybridization and hot water washing treatments were efficient for maintaining the fiber reinforcing capacity.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2018. Atualmente, países subdesenvolvidos enfrentam problemas com o crescimento desordenado da urbanização ocasionando uma diminuição nas áreas permeáveis e aumentando os riscos de enchentes e inundações devido à falta de infraestrutura do sistema de drenagem das cidades. Com o intuito de garantir o correto escoamento das águas pluviais, países desenvolvidos (EUA, Japão e Espanha) vêm empregando uma nova tecnologia: o pavimento permeável. A camada de revestimento que se designa concreto permeável é um material altamente poroso, apresenta vazios entre 15 a 35%, e alta taxa de permeabilidade. Deste modo, o desenvolvimento de pesquisas com este tema, pode contribuir com o avanço tecnológico e sustentável. Nesta pesquisa, foi realizado o estudo de concreto permeável produzido com agregado natural (AN), agregado reciclado (RCC) e uma mistura mista (50%RCCAN). A pesquisa teve como objetivo realizar três diferentes traços (TRP, TR2 e TR3), de modo a alterar o volume de vazios (Vv) de 20, 25 e 28% e consequentemente o volume de pasta (Vp) entre 22,50, 18,30 e 15,25%, para cada mistura de concreto permeável (AN, RCC e 50% RCCAN), conforme o cálculo de dosagem da ACI 522 (2010). Foram analisadas as propriedades físicas, hidráulicas e mecânicas aos 7 e 28 dias. À medida que houve um aumento no volume de pasta nas misturas, a permeabilidade diminuiu, porém, os resultados de resistência à compressão aumentaram. Os traços alcançaram resultados de permeabilidade superiores a 0,0014 m/s. Este valor é considerado mínimo, para que o material seja eficiente na percolação de água segundo a ACI 522 (2011). Pode-se observar a evolução de resistência à compressão das idades de 7 e 28 dias em concretos permeáveis que continham RCD e 50%RCDAN. Já para a mistura AN, as resistências entre 7 e 28 dias não apresentaram alterações significativas. Por fim, foi realizado teste de resistência à tração na flexão aos 28 dias com o intuito de analisar a possível aplicação do concreto permeável deste estudo em tráfegos leve e/ou pedestre. Os resultados das misturas ficaram entre 1 a 1,94 MPa . Ressalta-se que a NBR16416 (2015) estabelece que para concretos permeáveis confeccionados no local para tráfego de pedestres, sua resistência à tração na flexão deverá ser =1,0 MPa, ou seja, todas as amostras apresentaram valores satisfatórios. Abstract : Underdeveloped countries now face problems with the disorderly growth of urbanization, causing a decrease in pervious areas and increasing the risks of floods and inundation due to the lack of infrastructure of the urban drainage system. In order to ensure correct drainage of rainwater, developed countries (USA, Japan and Spain) have been employing a new technology: pervious pavement. The coating layer designated pervious concrete is a highly porous material, which has as main characteristic 15 to 35% of voids and a high permeability rate. Thus, the development of research on this subject can contribute with the technological and sustainable advance. In this research, the study of pervious concrete produced using natural aggegrate (AN), recycled aggregate (RCC) and 50%RCCAN was carried out. The research aimed to perform three different mix design (TRP, TR2 e TR3), so as to change the voids volume (Vv) of 20, 25 and 28% and consequently the paste volume (Vp) between 22,50, 18,30 and 15,25%, for each mixture of pervious concrete (AN, RCC and 50% RCCAN) according to the dosage calculation of the ACI 522 (2010). Physical, hydraulic and mechanical properties were analyzed at 7 and 28 days. As there was an increase in the volume of paste, the permeability decreased, however, the results of compressive strength increased. The mix design (TRP, TR2 e TR3) achieved permeability results higher than 0,0014 m/s. This value is considered minimum, so that the material is efficient in the percolation of water according to the ACI 522 (2010). It is possible to observe the evolution of compressive strength of the ages of 7 and 28 days in pervious concretes which contained RCC and 50%RCCAN. As for the blend AN, the compressive strength between 7 and 28 days did not present significant alterations. Finally, a test of tensile strength was performed at flexion at 28 days in order to analyze the possible application of the pervious concrete of this study in light and/or pedestrian traffic. The results of the mixtures were between 1 and 1,94 MPa. It is noteworthy that NBR16416 (2015) establishes that for pervious concrete made on site for pedestrian traffic, its flexural tensile strength should be =1.0 MPa, that is, all samples presented satisfactory values.