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Dissertação de mestrado em Construção e Reabilitação Sustentáveis, O cenário global atual é de grande preocupação com o aquecimento global e seus efeitos, bem como com a insustentabilidade do mundo. No intuito de diminuir as emissões de carbono e gases de efeito estufa, a Comissão Europeia tomou uma série de medidas com prazos estabelecidos. Uma das medidas é o encerramento de todas as usinas termoelétricas da Europa até 2030. Com esta medida, a oferta de cinzas volantes, originada de resíduos destas da queima do carvão nestas usinas, terá extrema redução, suscitando estudos que analisem materiais alternativos. Neste estudo, visou-se substituir parcialmente, em volume, o cimento usado em argamassas, pela percentagem de 25% de pó de vidro, mesma percentagem normalizada para incorporação de cinzas volantes para ser possível fazer uma comparação direta. Considerando que essa substituição reduz em 25% o uso do cimento, um dos materiais líderes em emissões de CO2 no mundo. Neste trabalho, o principal interesse é de analisar o impacto de substituições parciais do cimento por pó de vidro em diferentes percentagens no comportamento mecânico das argamassas resultantes. Estas argamassas serão comparadas às argamassas com cinzas volantes no sentido de investigar o potencial do pó de vidro como substituto destas cinzas em materiais cimentícios. Os resultados apresentados apontam para um comportamento mecânico satisfatório para as argamassas com pó de vidro. Quando comparadas as argamassas com cinzas volantes, considerando as mesmas percentagens de substituição e sob as mesmas condições de ensaio, estas argamassas apresentaram resistências maiores que as argamassas com cinzas volantes. No que diz respeito à sua pozolanicidade, os resultados foram muito satisfatórios, mesmo em teores de substituição superiores a 25%., The current global scenario is one of great concern with global warming and its effects, as well as with the unsustainability of the world. In order to reduce carbon emissions and greenhouse gases, the European Commission has taken a series of measures with established deadlines. One of the measures is the closure of all thermoelectric power plants in Europe by 2030. With this measure, the supply of fly ash, originating from residues of coal burning in these plants, will have an extreme reduction, prompting studies that analyze alternative materials. In this study, the aim was to partially replace, in volume, the cement used in mortars, by the percentage of 25% of glass powder, the same percentage normalized for the incorporation of fly ash in order to be able to make a direct comparison. Considering that this replacement reduces the use of cement by 25%, one of the leading materials in CO2 emissions in the world. In this work, the main interest is to analyze the impact of partial replacements of cement by glass powder in different percentages on the mechanical behavior of the resulting mortars. These mortars will be compared to mortars with fly ash in order to investigate the potential of glass powder as a substitute for this ash in cementitious materials. The presented results point to a satisfactory mechanical behavior for mortars with glass powder. When comparing mortars with fly ash, considering the same replacement percentages and under the same test conditions, these mortars showed greater resistance than mortars with fly ash. With regard to its pozzolanicity, the results were very satisfactory, even at substitution levels greater than 25%.

Tese de doutoramento em Engenharia Civil, A corrosão das armaduras do betão é uma das formas de dano mais grave e frequente nas estruturas dos edifícios, gerando globalmente custos astronómicos de 3.4% do PIB global, não incluindo custos indiretos. Uma das maiores contribuições é o ataque por carbonatação, cuja tendência é de agravamento no futuro devido à crescente agressividade ambiental, à pressão populacional mundial, à produção de cimento mais refinado e mais reativo, ou à maior capacidade de incorporação de cinzas volantes no betão, como substituição do cimento. O uso de materiais pozolânicos oferece não só vantagens técnicas e económicas, mas também de ordem ecológica e de sustentabilidade mas, quando o volume de incorporação é elevado o betão poderá ser vulnerável a um ataque por carbonatação. A presente tese tem como objetivo a avaliação da introdução de cal hidratada, como forma de mitigar o ataque por carbonatação em betões com elevado volume de cinzas volantes, como substituição do cimento. Foram produzidas misturas com reduzida razão A/L, com 50% de cinzas volantes e 50% de cimento, às quais foi adicionado cal hidratada como substituição do agregado fino. Utilizando provetes em pastas, argamassas e betões, executaram-se diversos ensaios ao longo de 730 dias, incluindo após carbonatação natural e acelerada, tais como: profundidade de carbonatação, resistência à compressão, variação da massa, ultrassons, resistividade elétrica, absorção de água, PIM, ATS, DRX, MEV, EDD, pH e de teor de água. Executaram-se com sucesso análises estatísticas com modelos lineares generalizados mistos, na investigação de 4 precondicionamentos, 3 meios de medição da profundidade de carbonatação e 2 indicadores ácido-base (timolftaleína e fenolftaleína). Adicionalmente abordou-se uma nova metodologia de avaliação da carbonatação (EIE) e desenvolveu-se um procedimento para o ensaio de dissolução seletiva com HF, com excelentes resultados. Concluiu-se que a introdução de cal hidratada foi competente na redução do ataque por carbonatação, possivelmente pela precipitação de carbonato de cálcio na matriz cimentícia, reduzindo a porosidade aberta, a dimensão média e crítica da rede porosa, bem como a sua distribuição. No entanto, também foi promovida a redução do pH, a produção de compostos hidratados e a descalcificação desses mesmos compostos após carbonatação., Corrosion is one the most severe types of damage found on reinforced concrete structures, and it is responsible for repair and conservation costs that rise to an estimate equivalent of 3.4% GDP. Carbonation related damage is seen as a growing threat to concrete structures safety, due to increasing environmental aggressiveness and worldwide population growth, but also as a consequence of industry tendency to produce refined and reactive cements, using larger amounts of fly ash as cement replacer. To face such challenge, the use of pozzolanic materials in the making of reinforced concrete offers advantages not only from and economic but also from and ecological and sustainable points of view. However, it is also known that the excessive use of such materials may result into vulnerable concretes due to carbonation associated hazards. This research was set in motion to provide an assessment of the use of hydraulic lime to mitigate carbonation caused damage threats to concretes made with high rates of fly ash as a replacement for Portland cement. Different W/B ratio concrete mixes with 50% of fly ash and 50% of cement, with hydraulic lime as a replacement for fine aggregates were designed. Paste, mortar and concrete specimens were tested during a period of 730 days that included natural and accelerated carbonation tests, such as: carbonation depth, strength, mass variation, ultrasonic and electrical resistivity tests, water absorption, MIP, STA, XRD, SEM, EDX, pH, and water content. The test results were statistically analysed using generalized linear mixed models, 4 preconditioning’s, 3 carbonation depth measurement means and 2 acid-base indicators (thymolphthalein and phenolphthalein). A new carbonation assessment methodology (Electrochemical Impedance Spectroscopy) and experimental procedure for HF selective dissolution were also designed and successfully tested. The research results show that hydraulic lime presents high performance in reducing carbonation damage in concretes, due to calcium carbonate precipitation in the cement matrix, reducing open porosity, the average and critical size of the porous network, as well as its distribution. Lower pH, and reduced amounts of produced hydrated compounds showing higher decalcification after carbonation, were other achieved results.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O primeiro estudo deste trabalho de pesquisa teve como objetivo avaliar a eficiência do método Simplex-Centroide na predição do comportamento mecânico, e na otimização da dosagem de misturas entre solos lateríticos-escória de aciaria elétrica redutora-cinza volante (SEC). O programa experimental contemplou a caracterização das seguintes propriedades mecânicas e de expansibilidade: Resistência à Compressão Simples (RCS); Índice de Suporte Califórnia (ISC); Módulo de Resiliência (MR); e Expansão ISC (E-ISC) das misturas experimentais. Nesse estudo obteve-se modelos matemáticos estatisticamente relevantes e descritivos dos comportamentos mecânicos e de expansibilidade das misturas. A utilização do método Simplex-Centroide também permitiu estabelecer a dosagem otimizada da mistura SEC com base em critérios normativos pré-definidos. No segundo estudo analisou-se os efeitos da carbonatação acelerada nas propriedades mecânicas e de expansibilidade da mistura entre solos e escória de aciaria elétrica redutora otimizada durante a realização do primeiro estudo deste trabalho de pesquisa. As propriedades avaliadas nesse estudo foram: (i) Resistência à Compressão Simples; (ii) índice Mini-CBR; (iii) Expansão Mini-CBR; e (iv) Módulo de Resiliência. Os corpos de prova foram submetidos aos três procedimentos de cura descritos a seguir antes da determinação de sua ruptura: (i) C1 – 28 dias em câmara úmida acrescido de 7, 14 e 28 dias em câmara de carbonatação; (ii) 28 dias na câmara de carbonatação acrescidos de 7, 14 e 28 dias também em câmara úmida; e (iii) carbonatação prévia da escória de aciaria elétrica redutora por 7, 14 e 28 dias antes da moldagem dos corpos de prova e posterior submissão dos corpos de prova a 28 dias em câmara úmida. Nesse estudo foi possível avaliar os efeitos que o tempo de submissão dos corpos de prova a cada tratamento exerce sobre as propriedades avaliadas e, através das análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e de Difração de Raios-X (DRX), identificou-se a formação de compostos cimentados e carbonatados diretamente relacionados aos comportamentos observados experimentalmente. Palavras-chave: Escória de aciaria elétrica. Simplex-Centroide. Carbonatação acelerada. Solos lateríticos. Estabilização de solos The first study of this research work focused on evaluating the efficiency of the Simplex- Centroid method to perform the experimental design, to predict the mechanical behavior, and to optimize the design of lateritic soils-ladle furnace slags-fly ash (SEC) mixtures. The experimental program included the geotechnical characterization of the experimental mixtures including the following properties: (i) Unconfined Compressive Strength – UCS; (ii) California Bearing Ratio – CBR; (iii) CBR Expansion; and (iv) Resilient Modulus - MR. The results from the experimental program allowed the definition of statistically significant mathematical models capable to describe the experimental mixtures mechanical and expansion behavior as a function of its components content. Through, the Simplex-Centroid method applications, it was also possible to establish an optimized SEC mixture design based on pre-defined normative criteria. The second study aimed on evaluating the effects of accelerated carbonation on the mechanical and expansion behavior of the soil-ladle steel slags mixture optimized during the first study. The properties evaluated in this study were: (i) Unconfined Compressive Strength – UCS; (ii) Mini-California Bearing Ratio; (iii) Mini-CBR Expansion; and (iv) Resilient Modulus (MR). The specimens were submitted to the following three curing procedures for 35, 42 and 56 days before been tested: (i) C1 – 28 days in a humid chamber followed by 7, 14 and 28 additional days in carbonation chamber; (ii) 28 days in the carbonation chamber, and 7, 14 and 28 additional days also in the humid chamber; and (iii) previous carbonation of the ladle steel slag for 7, 14 and 28 days before specimens compaction and the subsequent specimens submission to 28 days in a wet chamber. Through laboratory tests it was possible to evaluate, for all the curing procedures considered, the effects that curing time exerts on the evaluated properties of soil-ladle furnace slags mixtures and, through the analysis of Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD), it was possible to identify the formation of cemented and carbonated compounds, which explains the experimental mixture behavior. Keywords: Ladle furnace slags. Simplex-Centroid. Accelerated carbonation. Lateritic soils. Soil stabilization.