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2017. A avaliação ambiental dos materiais a base de cimento Portland, oriundos da incorporação de resíduos é um importante componente na análise do comportamento dos materiais de construção. Os metais pesados presentes nos produtos e subprodutos industriais podem lixiviar das matrizes cimentícias para o meio ambiente. O objetivo geral deste trabalho é investigar as matrizes cimentícias por meio da espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) para avaliar o desenvolvimento microestrutural das matrizes cimentícias durante o processo de hidratação e durante o processo de lixiviação. Argamassas foram produzidas e contaminadas com Cd, Cr, Pb e Zn, em diferentes concentrações. Ensaios de absorção de água, evolução da temperatura durante a hidratação das argamassas, módulo de elasticidade dinâmico pelo método de ultrassom, ensaio de lixiviação do tipo ensaio de tanque, a espectroscopia de impedância eletroquímica, dentre outros, foram realizados. O cromo acelerou as reações de hidratação das argamassas enquanto que o zinco retardou estas reações. A maior contaminação dos metais pesados aumentou a sorptividade das argamassas e esta propriedade está intimamente relacionada à resistência elétrica das argamassas. O maior teor de contaminação com os metais pesados aumentou o coeficiente de difusividade dos íons metálicos durante o ensaio de lixiviação. Na avaliação dos dados da EIE foram realizadas simulações com a utilização de softwares e desta maneira se determinou o erro entre os dados simulados e os dados experimentais. A partir dos valores de erro encontrados, verificou-se que as argamassas contendo metais pesados, isolados e em conjunto, apresentam o modelo de circuito elétrico de Voigt, composto por dois circuitos em série. Enquanto que as amostras de referência e as amostras contendo resíduos apresentaram um circuito de Voigt. A capacitância elétrica foi diretamente proporcional ao teor de retenção dos metais cádmio pelas argamassas. Por fim, a EIE se mostrou uma técnica muito sensível às alterações microestruturais ocorridas nas argamassas, foi sensível à presença dos matais pesados e se torna uma técnica promissora ao ser aplicada em matrizes cimentícias. Abstract : The environmental evaluation of cementitious materials from waste incorporation is an important component in the analysis of behavior of building materials. Heavy metals present in industrial products can leaching from the cementitious matrices to the environment. In view of that, using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), this study aims to evaluate the microstructural development of cementitious matrices during the hydration and leaching processes. Mortars were produced and contaminated with Cd, Cr, Pb and Zn in different concentrations. Water absorption tests, hydration heat evolution rate, dynamic modulus of elasticity by ultrasound, tank leaching test and electrochemical impedance spectroscopy, among others, were carried out. Chromium accelerated the hydration reactions of the mortars, while zinc retarded such reactions. At the highest contamination rate with heavy metals, the sorptivity of the mortars increased and this property is closely related to the electrical resistance of the mortars. At the highest contamination rate with heavy metals, the diffusion coefficient of metal ions increased during the leaching test. In the evaluation of EIS were determined the error between experimental electrical data and fitting data using software. From the errors found, it was verified that contaminated mortars (isolated or in combination) showed a Voigt circuit model formed by two meshes. While in the reference mortars and in the samples with wastes, showed a Voigt circuit model with only one mesh. The electrical capacitance was directly proportional to the retention rate of the heavy metals in the mortars. Finally, the EIS is a susceptible technical to cementitious matrices and your microstructural changes and, it was efficient in to evaluate the presence of the heavy metals.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2016. A cinza pesada do carvão é um resíduo industrial disponível em grande escala na região sul do Brasil, que tem sido pesquisado pelo grupo de Valorização de Resíduos Industriais (ValoRes) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) para ser utilizado como um material de baixo impacto ambiental em matrizes cimentícias. Porém, existem poucos estudos que avaliam o desempenho ambiental deste tipo de material. Neste estudo o método da avaliação do ciclo de vida (ACV) foi aplicado em um estudo de caso comparativo, entre um sistema vertical de vedação convencional e outro contendo adição de cinza pesada (CzP). A unidade funcional definida é um metro quadrado do sistema vertical de vedação do protótipo de habitação popular construído na UFSC. Este estudo considera as etapas do ciclo de vida das matérias-primas utilizadas para a confecção dos produtos, incluindo: extração da matéria-prima, produção dos materiais e transporte para distribuição, considerando ainda o consumo de combustíveis para o transporte nas mudanças de fase e consumo de recursos para a produção dos subsistemas. São consideradas o cálculo das questões referente aos fluxos de entrada (consumo de recursos naturais, consumo de materiais e combustíveis e consumo de recursos energético) e de saída (resíduos, emissões para o ar, emissões para água e emissões para o solo), ao longo do ciclo de vida do sistema do produto. As categorias de impacto analisadas são as disponíveis no método CML (GUINÉE et al., 2002): acidificação, esgotamento dos recursos abióticos, eutrofização, formação de ozônio fotoquímico, potencial de aquecimento global, toxicidade humana e uso do solo. Além desses indicadores, o consumo de água e de energia também foi calculado, pois é uma forte preocupação na engenharia civil. Os cálculos foram realizados com auxílio da ferramenta de apoio SimaPro versão 8 faculty (PRé, 2016), que é uma ferramenta de comparação de produtos. O estudo demonstra que para as categorias analisadas o uso da cinza pesada contribui para redução dos impactos globais, exceto para a categoria de impacto potencial de aquecimento global, em que os resultados são semelhantes nos dois cenários. Abstract : The bottom ash is an industrial residue available on a large scale in southern