A indústria cimenteira destaca-se como sendo o segundo maior emissor industrial de dióxido de carbono (CO2). Neste sentido, a redução do uso do cimento no betão, sem prejuízo dos avanços técnicos já adquiridos, é uma tendência mundial. A substituição parcial do cimento por cinzas volantes (CV) no betão tem sido utilizada com vantagens ao nível técnico, económico e ambiental. Os betões com CV destacam-se pela elevada resistência ao ataque por cloretos (Cl-), sendo menos resistentes à carbonatação. Este trabalho experimental tem como objetivo avaliar o comportamento dos betões com CV face à carbonatação, em ambientes marinhos. Assim, foram moldados provetes de argamassa e betão com 0 e 40% de substituição de cimento por CV. Para tal, foram utilizados ensaios acelerados para contaminação dos provetes por Cl- e CO2. Os resultados apontam para uma redução da profundidade de carbonatação dos provetes sujeitos ao contato com os Cl- e CO2 quando comparados aos provetes sujeitos apenas ao CO2, independentemente do percentual de CV. Considerando a menor resistência do betão com CV face à carbonatação, esta redução na profundidade de carbonatação aponta para uma dimensão positiva relacionada ao seu uso. Aspetos relacionados à porosidade do betão e ao efeito higroscópico do cloreto de sódio (NaCl), podem estar na origem deste comportamento., The cement industry is the second largest industrial emitter of (carbon dioxide) CO2. Reducing the use of cement in concrete, and maintaining its technical qualities is a worldwide trend. The partial replacement of cement by fly ash (FA) in concrete has been used with technical, economical, and environmental advantages. Concretes with FA have greater chloride (Cl- ) attack resistance, but the carbonation resistance is lower. This experimental research aims to evaluate the behaviour of concretes with FA in relation to carbonation, in marine environments. Specimens were moulded with 0 and 40% replacement of cement by FA. Accelerated tests were used to contaminate the specimens with Cl- and CO2. According to the obtained results, there is a reduction in carbonation depth in the specimens submitted to Cl- and CO2 when compared to those submitted only to CO2, regardless of the percentage of FA. Considering the limited resistance of concrete with FA related to carbonation, this reduction in carbonation depth is a positive aspect. The porosity of concrete and the hygroscopic effect of sodium chloride (NaCl) may be at the origin of this behaviour., Este trabalho foi financiado por Fundos Nacionais através da FCT/MCTES – Fundação para a Ciência e Tecnologia/Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior, no âmbito do CTAC – Centro de Território, Ambiente e Construção – UIDB/0407/2020 e UIDP/04047/2020.

Num mundo que tenta, cada vez mais, caminhar para um futuro mais sustentável, existem ainda grandes fatores de poluição ambiental que necessitam de ser trabalhados. O setor dos cimentos e argamassas é um deles. É conhecido o enorme impacte ambiental da produção de cimento Portland e a quantidade de CO2 emitida para a atmosfera na produção de clínquer e na queima de combustíveis associados à esta produção. Deste modo, existe uma procura cada vez maior para a produção de ligantes para argamassas, bem como as argamassas em si, mais sustentáveis e que entrem num paradigma de economia circular, idealizando subprodutos/resíduos de outros setores industriais como matérias-primas capazes de formular um novo ligante. Neste projeto estudaram-se e produziram-se argamassas-cola com formulações que incorporam resíduos provenientes de outros sectores industriais, nomeadamente escórias granuladas de alto-forno (GGBFS), ativadas por lamas de anodização de alumínio, cinzas volantes da queima de biomassa, cinzas da queima de resíduos sólidos urbanos e grits da indústria da pasta de papel. Dentro deste objectivo específico denotam-se duas vias de trabalho e investigação. Na primeira via pretende-se desenvolver argamassas-cola a partir de um ligante ecológico formulado e estudado anteriormente pela SaintGobain Weber, inicialmente usando areias comerciais como agregado e posteriormente fazendo a substituição parcial e total das mesmas por grits. Em paralelo avaliou-se a possibilidade de produção de argamassas-cola substituindo 50% de cimento Portland por cinzas volantes da queima de biomassa (CTB) dando continuidade a trabalhos desenvolvidos na empresa. Os subprodutos/resíduos foram caraterizados por fluorescência de raios X, difração de raios X, distribuição granulométrica e área superficial específica (método BET). As argamassas foram estudadas e caraterizadas quanto a sua resistência à aderência, através de ensaios de tração perpendicular, resistência à compressão, densidade aparente e absorção de água. In a world that is trying to reach a sustainable future, there are still great environmental pollution beacons which need to be considered and worked upon. The cement and mortar sector is one of them. It is known that the production of Portland cement has an enormous environmental impact with a huge CO2 emission through the formation of clinquer and the burning of fossil fuels needed to it. Because of this, there is a demand greater and greater to produce binders and mortars more sustainable, idealizing byproducts and wastes from other industrial sectors as raw materials capable of formulating new binders/mortars. In this project, adhesive mortars that incorporate wastes such as ground granulated blast furnace slags (GGBFS), activated by aluminium anodizing sludge; fly ash from biomass burning, fly ash from urban solid waste burning and grits from the paper pulp industry, were studied and produced. To reach this objective, there were taken two work paths of investigation. The first one consisted of producing adhesive mortars from an ecological binder formulated and studied in previous works, comparing them to a reference formulation used in Saint-Gobain Weber, initially using commercial sand as aggregate and after partially and totally replacing it with grits. In parallel, another study was conducted which continued a previous work, evaluating the substitution of 50 percent of cement for fly ash from biomass burning (CTB) in adhesive mortars. All by-products and wastes were characterized by Xray fluorescence, X-ray diffraction, granulometric distribution and surface area (BET method). The mortars were studied and caracterized for their adhesive behaviour, by perpendicular traction tests, compressive resistance, through compression tests and their densities and porosities were determined. Mestrado em Engenharia de Materiais

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil, É sabido que o setor da construção civil é fundamental para a economia europeia, no entanto, é um setor que também se destaca, pela negativa, no que diz respeito a impactes ambientais, pois consome imensas matérias-primas e é responsável pela emissão de quantidades significativas de gases de efeito estufa. A produção de cimento assume um papel de grande importância nas emissões de CO2, pois trata-se de um processo bastante poluente e, devido a isso, as buscas por materiais alternativos ao cimento têm-se intensificado nos últimos anos, sendo os materiais ativados alcalinamente (MAA) vistos como uma opção bastante viável. O objetivo deste projeto foi desenvolver betões ativados alcalinamente que apresentassem comportamento mecânico e físico similar aos betões convencionais. Para isso, foram utilizados hidróxido de sódio e silicato de sódio como ativadores e cinzas volantes como precursor. O dimensionamento das composições foi feito com base nas razões molares do precursor e dos ativadores e na razão A/L admitida. A razão A/L admitida foi 0,4 e todos os MAA fabricados foram curados a temperatura ambiente. As pastas foram dimensionadas com o auxílio do software Minitab, que forneceu um conjunto de misturas, enquanto que as argamassas e betões desenvolvidos foram baseados na pasta que apresentou melhor comportamento mecânico à compressão., It is known that the civil construction sector is fundamental to the European economy, however, it is a sector that also stands out, in the negative, with regard to environmental impacts, because it consumes immense raw materials and is responsible for the emission of significant amounts of greenhouse gases. Cement production plays a very important role in CO2 emissions, as it is a very polluting process and, due to this, the search for alternative materials to cement has intensified in recent years, with alkaline activated materials (AAM) seen as a very viable option. The objective of this project was to develop alkaline activated concrete that presented mechanical and physical behaviour similar to conventional concrete. For this, sodium hydroxide and sodium silicate were used as activators and fly ash as a precursor. The design of the compositions was done based on the molar ratios of the precursor and the activators and the admitted W/C ratio. The admitted W/C ratio was 0.4 and all AAM made were cured at ambient temperature. The pastes were sized with the aid of the Minitab software, which provided a set of mixtures, while the developed mortars and concretes were based on the paste that presented the best mechanical compression behavior.

The objective of this study is to analyse the use of binary mixtures of pozzolanic materials and concrete demolition waste in concrete mixtures, especially the resulting mechanical properties and durability. A total of ten concrete formulations were produced distinguishing them in different types using different Portland cements, different artificial pozzolans and coarse aggregates from concrete demolition. The particular properties of each formulation were verified by testing the axial compressive strength, longitudinal modulus of elasticity and penetration of chloride under immersion. Substitutions were of 15% w.t. and 30% w.t. natural coarse aggregate substituted with concrete demolition waste and, in the case of binary mixtures, additional 25% w.t. of the binder agglomerate substituted with rice husk ash or fly ash. Results showed that the final strength to axial compression and modulus of elasticity of concrete mixtures were negatively affected by utilising demolition waste, but this effect was balanced by adding supplementary cementitious materials. Regarding the durability test, it was found that the lowest coefficients occurred in the mixtures using CP V-ARI, together with artificial pozzolans, in mixtures with 15% w.t. substitution of natural aggregate with recycled aggregate. It was concluded that using recycled aggregates in concrete is viable but conditioned to the concomitant use of pozzolanic materials. Resumo A presente investigação objetiva analisar a utilização de materiais pozolânicos e resíduos de demolição de concreto nas propriedades mecânicas e de durabilidade em concretos com misturas binárias. Foram produzidas dez formulações, distinguindo-as em diferentes traços com o uso de diferentes cimentos Portland, diferentes pozolanas e agregados graúdos da demolição de concretos, a fim de verificar suas particularidades através dos ensaios de resistência à compressão axial, módulo de elasticidade longitudinal e penetração de íons cloreto por imersão. As substituições de materiais se deram em 15 e 30% do agregado graúdo natural por resíduos de demolição de concreto e em substituições de 25% do aglomerante por cinza de casca de arroz e cinza volante para as misturas binárias. Os resultados evidenciaram que nos testes de resistências à compressão axial e módulo de elasticidade dos concretos, os valores finais foram afetados pelo uso dos resíduos de demolição, todavia balanceados com o uso dos materiais cimentícios suplementares. Quanto ao ensaio de durabilidade, verificou-se que os menores coeficientes ocorreram nos traços com a utilização do CP V-ARI, juntamente com as pozolanas, nas misturas com substituições parciais do agregado natural por agregado reciclado em 15%. Pôde-se concluir, contudo, a viabilidade da utilização de agregados reciclados em concretos, porém condicionados com o uso concomitante de materiais pozolânicos.

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In addition, due to the Industrial District, the city of Manaus is a major producer of industrial waste, notably Printed Circuit Boards (PCI), which can undergo pyrolysis and transform into biochar and bio-oil. In this work, an economic analysis of the production of hot machined asphalt mixtures was carried out, with the participation of thermoelectric ash, bio-oil or biochar. In this analysis, the cost of producing traditional asphalt concrete was compared with that containing alternative materials. Also, the implementation of the pyrolysis plant was considered in three scenarios with which the Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR) and Simple Capital Recovery Period (Payback) were calculated. The greatest savings occur when there is a partial replacement (10%) of the traditional CAP by bio-oil. It is noteworthy that the first scenario presented the lowest investment risks with an IRR of 143% and Payback of the order of 182 days, with the second scenario having the highest profitability of around R$ 24,6 million. It is concluded that the use of thermoelectric ash, bio-oil and biochar in asphalt mixtures is economically viable. A substitui????o dos materiais convencionais utilizados em misturas asf??lticas a quente, por outros de boa t??cnica, menor custo e impacto ambiental, tem motivado nas ??ltimas d??cadas pesquisas nessa ??rea do conhecimento. Nesse contexto, destacam-se as cinzas provenientes da gera????o de energia em usinas termel??tricas e res??duos industriais, exemplo as Placas de Circuito Impresso (PCI), que ao serem submetidas a decomposi????o t??rmica, no processo de pir??lise com aus??ncia de oxig??nio, produzem o biochar e o bio-??leo. No trabalho em quest??o comparou-se o custo da produ????o do concreto asf??ltico tradicional (refer??ncia) relativo a composi????es asf??lticas contendo os citados materiais alternativos. Examinou-se tamb??m a implanta????o de uma planta de pir??lise em tr??s cen??rios. No primeiro caso, considerou-se a produ????o de 100 t/m??s de bi??leo para atender a total demanda de uma usina de asfalto. Em segundo contexto, verificou-se para uma capacidade de 500 t/m??s, a segmenta????o de 20% destinados ao consumo interno da empresa fabricante da mistura asf??ltica e 80% dispon??veis para comercializa????o. Na terceira possibilidade averiguou-se a produ????o total de 500 t/m??s para venda. Tais investiga????es baseou-se no c??lculo do Valor Presente L??quido (VPL), da Taxa Interna de Retorno (TIR) e do Per??odo de Recupera????o do Capital Simples (Payback). Os resultados mostraram que, a maior economia ocorreu quando se substituiu parcialmente, em torno de 10%, o CAP tradicional pelo bio-??leo. Ressalta-se ainda que, o primeiro cen??rio apresentou os menores riscos de investimento, tendo registrado a TIR igual a 143% e o Payback da ordem de 182 dias, enquanto constatou-se o segundo cen??rio como o de maior rentabilidade, com valor em torno de R$ 24,6 milh??es. Portanto, conclui-se ter viabilidade econ??mica a utiliza????o de cinza de termel??trica, bio-??leo e biochar em misturas asf??lticas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O carvão mineral é um combustível fóssil sólido que no processo de queima gera grandes volumes de resíduo. Por se tratar de um resíduo que contém metais pesados seu descarte em locais inapropriados causa grandes impactos ambientais. Com o objetivo de minimizar os problemas de gerenciamento do resíduo, utilizou-se este material no processo de síntese de zeólitas, que são materiais cristalinos porosos a base de aluminosilicatos. O resíduo usado como estudo foi fornecido pela SATC Florianópolis – SC e apresenta em sua composição química 24,09% de Al2O3 e 54,25 % de SiO2. Estudos de síntese utilizando cinzas leves de carvão com o objetivo de obter zeólita LTA foram realizados, por meio hidrotérmico convencional, fusão alcalina seguida por via hidrotérmica convencional e por meio de uma rota de síntese aplicando processo sonoquímico através de ultrassonificação. Nos estudos aplicados nas metodologias, variou-se parâmetros como: tempo de cristalização, relação Na/T e OH/T de 1,6 para 2,0 e 1,25 para 1,66 respectivamente, onde T é Si+Al, pré tratamento do resíduo através da ultrassonificação, temperatura de agitação do gel de 25°C para 80°C e temperatura de fusão alcalina do resíduo nas faixas de 200°C, 300°C e 500°C . Através dos estudos obtidos verificou-se que a metodologia em duas etapas apresentou melhores resultados quanto a formação do produto zeolítico obtendo um percentual de cristalinidade acima de 70% em 2h de cristalização. Os resultados das sínteses foram caracterizados por técnicas de difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV-FEG). Mineral coal is a solid fossil fuel that in the burning process generates large volumes of waste. As it is a waste that contains heavy metals, its disposal in inappropriate places causes great environmental impacts. In order to minimize waste management problems, this material was used in the synthesis process of zeolites, which are porous crystalline materials based on aluminosilicates. The residue used as a study was supplied by SATC Florianópolis - SC and has 24.09% Al2O3 and 54.25% SiO2 in its chemical composition. Synthesis studies using light coal ash with the objective of obtaining LTA zeolite were carried out, through conventional hydrothermal, alkaline fusion followed by conventional hydrothermal route and through a synthesis route applying sonochemical process through ultrasonification. In the studies applied to the methodologies, parameters such as: crystallization time, Na / T and OH / T ratio varied from 1.6 to 2.0 and 1.25 to 1.66 respectively, where T is Si + Al, pre treatment of the residue through ultrasound, temperature of agitation of the gel from 25 ° C to 80 ° C and alkaline melting temperature of the residue in the ranges of 200 ° C, 300 ° C and 500 ° C. Through the obtained studies it was verified that the methodology in two stages presented better results regarding the formation of the zeolitic product obtaining a percentage of crystallinity above 70% in 2h of crystallization. The synthesis results were characterized by X-ray diffraction techniques (XRD) and scanning electron microscopy (SEM-FEG).

A emissão de gases com efeito de estufa é um dos grandes problemas provenientes da produção de cimento Portland. Para tal, a utilização de cinzas volantes como substituto parcial do cimento Portland em argamassas tem sido alvo de estudo devido às vantagens a nível ambiental e das suas capacidades pozolânicas que permitem manter as propriedades mecânicas, através da formação de silicato de cálcio hidratado (C-S-H). Neste estudo foram utilizadas duas cinzas: cinzas provenientes de uma central termoelétrica de biomassa (CTB), representando potencial futuro de disponibilidade e cinzas provenientes de centrais termelétricas que funcionam a carvão mineral (CV), que representam uma realidade em declínio. Em ambas as cinzas, a soma do teor em alumina, sílica e cal é superior a 70 %, sendo que as cinzas CTB calcárias, têm uma percentagem de cal superior a 10 %, e as cinzas CV siliciosas, uma percentagem de cal inferior a 10 %. Foram preparadas diversas formulações de cimentos-cola em que se substituiu o cimento Portland por proporções mássicas iguais de cimento/cinza. Estas substituições têm a finalidade de compreender a influência das cinzas volantes para diferentes quantidades de ligante. O desempenho dos produtos obtidos foi avaliado por medições de resistência à tração perpendicular e respetivos tempos de presa. Os melhores resultados foram obtidos para as amostras contendo as cinzas CTB, tendo a formulação constituída por 17,5 % de cinza CTB e 17,5 % de cimento apresentado valores mais promissores, comparativamente às formulações sem cinza. A nível ambiental e económico, a incorporação de cinza é benéfica, uma vez que diminui o preço das formulações e das emissões de dióxido de carbono equivalente, comparando com os padrões constituídos apenas por cimento Portland. Complementarmente foi também analisado o efeito da substituição de escórias de alto-forno por cinzas volantes. Os resultados obtidos com este estudo revelaram que a utilização deste material não é promissora. The emission of greenhouse gases is one of the major problems arising from the production of Portland cement. To this end, the use of fly ash as a partial substitute for Portland cement in mortars has been studied due to the environmental advantages and its pozzolanic capabilities that allow to keep the mechanical properties, through the formation of hydrated calcium silicate (C-S-H) . In this study, two ashes were used: ash from a biomass thermoelectric plant (CTB), representing future potential regarding availability and ash from thermal coal-fired power plants (CV), which represents a declining reality. For both ashes, the sum of the content of alumina, silica and lime is higher than 70%, with the limestone CTB ash having a percentage of lime higher than 10%, and the siliceous CV ash, a percentage of lime less than 10%. Several cementitious adhesive formulations were prepared in which Portland cement was replaced by equal mass proportions of cement/ash in order to understand the influence of fly ash for different amounts of binder. The performance of the obtained products was evaluated by measurements of perpendicular tensile strength and respective setting times. The best results were obtained for samples containing CTB ash, with the formulation consisting of 17.5% CTB ash and 17.5% cement showing more promising values, compared to formulations without ash. From an environmental and economic level, the incorporation of ash is beneficial, because it reduces the price of formulations and the equivalent carbon dioxide emissions, when compared to the standards wich were prepared using only Portland cement as ligand. Additionally, the effect of replacing blast furnace slag by fly ash was also analyzed. The results obtained with this study revealed that the use of this material is not promising. Mestrado em Engenharia Química