Brazil, which has been researched by the study group Valuation of Industrial Waste (ValoRes) of the University Federal os Santa Catarina (UFSC) to be used as a low environmental impact material in cement matrices. However, there are limited studies available to assess the environmental performance of this type of material. In this study the life cycle assessment method (LCA) was applied in the case of a comparative study between a conventional mansory wall system and other containing the addition of bottom ash. The functional unit is one meter square of mansory wall system of prototype housing built at UFSC. This study considers the stages of the life cycle of raw materials used for the manufacture of products, including: extraction of raw materials, production of materials and transport to distribution, also considering the consumption of fuels for transportation in the phase changes and resource consumption for the production of subsystems. Are considered the calculation of issues related to flows (consumption of resources, consumption of energy resources and consumption of materials and fuels) and output (waste and emissions), the system throughout the product lifecycle. Analyzed the impact categories are available at method CML (GUINÉE et al., 2002): acidification, depletion of abiotic resources, eutrophication, photochemical ozone formation, global warming potential, human toxicity and land use. In addition to these indicators, the consumption of water and energy was also calculated because it is a strong concern in civil engineering. Calculations were performed with the help of version SimaPro 8 faculty (PRé, 2016), which is a product comparison tool. The study shows that for the categories analyzed the use of bottom ash helps reduce the global impacts, except for the potential impact category global warming, where the results were similar in both scenarios.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2015 Uma das principais dificuldades geradas na produção de argamassas autonivelantes para pisos está relacionada com o empenamento dos cantos (curling), ocasionado pela retração. A utilização de adições minerais é um tema que vem sendo explorado na área de materiais de construção civil com a finalidade de melhorar as propriedades das argamassas autonivelantes. Dessa forma, foi analisada a influência da adição de finos de RCD e CZP nas propriedades das argamassas autonivelantes, principalmente relacionadas com a retração. Parte do cimento Portland foi substituído pelos finos (FC, RCD e CZP) em teores de 10, 15 e 20%. A dosagem foi realizada em função do espalhamento e da consistência necessárias em argamassa autonivelantes no estado fresco. Em seguida, foram realizados os ensaios de resistência mecânica, absorção de água por capilaridade, resistência de aderência à tração e por fim variação (retração linear) e estabilidade (curling) dimensional. Os resultaram demonstram que a adição de finos de CZP nas misturas apresentou eficiência para reduzir a retração por secagem em argamassas autonivelantes. A mistura ternária (CP, FC e CZP) demonstrou os menores valores de empenamento dos cantos (curling). As amostras quaternárias de aglomerantes (CP, FC, RCD e CZP) apresentaram resultados mais eficientes, quando comparada com a referência (CP e FC). Com isso, conclui-se que os materiais testados apresentaram um potencial promissor para realização de pesquisas futuras e de aplicação na construção civil. Abstract : One of the major difficulties involved with the production of self-leveling mortar flooring is related with the feathering of edges (curling), caused by shrinkage. The use of mineral additions is a theme that has been explored in the area of construction materials in order to improve the properties of self-leveling mortars. For this mean, an analysis over the influence of fine additions CZP and RCD on the properties of self-leveling mortars, mainly related to the durability was realized. Part of the Portland cement was replaced by fines (FC, RCD and CZP) in amounts of 10, 15 and 20%. Measurements were realized according to the required properties of self-leveling mortar in the fresh state. Then, the mechanical strength, capillary water absorption, tensile adhesion strength and finally range (linear shrinkage) and stability (curling) dimension tests were performed. The results revealed that the addition of fine CZP in the mixtures was effective to reduce drying shrinkage of self-leveling mortars. The ternary mixture (CP, FC and CZP) demonstrated the lowest values to warping of corners (curling). The quaternary mixtures of binders (CP, CF, RCD and CZP) showed more efficient results compared with the reference (CP e FC). Therefore, one can conclude that the materials tested at the present study exhibit a promising potential for future research and for building constructions.