Atualmente existe um grande interesse na conservação e reabilitação de edifícios antigos que, como é natural, estiveram sujeitos a diversos fenómenos de degradação ao longo dos anos. A injeção de grouts é uma das técnicas mais utilizadas na consolidação de alvenarias de pedra de múltiplos panos. Este procedimento permite o aumento da resistência, compacidade e estabilidade da estrutura, mantendo o seu aspeto original. Nas últimas décadas têm sido desenvolvidas várias investigações com o intuito de criar novos materiais de construção sustentáveis que permitam reduzir a dependência dos ligantes tradicionais à base de cimento. Neste sentido, surgem os geopolímeros, materiais com propriedades de ligante, com uma vasta gama de aplicações e com baixo impacto ambiental pois, para a sua produção, é apenas necessário uma fonte de sílica e alumina e um ativador alcalino. A presente dissertação tem como objetivo o estudo das propriedades, no estado fresco e endurecido, de grouts à base de geopolímero e cal hidráulica natural (NHL) para a consolidação de alvenarias antigas. Foram formulados grouts de cal hidráulica natural com dosagens variáveis de geopolímero, constituído por cinzas volantes e solução aquosa de hidróxido de sódio. Durante a campanha experimental realizaram-se ensaios reológicos, de estabilidade, resistência mecânica, porosidade aberta, absorção de água, secagem e resistência ao ataque por cloretos. Os resultados demonstram que os grouts à base de geopolímero e cal hidráulica natural possuem diversas vantagens no que diz respeito à estabilidade e às propriedades no estado endurecido, sendo os melhores valores obtidos para os grouts sem qualquer percentagem de NHL. Em relação ao comportamento reológico, este tipo de grouts apresentou um comportamento reofluidificante, semelhante aos grouts à base de cal hidráulica natural, no entanto, algumas composições (com aumento da dosagem de NHL) apresentaram valores reológicos demasiado elevados para serem injetáveis. De uma forma global, podemos concluir que os grouts à base de geopolímero surgem como uma alternativa viável para a consolidação de alvenarias antigas.

Atualmente, a indústria da construção é um dos principais setores europeus responsáveis pelos elevados níveis de consumo de energia, extração de matérias-primas e produção de resíduos. Cada vez mais o consumo de energia proveniente de fontes renováveis e a reutilização de resíduos industriais constituem a única maneira de minimizar este problema para o meio ambiente e sociedade. A incorporação simultânea de materiais de mudança de fase (PCM) e cinzas volantes (FA) em argamassas permite aumentar a eficiência energética nos edifícios e diminuir a quantidade de extração de matérias-primas e de resíduos depositados em aterro. O desenvolvimento de argamassas com incorporação de PCM e cinzas volantes contribui para uma melhoria significativa dos parâmetros de conforto no interior de edifícios e do meio ambiente. O PCM permite regular a temperatura no interior dos edifícios utilizando como recurso apenas energia solar, diminuindo as necessidades de utilização de equipamentos de climatização. O PCM possui a capacidade de absorver e liberar energia para o meio ambiente. O principal objetivo deste trabalho consistiu na caracterização física, mecânica e térmica de argamassas com incorporação de PCM e FA. Foi possível concluir que a incorporação simultânea de PCM e FA permitiu obter argamassas homogêneas e adequadas, com boas propriedades físicas e mecânicas e um comportamento térmico melhorado quando comparadas às argamassas sem incorporação e apenas com incorporação de PCM., Nowadays, the construction industry is the one of the main European sector responsible for the higher levels of energy consumption, raw materials extraction and waste production. Increasingly the consumption of energy from renewable sources and reusing industrial wastes is the only way to minimize this problem for the environment and society. The simultaneous incorporation of phase change materials (PCM) and fly ash (FA) in mortars allow increase the energy efficiency in buildings and decrease the amount of the raw materials extraction and waste materials landfilled. The development of mortars with incorporation of PCM and fly ash contributes to a significant improvement of the comfort parameters inside buildings and in the environment. The PCM allow regulating the temperature inside buildings using only solar energy as a resource, decreasing the air conditioning needs. The PCM has the capability to absorb and release energy for the environment. The main purpose of this study was the physical, mechanical and thermal characterization of mortars with incorporation of PCM and FA. It was concluded that the simultaneous incorporation of PCM and FA leads to homogenous and suitable mortars, with good physical and mechanical properties and an increased thermal behavior when compared to the mortars without incorporation of PCM and only with incorporation of PCM., Os autores desejam expressar os seus agradecimentos à Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) pelo financiamento deste trabalho no âmbito do projeto UID/ECI/04047/2013-UM., info:eu-repo/semantics/publishedVersion

The purpose of this study was to synthesize a zeolite A from fly ash (FA) produced in a thermoelectric plant and to evaluate its potential as a warm asphalt mix (WMA) additive. The conventional hydrothermal route was implemented to synthesize zeolite A, however, specific procedures were necessary to perform the partial extraction of SiO2 and Al2O3 and to remove Fe2O3. The zeolite product was characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA) and Scanning Electron Microscopy (SEM). These results confirmed that type A zeolite was the main crystalline phase in the synthesized product. From the X-ray fluorescence (XRF) analysis, it can be confirmed that the ashes are composed mainly of is SiO2, Al2O3, and Fe2O3, respectively. The Cation Exchange Capacity (ECC) of the zeolite was greater than that of FA. The CO2 adsorption-desorption analysis showed a IA type isotherms, suggesting an ultramicroporous material with the main pore diameter around 11 Å. Zeolite A was tested for its potential as a WMA additive. In this way, the asphalt binder (AB) was modified with 1% zeolite A and concentrations of 5 and 10% of fly ash. The softening point, penetration, and rotational viscosity tests were in accordance with the current specifications for asphalt binder. The rheological parameters, obtained in a Dynamic Shear Rheometer, did not show significant differences in the stiffness (G*) for both the unmodified and zeolite-modified binder, but suggest an increase in elasticity (δ) for the modified AB. The performance grade (PG) temperature was 58 °C for the AB samples tested. At this temperature, the Multiple Stress Creep and Recovery (MSCR) test showed results according to the standard. Thermal analysis indicated that the synthesized zeolite retains approximately 17% of the water in its structure, justifying its application as a WMA additive, through the micro-foaming mechanism. The mechanical tests were performed using an unmodified test specimen (TS) and a modified specimen with 0.3% m/m of zeolite A (TS-AB-ZFA), the latter was prepared at WMA temperature. The results of the mechanical tests were similar for both types of TS, reinforcing the potential of zeolite A as a WMA additive. Environmental tests for volatile retention were performed on AB samples modified by fly ash. Thermal volatilization analysis (TVA) and gas chromatography (GC-FID-ECD) systems were used to detect emissions. A significant reduction in the emission of volatiles by the asphalt binder was observed in the presence of ash. CAPES O presente estudo tem como objetivo sintetizar a zeólita tipo A, a partir das cinzas volantes (FA) produzidas em usina termoelétrica, e avaliar o seu potencial como aditivo de mistura asfáltica morna (MAM). Os resultados de fluorescência de raios-X (FRX) mostraram que as cinzas são constituídas majoritariamente por SiO2, Al2O3 e Fe2O3. Para a síntese, foi utilizada a rota hidrotérmica convencional, com procedimentos específicos para a extração parcial de SiO2 e Al2O3 e para a remoção de Fe2O3, sendo o tratamento ácido o mais efetivo para remoção deste último. Os resultados das técnicas de difração de raios-X (DRX), infravermelho (FTIR), análise térmica (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) confirmaram que a síntese foi bem sucedida e que a zeólita do tipo A foi a principal fase cristalina obtida. A capacidade de troca catiônica (CTC) da zeólita foi maior que a das cinzas. A análise por adsorção e dessorção de CO2 mostrou isotermas do tipo I-a, sugerindo material ultramicroporoso com largura do poro principal próximo de 11 Å. Após caracterização, a zeólita A foi testada quanto ao seu potencial como aditivo de MAM, sendo o ligante asfáltico (LA) modificado com 1% de zeólita A e com 5 e 10% de cinzas volantes. Os ensaios de penetração (PEN), ponto de amolecimento (PA) e viscosidade Brookfield se mostraram de acordo com as especificações vigentes para ligantes asfálticos. Os resultados dos parâmetros reológicos, obtidos em reômetro de cisalhamento dinâmico, não mostraram diferenças significativas na rigidez (G*) do LA modificado com a zeólita, mas sugerem um aumento na elasticidade (δ). A temperatura de grau de desempenho (PG) foi de 58 °C para as amostras de LA testadas. Nessa temperatura, o ensaio de Multiple Stress Creep and Recovery (MSCR) apresentou parâmetros em conformidade com as exigências estabelecidas pela norma vigente. Através da análise térmica (TGA) se observou que a zeólita tipo A retém cerca de 17% de água em seus poros, sugerindo a sua aplicação como aditivo de MAM, através do mecanismo de microespumação. Os ensaios mecânicos foram realizados utilizando corpos de prova (CP) padrão e modificado com 0,3% m/m de zeólita A (CP-LA-ZFA), sendo este último preparado em temperatura de MAM. Os resultados foram semelhantes para os dois tipos de CP, reforçando o potencial da zeólita A como aditivo de MAM. Ensaios ambientais para avaliação do potencial de retenção de voláteis foram realizados em amostras de LA modificados por cinzas volantes. Foram utilizados sistemas de volatilização térmica (TVA) e de cromatografia gasosa (GC-FID-ECD) para a detecção das emissões. Observou-se uma redução significativa dos voláteis emitidos pelo ligante na presença das cinzas.