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2014. A produção de aglomerantes para uso na construção civil gera impactos ambientais em vários países do mundo. Devido ao crescente consumo de aglomerantes é necessário buscar alternativas para redução dos impactos ambientais e custos da produção. O uso de aglomerantes ecoeficientes, ou seja, aglomerantes produzidos com redução nos impactos ambientais, tais como: redução da extração da matéria-prima, da energia de calcinação e da emissão de CO2; aproveitamento de resíduos como matéria-prima e ainda com encapsulamento de metais pesados representam uma alternativa para o desenvolvimento sustentável deste material. Neste estudo, foram produzidos aglomerantes ecoeficientes com substituição parcial do cimento aluminoso pelos resíduos gesso FGD, lama vermelha e cinza pesada. A substituição parcial do cimento aluminoso por gesso FGD foi realizada com o objetivo de formar etringita, a qual foi utilizada para encapsular metais pesados dos resíduos gesso FGD e lama vermelha.Para avaliar o potencial da cinza pesada no encapsulamento dos metais, o cimento aluminoso e o gesso FGD foram substituídos parcialmente por cinza pesada. Para isso, foram produzidas pastas e argamassas com diferentes proporções de cimento aluminoso, gesso FGD, lama vermelha e cinza pesada. Os resultados dos estudos dos compostos hidratados realizados nas pastas e argamassas por meio das técnicas de difratometria de raios-X (DRX), calorimetria diferencial exploratória (DSC), microscopia eletrônica de varredura e proporção das fases por meio da metodologia de intensidade integrada (DRX) mostraram que quanto mais próxima a relação cimento aluminoso/gesso FGD (CA/FGD) das pastas e argamassas produzidas nesta pesquisa da relação CA/FGD teórica para formação de etringita, maior a quantidade de etringita formada. Os resultados de resistência à compressão e tração na flexão, absorção de água por capilaridade e avaliação do encapsulamento dos metais pesados em argamassas mostraram que a relação CA/FGD mais indicada é de 5,7. Os resultados mostraram que o cimento aluminoso pode ser substituído por gesso FGD, lama vermelha e cinza pesada para produção de argamassas com o encapsulamento parcial de metais pesados na estrutura da etringita e cinza pesada. Abstract : The production of binders for the use in civil construction generate environmental impacts in several countries of the world. Due to the increasing use of binders is necessary to search alternatives to reduce environmental impacts and production costs. The use of eco-efficient binders, ie binders produced with reduced environmental impacts, such as: reduction of the extraction of raw materials, calcination energy and CO2 emissions; use of wastes as raw material and with heavy metal encapsulation provides an alternative for the sustainable development this material. In this work were produced eco-efficient binders with partial replacement of the aluminate cement for wastes FGD gypsum, red mud and bottom ash. The partial replacement of aluminate cement for FGD gypsum was carried out with the aim of form ettringite, which was used to encapsulate heavy metals from waste FGD gypsum and red mud. To evaluate the potential of the bottom ash in the encapsulation of the metals, aluminate cement and the FGD gypsum were partially replaced by bottom ash. For this, pastes and mortars were produced with different proportions of aluminate cement, FGD gypsum, red mud and bottom ash. The results of the studies of hydrated compounds made in pastes and mortars using X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM) and proportion of the phases by means of integrated intensity methodology (XRD) showed that the closer the ratio aluminate cement/FGD gypsum (CA/FGD) of the pastes and mortars produced in this research of the ratio theoretical CA/FGD for ettringite formation, the greater the amount of ettringite formed. The results of compressive and flexural strength tests, water absorption by capillarity and evaluation of the encapsulation of heavy metals in mortars showed that the ratio CA/FGD most appropriate is 5,7. The results showed that the aluminte cement can be replaced for FGD gypsum, red mud and bottom ash to produce mortars with partial encapsulation of heavy metals in the structure of the ettringite and bottom ash.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2013. Esta pesquisa analisou a condutividade elétrica como alternativa à obtenção de parâmetros de lixiviação de metais pesados em materiais cimentícios. Utilizaram-se corpos de prova cilíndricos de argamassas produzidas nos moldes recomendados para ensaios de resistência do cimento (NBR 7215:1997). O cimento escolhido foi do Tipo V e o agregado miúdo foi areia padrão. A contaminação das amostras se deu a partir de nitratos de metal pesado, por esta ser uma forma mais solúvel e susceptível à lixiviação. Foram utilizados nitratos de cromo, chumbo e zinco nas dosagens de 250 mg/kg, 500 mg/kg, 750 mg/kg e 1000 mg/kg. Os testes de lixiviação foram realizados de acordo com os procedimentos da norma holandesa NEN 7375:2004, na sua versão mais recente, no qual o extrato utilizado é a água deionizada. Trabalhou-se com tempos de cura variando de 28, 60 e 100 dias, para averiguação dessa influência sobre as taxas de liberação. As medidas da condutividade elétrica da solução lixiviada fazem parte dos procedimentos normalizados e servem para indicação da presença de elementos solubilizados. A condutividade elétrica da amostra monolítica foi tomada nos intervalos da troca do extrato a partir de eletrodos de cobre pressionados nas extremidades do corpo cilíndrico. Os equipamentos elétricos utilizados para leitura da condutividade do material consistiram de um gerador de tensão alternada e um medidor de corrente, posicionados em série. A tensão gerada foi fixada em 30 V e a frequência de 60 Hz, conforme a rede local. Os resultados mostraram existir semelhanças no comportamento à lixiviação das espécies e a condutividade elétrica, medida tanto na solução quanto no sólido. As correlações observadas permitiram a estimativa da concentração máxima de uma espécie qualquer disponível para liberação e, também, do tempo máximo decorrido até o seu esgotamento. Este procedimento pode substituir a realização dos ensaios prévios para determinação da disponibilidade de elementos susceptíveis à lixiviação. Os resultados parecem indicar não haver alteração na cinética de transporte das espécies iônicas ao longo do tempo e nem influência da concentração nesse movimento. Abstract : This research examined the electrical conductivity as an alternative to obtaining parameters of metal leaching in cementitious materials. Cylindrical specimens of mortars produced in the manner recommended for testing the compressive strength of cement were used (NBR 7215:1997). The chosen cement was Type V, and the fine aggregate was default standard sand. The contamination of the samples occurred from heavy metal nitrates, as this is more soluble and susceptible form to leaching. Nitrates of chromium, lead and zinc in doses of 250 mg/kg, 500 mg/kg, 750 mg/kg and 1000 mg/kg were used. The leaching tests were performed according to standard procedures of the Dutch NEN 7375:2004, in its latest version, in which the liquid solvent used is deionized water. The cure times ranged from 28, 60 and 100 days to investigate its influence on rates of release. The measurements of the electrical conductivity of the leach solution are part of the standard procedures and serve to indicate the presence of solubilized elements. The electrical conductivity of monolithic sample was taken at the intervals of exchange of the liquid solvent from pressed copper electrodes at the ends of the cylindrical specimens. The electrical equipment used for reading the conductivity of the material consisted of an alternating voltage generator and a current meter positioned in series. The generated voltage was set at 30 V and the frequency of 60 Hz, according to the mains. The results showed similarities in the leaching behavior of the species and the electrical conductivity, measured both in solution and in the solid. The observed correlations allowed the estimation of the maximum concentration of any species available for release and also the maximum time elapsed until its exhaustion. This procedure can replace the prior tests for determining the availability of elements susceptible to leaching. The results seem to indicate there is neither change in the kinetics of transport of ionic species over time nor influence of the concentration in this movement.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2009 Embora a utilização de materiais secundários, ou subprodutos, venha ganhando espaço no desenvolvimento de materiais cimentícios de alto desempenho, o emprego de resíduo de construção e demolição (RCD), na forma de agregado reciclado (AGR), em concreto auto-adensável (CAA) ainda é um tema pouco explorado. A retração por secagem no CAA, o qual possui um alto teor de pasta de cimento, tem se tornado um obstáculo para a indústria, princi-palmente no caso de peças com alta relação área superficial/volume. Neste trabalho, analisou-se a influência da substituição de areia natural por agregado reciclado miúdo sobre as propriedades no estado fresco e no estado endurecido de concreto auto-adensável, entre elas a retração por secagem de placas de concreto, e o efeito de empenamento dos cantos causado pela retração diferencial. Foram fetuadas misturas com teores de substituição de 0%, 25%, 50%, 75% e 100% de agregado miúdo natural por agregado reci-clado. Analisou-se também, a incorporação de fíler calcário e fíler de AGR, como adição mineral como controle das propriedades do concreto no estado fresco (exsudação e segregação). Manteve-se constante o teor de argamassa, a relação á-gua/cimento, o teor de fíler e a relação água/materiais secos. Foi realiza-da a equivalência das granulometrias, diminuindo o efeito da diferença destas sobre o concreto, assim como foi medida a absorção dos agrega-dos, prevendo a água complementar demandada por estes. O ensaio de retração foi executado em ambiente climatizado sob temperatura e umi-dade relativa com variações fixadas em curto intervalo. Os resultados demonstram que o fíler de AGR possui maior ca-pacidade de manter a estabilidade das misturas do que o fíler calcário. O aumento do teor de AGR não apresentou linearidade com os resultados de massa específica e resistência à compressão. O efeito de empenamen-to de placas foi reduzido quando utilizado o fíler de AGR. Although the use of secondary materials, or sub-products, will gain space in the development of high-performance cementitious materials, the use of construction and demolition waste (CDW) in the form of recycled aggregate (RA), specifically self-compacting concrete is a relatively unexplored subject. The drying shrinkage on these materials, which have high content of cement paste has become an obstacle for the industry, particularly in the case of parts with high relation surface area/volume. This paper analyzed the influence of recycled aggregate on the fresh and hardened properties of self-compacting concrete, including drying shrinkage of concrete slabs and the effect of curling on the corners caused by differential shrinkage. Mixtures were made with replacement levels of 0%, 25%, 50%, 75% and 100% of natural sand by recycled aggregates. Also analyzed the addition of limestone filler and recycled aggregate filler as a mineral addiction for control the fresh properties concrete. Have been kept constant, the mortar content, the relationship water/cement, the filler content and the water/dry material. It was carried out the particle size distribution equivalence, reducing the effect of these differences on the concrete, as well as the absorption of the aggregates, providing additional water demand for these. The shrinkage test was performed in a controlled ambient. The results show that the fillers of recycled aggregates have a greater capacity to maintain the stability of mixtures than limestone filler. The enhanced content recycled aggregate did not show linearity with results of density and compressive strength. The effect of curling was reduced when used filler of recycled aggregate.