A incorporação de resíduos e subprodutos industriais aos betões tem sido uma das alternativas encontradas para tentar reduzir o consumo mundial de cimento e, consequentemente, torná-lo um produto mais eco-eficiente. Neste sentido, e sabendo que um betão durável também promove a eco-eficiência do material, o trabalho em causa investiga a durabilidade de materiais cimentícios com incorporação de cinzas volantes (CV) face à ação combinada da penetração de cloretos e da carbonatação. O aumento da quantidade de aluminatos proporcionada pela substituição de cimento por CV é um dos fatores que conduz a diminuição da quantidade de cloretos livres uma vez que os aluminatos reagem quimicamente com os cloretos. Por outro lado, devido às reações pozolânicas, inerentes à utilização de CV, o Ca(OH)2 presente na matriz é consumido, facilitando o avanço da frente de carbonatação. Muito pouco é conhecido acerca da ação combinada da carbonatação e da penetração de cloretos em materiais cimentícios contendo CV. Para este estudo, foram moldados provetes em argamassa contendo 20 e 40% de CV em substituição da massa de cimento CEM I 42.5R e relação água/ligante 0,50. Após 90 dias de cura e 15 dias de précondicionamento, os provetes foram introduzidos na câmara de carbonatação (20ºC, 55% de HR e 4% de CO2) onde permaneceram por 15, 60 e 90 dias. Terminado o período de carbonatação, os provetes foram submetidos ao ensaio de difusão de cloretos por migração com base na especificação LNEC E 463. Os resultados sugerem que as argamassas carbonatadas apresentam um coeficiente de difusão de cloretos diferente do alcançado para as argamassas que não sofreram carbonatação, independentemente da percentagem de CV. Esta diferença deve ser tida em consideração, principalmente, em ambientes sujeitos à ação dos cloretos e, ao mesmo tempo, fortemente contaminados com CO2.

O uso de cinzas volantes no betão tem desempenhado um papel importante na redução do clínquer e, consequentemente, na redução da pegada ecológica referente à indústria do betão. No entanto, ainda persistem diversos desafios, pois apenas são utilizadas entre 30 a 40% das cinzas volantes disponíveis mundialmente. Um destes desafios é a quantificação da sua reatividade. Tradicionalmente, o potencial reativo das cinzas volantes é determinado pela sua composição em óxidos, que não tem em consideração o rácio entre a fase vítrea e a fase cristalina. De facto, a um maior teor de determinados óxidos, tais como o dióxido de silício, óxido de alumínio ou sesquióxido de ferro, entre outros, não representa, per si, uma maior reatividade. Também, o potencial reativo pode ser quantificado pelo índice de atividade por resistências mecânicas ou pelo método de Chapelle modificado, mas são baseados num determinado desempenho e não na sua constituição intrínseca. Este artigo descreve uma metodologia de dissolução seletiva, com ácido fluorídrico, para quantificar a fase vítrea (reativa) e a fase cristalina (não reativa). Foram usadas cinzas volantes da central termoelétrica do Pego e confrontaram-se os resultados com outros tipos de análises, tais como, FRX, XRD com refinamento de Rietveld e SEM. Validou-se a metodologia, para uma concentração de ácido fluorídrico de 1% com um tempo de exposição de 6 horas.

O aquecimento global é uma questão crítica em todo o mundo, que põe em perigo a vida na Terra. As emissões perigosas, como o dióxido de carbono, são os principais motivadores deste fenômeno negativo. Por outro lado, a energia é um fator essencial para o desenvolvimento econômico, social e melhoria da qualidade de vida. O setor de construção possui um enorme contributo nos consumos globais de energia e emissões de gases com efeito estufa, também pelo facto de ser responsável por elevados consumos de recursos naturais e produção de resíduos. Assim, torna-se importante minimizar as missões de dióxido de carbono para a atmosfera, através da reutilização de resíduos e também da diminuição do consumo de energia proveniente de fontes não renováveis. Os materiais de mudança de fase (PCM) possuem a capacidade de regular a temperatura no interior dos edifícios através da sua capacidade de armazenar e libertar energia para o ambiente. Por outro lado, a utilização de cinzas volantes permite diminuir a quantidade de material depositado em aterro e a quantidade de matéria-prima extraída da natureza. Desta forma, a incorporação simultânea de PCM e cinzas volantes em argamassa à base de cimento aparece como uma possível solução, na tentativa de resolver, ou pelo menos minimizar, o consumo energético e a eliminação de parte dos resíduos em aterros, contribuindo para uma melhoria significativa dos parâmetros de conforto no interior de edifícios e do ambiente. O principal objetivo deste trabalho consistiu no estudo do comportamento térmico de argamassas de cimento com incorporação de PCM e cinzas volantes. Foram desenvolvidas doze composições distintas com diferentes teores de PCM e de cinzas volantes, tendo sido possível observar que a utilização simultânea destes materiais aumenta a eficiência energética das argamassas desenvolvidas.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil Em Portugal, os últimos anos têm sido marcados pelo uso de novos materiais em soluções de pavimentação. É uma situação que advém da subida de preço das matérias-primas que constituem os materiais utilizados tradicionalmente. No entanto, a introdução de novos componentes nas soluções de pavimentação reveste-se de alguma incerteza, em particular na relação custo-benefício. Dado o aparecimento de materiais e novas soluções a um ritmo acelerado nem sempre é possível prever com exatidão os custos e as vantagens reais. Nesse sentido, esta dissertação pretende dar um contributo para uma abordagem mais abrangente de avaliação de diferentes alternativas de pavimentos rodoviários, que considerem não apenas a componente económica, mas também a componente ambiental, que começa a ser tida em conta de forma mais séria a nível internacional. Assim, com o objetivo principal de avaliar a sustentabilidade de soluções de pavimentos que têm por base a utilização de um ligante alternativo e comparar essas mesmas soluções às soluções convencionais, realizou-se um estudo do impacte ambiental e económico de seis soluções de pavimentação distintas, sendo que três dessas estruturas pertencem a uma classe de elevado volume de tráfego (T1) e as restantes a uma classe de baixo volume de tráfego (T6). Dentro de cada classe de tráfego admitida foi considerada uma estrutura dita convencional e duas estruturas onde são aplicadas as cinzas volantes para estabilização do solo de fundação dos pavimentos rodoviários, estruturas essas que diferem entre si apenas no módulo de deformabilidade da camada estabilizada com o respetivo ligante. Na referida avaliação da sustentabilidade consideraram-se as fases do ciclo de vida dos pavimentos correspondentes à extração de matérias-primas, produção das misturas, transporte dos materiais e das misturas tanto para as centrais de produção como para o local da obra e a construção dos respetivos pavimentos. Os resultados obtidos mostraram que a utilização de cinzas volantes na estabilização do solo de fundação representa uma mais-valia, pois permite a redução dos custos de construção dos pavimentos rodoviários, assim como permite a diminuição do impacte ambiental face aos pavimentos que têm por base a utilização de materiais convencionais. In Portugal, the recent years have been marked by the appearing of new materials applied to road construction solutions. It is a situation that arises from the price increase of raw materials, which constitute the materials traditionally used. However, the introduction of new components in road pavement solutions takes some uncertainty, particularly in the cost-benefit ratio. Due to the emergence of new materials and solutions at a fast pace, it is not always possible to accurately predict their costs and the real benefits. In this sense, this work aims to contribute to a more comprehensive approach to evaluating different alternatives of road pavements, considering not only the economic component but also the environmental one, which begins to be taken into account more seriously at international level. Thus, this dissertation aims to contribute for the evaluation of the sustainability of paving solutions that are based on the use of an alternative binder and compare them to conventional solutions. There was an environmental and economic impact assessment of six different paving solutions; three of these structures belong to a high volume traffic class (T1) and the others to a low volume traffic class (T6). Within each considered traffic class, a so-called conventional structure and two structures which applied fly ashes for road pavements subgrade stabilization were considered. Such structures only differ in the stiffness modulus of the stabilized layer. In the sustainability assessment carried out, the pavement life cycle phases considered were the extraction of raw materials, mixtures production, transportation of materials and mixtures to the production plants and to the job site, and the construction of the pavements. The results obtained showed that the use of alkali activated fly ash in the foundation soil stabilization is an asset. It allows the reduction of the costs in the road construction, and also a reduced environmental impact, when compared to roads that are based on the use of conventional materials.

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil

Desenvolver tecnologias para a captura e armazenamento geol?gico de CO2 tem sido um desafio constante da comunidade cient?fica na busca de solu??es que possam reduzir os impactos ambientais provocados pela libera??o desde g?s na atmosfera. Por?m, seu armazenamento em po?os depletados de petr?leo tem se mostrado o ponto mais desafiador, pois os materiais aplicados nestes po?os podem sofrer degrada??o na presen?a de CO2 em estado supercr?tico e em altas press?es. Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho da pasta de cimento classe G, utilizada na cimenta??o e tamponamento dos po?os, em condi??es de armazenamento geol?gico de carbono com substitui??o de parte do cimento por materiais pozol?nicos. O material utilizado foi as cinzas volantes, oriundas da queima de carv?o mineral da Usina Termoel?trica de Candiota, e ze?litas 4A comerciais sint?ticas (4A-1 e 4A-2). Os teores utilizados das pozalanas em substitui??o ao cimento foram 5% e 10% em massa. O meio em que foram submetidas as amostras foi de ?gua saturada com CO2 a 15 MPa de press?o a 90? C por 7 e 14 dias. A Microscopia Eletr?nica de Varredura (MEV), a Difra??o de Raios X (DRX) e o teste de resist?ncia ? compress?o foram as t?cnicas de caracteriza??o utilizadas neste trabalho. Os resultados obtidos mostram que o uso de cinzas volantes aumentou aos 14 dias a resist?ncia ? compress?o das amostras, principalmente para maior a porcentagem de substitui??o do cimento por este material (10%), por?m a camada alterada quimicamente aumentou. Quando utilizadas as ze?litas 4A-1, notou-se uma menor resist?ncia ? compress?o que a pasta padr?o, mas a camada degradada reduziu. No caso das ze?litas 4A-2, foi constatada a perda significativa de resist?ncia ? compress?o dos 7 para 14 dias, principalmente para a amostra contendo 10% dessa zeolita, sendo que a camada alterada quimicamente tamb?m reduziu. Developing technologies for the capture and geological storage of CO2 has been a constant challenge of the scientific community in the search for solutions that can reduce the environmental impacts caused by the release of this gas into the atmosphere. However, its storage in depleted oil wells has been shown to be a very important point, since the materials applied in wells can suffer degradation in the presence of CO2 in the supercritical state and at high pressures. The objective of this work is to evaluate the performance of the class G cement paste used in cementation of wellbore under conditions of geological carbon storage with replacement of part of the cement by pozoanic materials such as fly ash from the fossil fuel burning of the Candiota Thermoelectric Plant, and synthetic zeolites (4A-1 e 4A-2). The contents of the pozalanas used in substitution of the cement were 5% and 10% in weight. The medium in which samples were submitted for degradation tests was CO2 saturated water at 15 MPa pressure and 90 ?C for 7 and 14 days. Scanning Electron Microscopy (SEM), XRay Diffraction (XRD) and compressive strength tests were the characterization techniques used in this work. The results showed that the use of fly ash increased the compressive strength of the samples after 14 days, mainly for higher percentage of cement replacement by this material (10%), but its chemical degraded layer increased. In case of zeolites 4A-1 use, a lower compressive strength was observed compared to the standard paste, but the degraded layer was reduced. When zeolites 4A-2 were used significant loss of compressive strength was observed from 7 to 14 days, mainly for the proportion of the mixture of 10% and its degraded layer also reduced.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil, A utilização de materiais de mudança de fase em argamassas tem sido uma estratégia bastante estudada para a regulação da temperatura no interior dos edifícios, devido à capacidade de absorção e libertação de energia destes materiais o que permite uma melhoria da eficiência energética dos edifícios. Muitos estudos, têm vindo a ser publicados utilizando Materiais de Mudança de Fase (PCM) macroencapsulado e microencapsulado. Contudo, a utilização de PCM nesta forma traduzse em custos muito elevados e restringe a sua incorporação em determinados momentos de construção. Assim, a utilização de um PCM não encapsulado, através da sua incorporação direta em argamassas torna-se uma solução bastante interessante e competitiva, pois permite desenvolver argamassas com capacidade de regulação térmica a um custo significativamente mais baixo. O principal objetivo deste trabalho consistiu no estudo do comportamento a temperaturas extremas de argamassas de cimento com incorporação de PCM não-encapsulado. Foi realizada a avaliação do comportamento destas argamassas a baixas temperaturas com recurso a ensaios de gelo-degelo enquanto que a avaliação do comportamento das argamassas a elevadas temperaturas foi efetuada com base em ensaios de determinação da resistência à flexão, compressão e aderência. Neste trabalho foram desenvolvidas quatro composições distintas, aditivadas com diferentes teores de PCM, segundo a massa de agregado utilizado (0%, 5%, 10% e 20% de PCM). Os principais resultados obtidos durante a realização deste trabalho foram uma melhoria significativa, da resistência ao gelo-degelo com a adição do PCM livre na composição das argamassas e a diminuição da resistência a temperaturas elevadas tanto à flexão, compressão e aderência. Concluiu-se que a incorporação direta de PCM líquido em argamassas poderá ser vista como uma solução económica e funcional para a melhoria do comportamento face ao gelo-degelo mantendo as suas características quando submetidas a altas temperaturas., The use of phase change materials in mortars has been a well-studied strategy for regulating the temperature inside buildings due to the absorption and energy release capacity of these materials, which allows an improvement in the energy efficiency of buildings. Many studies have been published using macroencapsulated and microencapsulated phase change materials (PCM). However, the use of PCM in this way translates into very high costs and restricts its incorporation at certain construction times. Thus, the use of a nonencapsulated PCM through its direct incorporation into mortars becomes a very interesting and competitive solution, since it allows to develop mortars with thermal adjustment capacity at a significantly lower cost. The main objective of this work was to study the behavior at extreme temperatures of cement mortars with incorporation of non-encapsulated PCM. The behavior of these mortars at low temperatures was evaluated using ice-thaw tests, while the evaluation of the mortar behavior at high temperatures was carried out based on tests for the determination of the resistance to bending, compression and adhesion. The main results obtained during this work were a significant improvement of the resistance to ice-thaw aggression with the addition of free PCM in the composition of the mortars and the decrease of the resistance to elevated temperatures both to the flexion, compression and adhesion. In this work four different compositions were developed, with different PCM contents according to the aggregate mass used (0%, 5%, 10% and 20% of PCM). It was concluded that the direct incorporation of liquid PCM into mortars can be seen as an economical and functional solution for improving the energy efficiency of buildings. It was concluded that the direct incorporation of liquid PCM into mortars could be seen as an economical and functional solution for the improvement of the behavior against the icedefrost maintaining its characteristics when subjected to high temperatures.

Due to the large size of wind towers, the foundations are built using large volumes of concrete. In these structures, the high temperatures reached by the exothermic reaction of hydration of cement cause cracking, both by thermal energy, as well as the possibility of delayed ettringite formation. As these works have a high cost and can cause major disasters in the event of a calamity, it becomes important to undertake measures to reduce the maximum temperature of concrete, such as the use of mineral additions like fly ash. Considering this, we aimed to analyze the thermal behavior of a wind tower foundation as a result of the application of concrete produced with cement with high heat of hydration and fly ash, as an effective way to provide a suitable destination to this residue, and at the same time reduce the maximum temperature of the concrete. For this, pastes of references with cement CP III and CP IV and pastes with replacement of cement CP II F and CP V by up to 20% of fly ash were produced and tested in terms of thermomechanical behavior. In parallel, input parameters and boundary conditions for computational simulation of a wind tower foundation to check the behavior of this replacement were collected. The employment of ash, as expected, reduced the heat of hydration and the resistances of tests with the ash approached or exceeded the reference. As for the simulations, it was verified that the behavior of maximum temperatures followed the same pattern found in the heat of hydration. From the results, we concluded that it is viable to use ash substitutions in wind turbines foundations and that the mixture of CP V with 20% ash presents the best performance for this use. Em virtude das grandes dimensões das torres eólicas, as fundações são construídas com grandes volumes de concreto. Nessas estruturas, as altas temperaturas atingidas pela reação exotérmica de hidratação do cimento causam fissuração, tanto pela energia térmica, quanto pela possibilidade de formação de etriginta tardia. Como estas obras apresentam um elevado custo e podem causar grandes desastres em caso de ruína, torna-se importante realizar medidas de redução da temperatura máxima do concreto, tais como pela utilização de adições minerais como a cinza volante. Diante disso, buscou-se analisar o comportamento térmico de uma fundação de torre eólica em decorrência da aplicação de concreto produzido com cimento de alto calor de hidratação e cinza volante, como uma maneira eficaz de fornecer um destino adequado ao resíduo e ao mesmo tempo reduzir a temperatura máxima do concreto. Para isto foram produzidas e testadas, quanto ao comportamento termomecânico, pastas de referências de cimento CP III e CP IV e pastas com substituição de cimento CP II F e CP V por até 20% cinza volante. Paralelamente foram coletados parâmetros de entrada e condições de contorno para realização de simulação computacional de uma fundação de torre eólica para verificar o comportamento dessa substituição. O emprego das cinzas, como esperado, reduziu o calor de hidratação e as resistências de teste com a cinza se aproximaram ou superaram as de referência. Quanto às simulações verificou-se que o comportamento das temperaturas máximas seguiu o mesmo padrão encontrado no calor de hidratação. A partir dos resultados concluiu-se que é viável utilizar substituições de cinza nas fundações de aerogeradores e que a mistura de CP V com 20% de cinza apresenta o melhor desempenho para esta utilização.

“Pozzolan” is a slag from the burning of coal in power plants which has the potential to assist as a low-cost adsorbent for wastewater treatment. The excess of Phosphorus (P) in the environment can promote chemical pollution and harm ecosystems, especially water. It is therefore necessary to implement inexpensive techniques and processes for the efficient treatment of water and wastewater. In this context, this study evaluated the use of the pozzolanic fly ash material for P removal from wastewater for the development of low-cost treatment technologies for environmental restoration and remediation of water resources. The treatment systems were developed in batch configuration. The removal tests from a synthetic sample with a known concentration of P reached a maximum of 30% removal in concentration, even varying the pH and performing different treatments of the pozzolanic material. This low removal efficiency of Phosphorus led to a comparative test between different lots of pozzolan in order to verify if the results obtained were characteristic of the material itself or of the lot obtained. Also the P adsorption isotherms were constructed with the two lots achieving adsorption capacities from 0.87 mg g-1 to 74 mg g-1. This difference indicates that the low P removal efficiency in the preliminary tests is due to the characteristics of the substrate of the first lot. Tests on a real effluent using the pozzolan from the second sample lot indicated a 99% efficiency of P removal, with an initial concentration of Phosphorus in the effluent of 5.5 mg L-1. Resumo A Pozolana é uma escória da queima de carvão em usinas de energia termoelétrica que tem o potencial de servir como adsorvente de baixo custo para tratamento de águas residuárias. O excesso de fósforo (P) no ambiente pode promover a poluição química e prejudicar os ecossistemas por acelerar a eutrofização. Neste contexto, este estudo avaliou o uso do material de cinzas volantes (pozolanas) para remoção de P de águas residuárias visando o desenvolvimento de tecnologias de tratamento de baixo custo para restauração ambiental e remediação de recursos hídricos. Para tanto, os sistemas de tratamento foram desenvolvidos em configuração de batelada. Os testes de remoção de uma amostra sintética com concentração conhecida de P atingiram um máximo de 30%, mesmo variando o pH e realizando diferentes tratamentos do material pozolânico. Esta baixa eficiência de remoção de fósforo levou a um teste comparativo entre diferentes lotes de pozolana, a fim de verificar se os resultados obtidos eram característicos do material em si ou do lote utilizado. Isotermas de adsorção de P foram construídas com os dois lotes de pozolana alcançando capacidades de adsorção de 0,87 mg g-1 a 74 mg g-1. Essa diferença indica que a eficiência de remoção de P baixa nos testes preliminares deve-se às características do substrato do primeiro lote. Os testes com um efluente real utilizando a pozolana do segundo lote indicaram uma eficiência de 99% da remoção de P, com uma concentração inicial de fósforo no efluente de 5,5 mg L-1.