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2008 Com o aumento na produção de resíduos industriais, é crescente a preocupação com tratamento e disposição final destes. Um método desenvolvido é o tratamento pela incorporação dos resíduos em matrizes à base de cimento Portland, que age tanto como barreira física quanto química para os poluentes concentrados no resíduo. A investigação da segurança deste método é feita por meio de ensaios de lixiviação, dentre outros. Um deles é o ensaio de tanque, adequado para amostras monolíticas, conforme a norma holandesa NEN 7345. O objetivo deste trabalho foi analisar a fixação de metais pesados na matriz cimentícia por meio do ensaio de tanque em amostras previamente contaminadas com os metais Cd, Cr III, Cr VI, Pb e Zn, na concetração de 100 ppm. As amostras analisadas consistiam em argamassas nas quais a cinza pesada (CZP) oriunda de uma usina termelétrica e o agregado reciclado de entulho (RCD) originário de uma unidade de beneficiamento substituíam a areia, em volume. As amostras de referência foram confeccionadas com areia normal IPT, com granulometria similar a CZP e RCD. Foram utilizados dois tipos de cimento: CP I S e CP V ARI. O lixiviante utilizado no ensaio de tanque foi água destilada e deionizada com pH alterado para 4 através da adição de HNO3. A renovação do lixiviante ocorreu após 6 horas, 1; 2,25; 4; 9; 16; 36 e 64 dias. A cada renovação, o líquido extraído era filtrado, tinha seu pH e condutividade elétrica medidos e era submetido à análise semiquantitativa de energia dispersiva por raios-X (EDX). Os ensaios evidenciaram que é possível avaliar o potencial de liberação de metais pesados das matrizes cimentícias e estimar o tempo de liberação dos poluentes. A técnica semiquantitativa por EDX demonstrou-se adequada na avaliação da inética de liberação do Cd, Cr III, Cr VI, Pb e Zn. Along with the increase in the generation of industrial wastes, the concern with their treatment and final disposal has been growing. A developed method is the treatment by the incorporation of wastes into Portland cement based matrices, which acts as a physical barrier as well as a chemical one for the pollutants concentrated in the waste. The investigation of the safety of this method is done through leaching tests, among others. One of them is the tank leach test, adequate for monolithic samples, according to the Dutch standard NEN 7345. The aim of this research was to assess the retention of heavy metals in the cementitious matrix through the tank test in samples previously contaminated with Cd, Cr III, Cr VI, Pb and Zn, at the concentration of 100 ppm. The samples analyzed consisted of mortars in which the bottom ash (CZP, coming from a thermoelectric plant and the recycled aggregates from debris (RCD), coming from a recycling plant, replaced the sand in volume. The reference samples were produced with standard sand IPT, with grain-size composition similar to CZP and RCD. Two types of cement were used: CP I S and CP V ARI. The leachant used for the tank leach test was distilled and deionized water with its pH altered to 4 through the addition of HNO3. The renewal of the leachant occurred after 6 h, 1; 2,25; 4; 9; 16; 36 and 64 days. After each renewal, the liquid extracted was filtered, it had its pH and electrical conductivity measured and was submitted to semi-quantitative analyses through Energy Dispersive X-ray (EDX). The tests showed that it is possible to assess the potential heavy metals release from the cementitious matrices and to estimate the time of the pollutants release. The semi-quantitative technique through EDX showed to be adequate for the assessment of the release kinetics of Cd, Cr III, Cr VI, Pb and Zn.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2012 Apesar de certos resíduos permitirem sua valorização como material de construção, a avaliação destes produtos quanto à liberação de contaminantes quando em presença de água se faz necessária. Este trabalho teve como objetivo avaliar modelos de lixiviação de poluentes em argamassas e concretos à base de resíduos inorgânicos. Utilizando ferramenta computacional, regressões não lineares foram realizadas para avaliar a cinética de liberação dos elementos Ca, Cl, Cu, Cd, Cr, Zn e Pb de amostras de argamassas e concretos produzidos com resíduos de construção e demolição e amostras produzidas com contaminação prévia por metais pesados (CrIII, CVI, Zn, Cd, Pb). O modelo combinado de dissolução e difusão demonstrou ser o mais adequado para a Cu, Ca, Cl, Cd, Zn e o Pb. O modelo de dissolução mostrou ser adequado ao Cálcio. O modelo de difusão pura demonstrou superestimar os valores de liberação de todos os metais estudados. O fenômeno da dissolução demonstrou influenciar o ensaio de tanque (NEN7375), devendo ser considerado no cálculo da mobilidade dos metais nas matrizes cimentícias. Ainda verificou-se a influência da dimensão do agregado na lixiviação dos elementos das matrizes cimentícias. Abstract : Although certain residues permit its reuse as building material, the evaluation of such products concerning the release of contaminants when in the presence of water is necessary. This study aimed to evaluate leaching models for contaminants in mortars and concrete samples produced with inorganic wastes. Using computational tool, nonlinear regressions were performed to evaluate the release kinetics of Ca, Cl, Cu, Cd, Cr, Zn and Pb in mortars and concrete samples produced with construction and demolition waste and samples pre-contaminated with heavy metals (CrIII, CVI, Zn, Cd Pb).The combined model of dissolution and diffusion proved to be the most suitable for Cu, Ca, Cl, Cd, Zn and Pb. The dissolution model showed to be suitable for Calcium. The simple diffusion model overestimated the release of all metals studied. The phenomenon of dissolution was found to influence the Tank Test (NEN7375) and should be considered in calculating the mobility of metals in cement matrices. In addition, the influence of aggregate size on the leaching of elements from cementitious matrices was studied.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2012 Os materiais de construção são avaliados quanto ao seu comportamento mecânico, durabilidade e mais recentemente, em relação ao risco de contaminação ambiental que estes podem apresentar ao homem e ao meio ambiente. Alguns metais pesados podem ser encontrados em resíduos incorporados nas matrizes cimentícias. Estas técnicas de introdução dos resíduos em matrizes cimentícias permitem a estabilização/solidificação dos contaminantes. No entanto, esta imobilização deve ser monitorada e comprovada a sua eficiência nos aspectos envolvendo a retenção dos poluentes. Neste sentido, esta pesquisa teve por objetivo utilizar as medidas elétricas para avaliar os metais pesados no processo de hidratação das argamassas ao longo do tempo, avaliar as alterações estruturais que os metais pesados provocaram nas argamassas e relacionar as medidas elétricas com os ensaios de lixiviação. Os metais pesados Cr, Cd, Pb e Zn foram adicionados às argamassas nas concentrações de 20, 40, 80 e 160 ppm em relação a massa de cimento. Estas argamassas foram submetidas aos ensaios de lixiviação e à análise por espectroscopia por impedância elétrica (EIE). No ensaio elétrico foi aplicada uma corrente alternada, variando a frequência de 200 kHz até 2MHz. O comportamento da lixiviação dos metais foi obtido através da realização dos ensaios de tanque (Tank Test), de lixiviação e de solubilização, descritos pelas normas brasileiras NBR 10005 e NBR 10006. Os resultados mostraram que as medidas elétricas podem ser usadas como método para monitorar os contaminantes em argamassas. O metal zinco apresentou uma maior variação nos valores das medidas de impedância elétrica obtidas entre as amostras contaminadas nas diferentes concentrações. Enfim, as medidas elétricas podem caracterizar os parâmetros que influenciam na liberação dos metais pesados. Abstract : Construction materials are evaluated by the mechanical behavior, durability and most recently in relation to the risk of environmental contamination. Some heavy metals can be found in residues incorporated into cementitious matrices. These techniques for introduction of the waste into cementitious matrices allow the stabilization / solidification of contaminants. However, this immobilization should be monitored. Therefore, this research aims to utilize the electrical measurements to evaluate the influence of heavy metals in the hydration process in the mortar over time, assess structural changes caused by heavy metals in the mortar and correlate the electrical tests with the leaching tests. The heavy metals Cr, Cd, Pb and Zn were added to the mortar at concentrations of 20, 40, 80 and 160 ppm with respect to the cement mass. These mortars were subjected to leaching tests and analysis by electrical impedance spectroscopy (EIS). In this electrical test was applied electric alternating current by varying the frequency of 200 kHz to 2 MHz. The leaching behavior of the metals was obtained by testing tank (Tank Test), the leaching test described by the Brazilian standard NBR 10005 and solubilization testing (NBR 10006). The results showed that electrical measurements may be used as a method for monitoring contaminants in mortars. The metal zinc showed more variation in the electrical impedance between the contaminated samples in the different concentrations. The values of electrical resistivity along the hydration process allowed an approximation of the tortuosity of mortars. Anyway, can characterize the physical parameters that influence the release of heavy metals by electrical tests.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. As propriedades de transporte de umidade de um material estão relacionadas à sua durabilidade, visto que a deterioração deste é causada pela penetração de agentes agressivos, através da água. É importante que as propriedades hidrodinâmicas de materiais fabricados com resíduos sejam mensuradas para uma avaliação mais completa de seu desempenho e para servirem como dados de entrada em modelos de predição de comportamento. A presente pesquisa utilizou agregado reciclado de construção e demolição (AGR) e cinza pesada (CzP), ambos sem finos, em materiais granulares e argamassas e avaliou suas propriedades de fixação e transporte de água, tendo como referência materiais granulares e argamassas confeccionadas com areia IPT, de mesma granulometria dos resíduos. As porcentagens de substituição (em volume) foram de 25, 50, 75 e 100%. Foi também composta uma mistura entre os dois resíduos utilizados com teor de substituição de 25%, 50% e 75%. Foram avaliadas, nos materiais granulares: absorção capilar, secagem