Thermoelectric power plants contribute to reduce the strong national dependence on hydroelectric power dams, allowing the improvement of quality of energy distribution and the independence with respect to distance between generating source and urban centers. However, greenhouse gases that such plants release, as well as various solid wastes that may compromise underground and surface water sources, motivate several scientific research works, especially its application in concrete and mortar, which are two major materials used in civil construction. Previous works indicate that some of these solid wastes improve the mechanical properties and aspects of durability of these cementitious composites, being a possible alternative for a reduction of environmental liabilities and contributing to a more sustainable development. In Pecém I thermoelectric power plant (UTE Pecém I), contrarily to what is done in most of the plants in China and Europe, where there is a pre-collector of fly ash, allowing its separation from sulfurous residues, the flue gas desulphurization system (FGD) was installed before the ash collectors, similarly to United States plants, generating a residue called Spray Dryer Ash (SDA). The objective of this work is to evaluate, within civil construction, the use of SDA from UTE Pecém I. For this, the SDA of the plant in question was physically and chemically characterized and was classified according to ABNT NBR 10004: 2004. Then, the use of this waste as a mineral addition in concretes was evaluated by preparing mixtures with fck of 25 MPa with 0% (reference), 5%, 10% and 20% SDA relative to the cement mass, performing physical, chemical and mechanical properties characterization. Finally, the use of SDA was evaluated as a substitution of lime in external rendering mortars when making a reference mixture (0% SDA) and with substitutions of 33%, 67% and 100%, by volume. Fresh state tests, rheological analysis by squeeze-flow method, and hardened state tests were performed. The results showed that the SDA from UTE Pecém I is a non-hazardous non-inert waste (class II-A), which cannot be classified as class C pozzolan, among other reasons, because it has a high sulfur content. The mechanical strengths of the concrete mixtures were either not influenced or increased with increasing SDA content. The same occurred with the resistance of the mixtures of mortar with SDA. A highlight can be given to the mortar mixtures with 67% SDA, which presented superior resistance to the others, increased elasticity modulus and water absorption by capillarity, as well as a reduction of the entrained air content. It is concluded that the use of SDA as a mineral addition in concrete, according to the tests performed, has no technical restriction. In mortars it is possible to replace lime by SDA, but with caveats, since some of the properties tend to worsen with increase in the content of SDA, having to be controlled not to have deleterious effects when being used in civil construction. Usinas termelétricas contribuem para diminuir a forte dependência nacional das hidrelétricas, permitindo a melhora da qualidade da distribuição de energia e a independência com relação à distância entre a fonte geradora e os centros urbanos. No entanto, os gases do efeito estufa que tais usinas podem liberar, além de variados resíduos sólidos que podem comprometer fontes subterrâneas e superficiais de água, motivam diversas pesquisas científicas, especialmente sua aplicação em concreto e argamassa, que são dois insumos muito usados na construção civil. Estudos anteriores indicam que alguns desses resíduos sólidos melhoram as propriedades mecânicas e aspectos de durabilidade desses compósitos cimentícios, sendo uma possível alternativa para uma diminuição do passivo ambiental e contribuição para um desenvolvimento mais sustentável. Na usina termelétrica Pecém I (UTE Pecém I), ao contrário do que é feito na maioria das usinas da China e da Europa, onde há uma pré-coleta das cinzas volantes, permitindo sua separação dos resíduos sulfurosos, o sistema de dessulfurização dos gases da combustão (FGD) semi-seca foi instalado antes dos coletores de cinzas, à semelhança das usinas dos Estados Unidos, gerando um resíduo chamado de Spray Dryer Ash (SDA). Este trabalho visa avaliar o uso, dentro da construção civil, da SDA da UTE Pecém I. Para isso, a SDA da usina em questão foi caracterizada física e quimicamente e classificada ambientalmente segundo a ABNT NBR 10004:2004. Em seguida, foi avaliado o uso desse resíduo como adição mineral em concretos ao fazer traços de fck de 25 MPa com 0% (referência), 5%, 10% e 20% de SDA com relação à massa de cimento, realizando ensaios físicos, químicos e mecânicos em corpos de prova dos concretos produzidos. Por fim, foi avaliado o uso da SDA como substituição da cal em argamassas mistas de revestimento externo ao fazer um traço de referência (0% de SDA) e com substituições de 33%, 67% e 100%, em volume. Foram feitos ensaios no estado fresco, uma análise reológica pelo método do squeeze-flow, e ensaios no estado endurecido. Os resultados mostraram que a SDA da UTE Pecém I é um resíduo não perigoso e não inerte (classe II-A), que não pode ser classificado como pozolana classe C, dentre outros motivos, por apresentar elevado teor de enxofre. As resistências mecânicas dos traços de concreto, ou não sofreram influência ou aumentaram com o aumento do teor de SDA. O mesmo ocorreu com as resistências dos traços de argamassa com SDA. Um destaque pode ser dado para o traço de argamassa com 67% de SDA, que apresentou resistências superiores aos demais, um aumento do módulo de elasticidade e da absorção de água por capilaridade, bem como uma diminuição do teor de ar incorporado. Conclui-se que o uso da SDA como adição mineral em concreto, conforme os ensaios realizados, não possui restrição técnica. Em argamassas é possível fazer a substituição de cal por SDA, mas com ressalvas, pois algumas das propriedades tendem a piorar com o aumento do teor de SDA, tendo que ser controladas para não terem efeitos deletérios ao ser usado na construção civil.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil A necessidade de reciclar e reaproveitar resíduos industriais, de forma a mitigar significativamente ou mesmo eliminar por completo a sua acumulação em aterros de resíduos inertes ou não inertes, tem motivado vários trabalhos de investigação relacionados com a caracterização do comportamento destes resíduos, nomeadamente mecânico e ambiental, quando utilizados em substituição de materiais naturais e cujo desempenho é bem conhecido. A estratégia utilizada neste trabalho consistiu na substituição gradual de Resíduos de Construção e Demolição (RCD) por outro resíduo industrial, neste caso cinzas volantes de baixo teor em cálcio, ativadas através de uma solução à base de um metal alcalino (sódio). Esta solução permitiu avaliar o efeito deste ligante alternativo no comportamento mecânico e ambiental dos RCD, mas também, através do ensaio de misturas RCD+ativador, o potencial de ativação direta dos próprios RCD. A concentração do ativador, o tempo de cura das misturas e a razão agregado-cinzas constituíram as variáveis analisadas. The need to recycle and reuse industrial by-products, as a way to substantially mitigate or even completely eliminate their accumulation in inert or non-inert landfills, has motivated several research projects related to the behavioral characterization of these residues, namely in terms of mechanical and environmental performance, when used as a substitute for traditionally more adequate natural materials, like soil. The strategy used throughout the present work was based on the gradual substitution of the Construction and demolition waste (CDW) for another type of residue – fly ash with low calcium content – activated by an alkaline metal (sodium) based solution. Such option allowed studying the effect of this alternative binder on the mechanical behavior and environmental performance of the CDW, but also, by testing mixtures of CDW and activator (no ash), the potential direct activation of the CDW residue. The concentration of the activator solution, the curing period and the aggregate-ash ratio were the main parameters analyzed. Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT)

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil, Nos últimos anos, os problemas provocados pelo homem no meio ambiente, têm vindo a ser, cada vez mais, tidos em consideração e debatidos por todo o mundo. Preservar o meio ambiente é preservar a vida. Se não tivermos essa preocupação, a tendência será para piorar, podendo provocar graves problemas no futuro. Podendo mesmo fazer com que o ser humano passe dificuldades, que podem até causar uma crise mundial. Devido a este fato, é importante que se continue a realizar campanhas ambientais que alertem e sensibilizem as pessoas, de que é preciso dar valor ao ecossistema, do qual fazem parte a nossa qualidade de vida e dos próximos. De forma a diminuir esse impacto, nas últimas décadas do século XX, começou a desenvolverse o conceito de construção sustentável. Deste modo, as obras passaram a ser mais sustentáveis, os engenheiros fizeram um esforço por usar os últimos avanços tecnológicos em seu auxílio, contribuindo assim para uma mudança no setor da construção. Neste sentido, nas últimas décadas, verificou-se um crescimento na incorporação de elevado volume de adições, na composição do betão. Mas também poderá ser possível contribuir com mais sustentabilidade na indústria do betão, aumentando a eficiência da sua cura. São conhecidas algumas vantagens da cura do betão quando submersa em água saturada de hidróxido de cálcio, mas não existem ainda estudos suficientes sobre os seus efeitos, principalmente nos betões modernos e ecológicos, com elevado volume de adições. Realizaram-se duas misturas de betão, uma constituída apenas por cimento e uma segunda composta por cimento CEM I 42.5 R e um elevado volume de cinzas volantes. De maneira a poder observar-se a eficiência do tipo de cura, foram realizadas duas curas distintas: uma cura submersa em água e outra, submersa em água saturada de hidróxido de cálcio. Realizaram-se ensaios constantes, ao longo de vários períodos de cura, até um ano de maturidade, conseguindo observar-se a influência do tipo de cura no desempenho do betão., In recent years, man-made problems in the environment, have increasingly been taken into account and discussed throughout the world. Preserving the environment is preserving life. If we do not have this concern, the trend will be to worsen and may cause serious problems in the future. It can even cause the human being to experience difficulties, which can even cause a global crisis. Due to this fact, it is important to continue to carry out environmental campaigns that alert and sensitize people that the ecosystem needs to be valued, which are part of our quality of life and our lives. In order to reduce this impact, in the last decades of the twentieth century, the concept of sustainable construction began to develop. In this way, the works became more sustainable, the engineers made an effort to use the latest technological advances to their aid, thus contributing to a change in the construction sector. In this sense, in the last decades, there was a growth in the incorporation of a high volume of additions, in the composition of the concrete. But it may also be possible to contribute more sustainability in the concrete industry, increasing the efficiency of its cure. Some advantages of curing concrete when submerged in water saturated with calcium hydroxide are known, but there are still insufficient studies on their effects, especially on modern and ecological concrete with a high volume of additions. Two concrete mixtures were made, one consisting only of cement and one composed of cement CEM I 42.5 R and one high volume of fly ash. In order to be able to observe the efficiency of the type of cure, two different cures were performed: a cure submerged in water and another, submerged in water saturated with calcium hydroxide. Constant tests were carried out over several curing periods up to one year of maturity, and the influence of the curing type on the performance of the concrete was observed.