ao ar e absorção saturada superfície seca. Nas argamassas foram avaliadas: absorção por capilaridade e imersão, ângulo de molhamento aparente e resistência elétrica ao longo da absorção capilar. Os resultados mostram a influência dos resíduos na fixação e transporte de umidade nos materiais granulares e nas argamassas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. O setor da construção civil do Paraná caracteriza-se pelo predomínio de pequenas e médias empresas que, geralmente, tem limitações de recursos para implementar programas de gestão da qualidade baseados na série de normas ISO 9000. Para auxiliar essas construtoras, este trabalho focou as não-conformidades levantadas nas auditorias desses sistemas de gestão. O objetivo é identificar os requisitos da norma de referência Sistema de Qualificação de Empresas de Serviços e Obras, conhecida como SiQ-Construtoras (equivalente à NBR ISO 9001:2000), no âmbito do PBQP-H (Programa Brasileiro da Qualidade e Produtividade do Habitat), onde incidiram a maioria das não-conformidades observadas nessas auditorias. A metodologia compreende uma pesquisa em parte quantitativa, feita em um banco de dados de um organismo certificador, que contém os resultados de 278 auditorias realizadas entre 2003 e 2006; e em parte qualitativa, para avaliar a importância dos dados encontrados e diagnosticar os possíveis motivos que originaram as não-conformidades mais freqüentes. Outra etapa da pesquisa inclui a comparação dos resultados dos levantamentos das não-conformidades nos diferentes anos, para observar se a implementação do SiQ-Construtoras nas empresas foi melhorando ao longo desse período.

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Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Em diversos países do mundo crescentes quantidades de resíduos industriais são geradas anualmente. Dependendo das características do resíduo, o mesmo pode tornar-se uma importante fonte de matéria-prima em substituição aos materiais convencionais. O processo de Solidificação/Estabilização (S/E) é uma tecnologia de gerenciamento de resíduos industriais bastante empregada em países desenvolvidos. O sucesso do tratamento depende da interferência causada pelo resíduo e, principalmente, da fixação dos eventuais poluentes tóxicos no produto final obtido. Neste estudo o cimento sulfo-aluminoso (CSA) e a cinza pesada (CZP) foram empregados no tratamento do lodo galvânico (LDG), o qual apresenta o Cr como principal poluente. Os produtos obtidos da S/E foram avaliados quanto ao tempos de pega, à resistência mecânica, à solubilização e ao potencial de lixiviação de contaminantes. As modificações ocorridas durante o processo de hidratação do CSA, em função da presença do LDG e da CZP foram investigadas fazendo-se uso de técnicas analíticas para investigar a formação do principal composto de hidratação (a etringita) e o consumo das principais fase mineralógicas do CSA (yelimita e a gipsita). A eficiência deste cimento quanto à retenção do Cr também foi investigada, empregando sais sintéticos. Os resultados mostraram que a presença do LDG nos cimentos CSA reduziu inicialmente o consumo de sulfato de cálcio (gipsita) e, conseqüentemente, reduziu a formação da etringita. A yelimita e a gipsita foram totalmente consumidas quando a cinza pesada foi empregada. O encapsulamento do Cr nas fases hidratadas formadas e nas partículas de CZP foi verificado. Nos ensaios com sais sintéticos ocorreu a formação da fase U em função da presença do Na no sal empregado e constatou-se que a retenção do Cr está mais relacionada às condições de formação de etringita do que da quantidade formada. ABSTRACT Every year increasing amounts of industrial waste are generated in the whole world. Thus, researches that study the treatment and ways to reuse the by-products are becoming even more important. Depending on the characteristics of the waste, it can be an important source of raw material in order to replace the natural ones. The success of the treatment depends on the interference of the waste in the properties of the product, and, especially, the fixation of possible pollutants on the final product. In this study the sulfoaluminate cement and the bottom ash were used for the treatment of the galvanic sludge (LDG), which presents Cr as the main pollutant. Two ways of valorization had been studied. In the first one this waste was incorporated to CSA, in the quantity of 25%, by weight, to compose new CSA cement (CSA’) with 25% LDG and 75% CSA. In second one the sulfoaluminate cement was added to the bottom ash, in order to treat the galvanic sludge. The setting time, the compressive strength, the hydrated phases formed and leaching were determined. The efficiency of the CSA to retain Cr, in both oxidation states were also investigated, using synthetic salts. The results show that the presence of the galvanic sludge (LDG) in cements CSA reduced the calcium sulphate consumption (gypsum) and consequently reduced the formation of the ettringite (main hydrated phase of cement CSA). In solid matrices MS, the main phase of the CSA was consumed and the bottom ash served as alumina source for the formation of the ettringite. The retention of the Cr in the hydrated phases of the CSA' and the MS also was verified. In the tests with synthetic salts, the formation of U phase was verified according to the presence of Na in the utilized salt and it showed that the retention of the metal is more related to the conditions of formation than the amount of ettringite formed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.