The mineral coal of combustion ashes (MCCA) are basically two types: fly ash and bottom ash. The use of fly ash in the composition of the composites cimentitious material makes it more sustainable. This study reports the characterization of two ashes coming from the burning of coal from two different capture processes to analyze the similarity between the ashes and their influence on concrete Portland cement. The concretes were produced by replacing part of the Portland cement by fly ash. The ashes were named CTP - I and CTP - II and were characterized in their physical, chemical, mineralogical and morphological properties. It was observed, through tests, that just one of fly ashes met the requirements of class C of NBR 12.653 (ABNT, 2014), the CTP - II, making possible the substitution of fly ash for cement. The other ash, CTP - I, presented a SO3 - concentration of approximately 12% and was initially used as fine material in the production of mortar, with the purpose to analyze the composite formed by leaching and solubilization tests to determine if there is danger in the production of these mortars. The experimental design was established in the production of a reference concrete and in the production of others concretes with the replacement of Portland cement by ash in the proportion 7,5% and 15% of Portland cement by fly ash, by volume, in three ratio water/binder different (0,4, 0,5 and 0,6). The properties of the concrete in the fresh and hardened state were analyzed by consistency tests, Fc, Ft, Ec, penetration of chlorides, among others, reference concrete and the concretes with ashes. The results of analyzes of concretes indicate that there is a technical viability of replacing Portland cement by fly ash, because in some concrete mixtures it was observed an increase of resistance to compression and decrease in the penetration of chlorides, besides other evidence. The results were analyzed statistically by analysis of variance (ANOVA). The mix with greater resistance to compression was the mix with CTP - I, w/b 0,4 and 7,5 of ash, whereas the one with lowest penetration of chlorides was the mix with CTP - II, w/b 0,4 and 15% ash. As cinzas de combustão do carvão mineral (CCCM) são basicamente de dois tipos: cinza volante e cinza de fundo. O uso de cinzas volantes na composição dos materiais cimentícios torna-os mais sustentáveis. Este estudo relata a caracterização de duas cinzas, provenientes da queima de carvão mineral a partir de dois processos de captação diferentes, para analisar a semelhança entre as cinzas e a sua influência no concreto de cimento Portland. Os concretos foram produzidos pela substituição de parte do cimento Portland por cinzas volantes. As cinzas foram denominadas CTP - I e CTP - II e foram caracterizadas em suas propriedades físicas, químicas, mineralógicas e morfológicas. Observou-se, por meio de testes, que apenas uma das cinzas volantes atendeu aos requisitos da classe C da NBR 12.653 (ABNT, 2014), a CTP - II, possibilitando a substituição de cinza volante por cimento. A outra cinza, CTP - I, apresentou uma concentração de SO3 de aproximadamente 12% e assim, inicialmente, foi utilizada como material fino na produção de argamassa, com o intuito de analisar o compósito formado, através dos ensaios de lixiviação e solubilização para determinar se há periculosidade na produção dessas argamassas. O projeto experimental foi estabelecido na produção de um concreto de referência e na produção de outros concretos com a substituição do cimento Portland por cinza na proporção de 7,5% e 15% de cimento Portland por cinzas volantes, em volume, em três teores de relação água/aglomerante diferentes (0,4, 0,5 e 0,6). Analisou-se as propriedades do concreto no estado fresco e endurecido, através de ensaios de consistência, Fc, Ft, Ec, penetração de cloretos, dentre outros, dos concretos de referência e dos concretos com cinzas. Os resultados das análises de concretos indicam há uma viabilidade técnica na substituição do cimento Portland pelas cinzas, pois, em alguns traços observou-se aumento de resistência à compressão e diminuição na penetração de cloretos, além de outras evidências. Os resultados foram analisados estatisticamente pela análise de variância (ANOVA). O traço com maior resistência à compressão foi o traço com CTP - I, a/aglo 0,4 e 7,5% de cinza, já o de menor penetração de cloretos foi o traço com CTP - II, a/aglo 0,4 e 15% de cinza.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil, A cinza volante (CV) é o material pozolânico mais produzido em todo mundo. O aumento da quantidade de aluminatos, proporcionada pela substituição de cimento por CV, é um dos fatores que conduz a uma diminuição da quantidade de cloretos livres. Por outro lado, devido às reações pozolânicas, inerentes à utilização de CV, o Ca(OH)2 presente na matriz é consumido, facilitando o avanço da frente de carbonatação. Muito pouco é conhecido acerca da ação combinada da carbonatação e da penetração de cloretos em materiais cimentícios contendo CV. Assim, este trabalho investiga a influência da adição de CV no coeficiente de difusão de cloretos em argamassas carbonatadas. Para isso, foram moldados provetes em argamassa com 0%, 20%, 40% e 60% de CV, utilizando cimento CEM I 42.5R e uma relação água/ligante 0.54, 0.51, 0.5 e 0.69 respetivamente. Após um período de cura de 90 dias e 15 dias de pré-condicionamento, os provetes foram introduzidos na câmara de carbonatação (20ºC, 50% de HR e 5% de CO2) onde permaneceram por um período de 15, 60 e 90 dias. Terminado o período de carbonatação, os provetes foram submetidos de imediato, ao ensaio de difusão por migração de cloretos com base na especificação LNEC E 463 (2004). Os resultados alcançados sugerem que as argamassas carbonatadas apresentam um coeficiente de difusão de cloretos diferente do alcançado para as argamassas que não sofreram carbonatação, independentemente da percentagem de CV. Esta diferença deve ser tida em consideração, principalmente, em ambientes sujeitos à ação dos cloretos e, ao mesmo tempo, fortemente contaminados com CO2., Fly ash is the most produced pozzolanic material in the world. The increase in the amount of aluminates provided by the substitution of cement by fly ashes is one of the factors that leads to a decrease in the amount of free chloride. On the other hand, due to the pozzolanic reactions inherent to the use of fly ashes, the Ca(OH)2 present in the cementitious matrix is consumed, facilitating the advance of the carbonation front. Very little is known about the combined action of carbonation and chloride penetration in cementitious materials containing fly ashes. This work investigates the influence of the addition of fly ashes on the diffusion coefficient of chlorides in carbonated mortars. For this, mortar specimens with 0%, 20%, 40% and 60% CV were molded using CEM I 42.5R cement with a water/binder ratio of 0.54, 0.51, 0.5 and 0.69 respectively. After a curing period of 90 days and 15 days of preconditioning, the specimens were introduced into the carbonation chamber (20ºC, 50% RH and 5% CO2) where they remained for a period of 15, 60 and 90 days. After the carbonation period, the test specimens were immediately submitted to the chloride migration diffusion test based on the specification LNEC E 463 (2004). The results suggest that carbonated mortars have a diffusion coefficient of chloride different from that achieved from mortars that didn´t undergo carbonation, regardless of the percentage of fly ashes. This difference must be taken into account mainly in environments subject to the action of chlorides and at the same time heavily contaminated with CO2.

Doutoramento em Ciências e Engenharia do Ambiente As políticas públicas em energia evoluíram na última década para o incentivo à promoção e diversificação das fontes de energia renovável, entre as quais a bioenergia produzida a partir da combustão de biomassa florestal residual. Esta prática disseminou e abrangeu diversos territórios e sectores industriais, tais como a pasta e papel, produção de energia térmica e eléctrica, construção e mobiliário, entre outros, que têm vindo a valorizar energeticamente os resíduos provenientes do processamento de madeira de povoamentos de pinheiro-bravo e eucalipto em Portugal. Por conseguinte, uma série de novas centrais termoeléctricas foram edificadas na perspectiva de cumprir as ambiciosas metas de reduzir a dependência em relação aos combustíveis fósseis e, também, no contexto de prevenção de incêndios florestais, promovendo melhores práticas de gestão florestal, bem como mitigando as emissões de gases com efeito de estufa. Neste contexto, as indústrias têm vindo a debater-se com a necessidade premente de gerir ambientalmente a produção crescente das cinzas de combustão de biomassa, procurando soluções que promovam a valorização destes resíduos sólidos em detrimento da deposição em aterro, reduzindo desta forma, os custos e outros impactes sobre o ambiente e saúde pública. Este trabalho de investigação surge neste contexto, procurando demonstrar que a valorização das cinzas provenientes da conversão termoquímica da biomassa, em processos de calagem e reciclagem de nutrientes no solo, é uma alternativa adequada, contribuindo para a sustentabilidade da cadeia de valor de biomassa para a energia, desde a extracção da biomassa dos ecossistemas florestais até à reposição dos nutrientes, que compõem as cinzas, novamente no solo. Como tal, foi concretizado um conjunto de tarefas com vista a identificar e a avaliar o efeito da utilização das cinzas de fundo e volantes recolhidas ao longo de um ano em cinco unidades industriais de combustão (três termoeléctricas dedicadas e duas de co-geração) com potência instalada de 30 a 120 MWth, sendo que quatro correspondem a leitos fluidizados borbulhantes e uma a fornalha de grelha. O estudo sobre a variabilidade das características físico-químicas dos vários tipos de biomassa utilizados como combustível demonstrou que uma quantidade significativa de material do solo se encontrava misturado e/ou agregado à biomassa durante a recolha, transporte e armazenamento, o que contribui para o aumento da quantidade de cinzas descarregadas nos sistemas de conversão de energia. Este aspecto associado ao elevado teor de humidade da biomassa promove uma redução significativa até 50% no poder calorífico inferior do combustível e, consequentemente, aumenta a ineficiência do processo de conversão de energia e os custos de operação e de manutenção das tecnologias das centrais. Este fenómeno permite compreender o baixo teor em nutrientes nas cinzas, sendo que as volantes acumulam preferencialmente maior quantidade de matéria orgânica inqueimada, em especial nas volantes de grelha (10% massa bs), e maior teor em Ca, Mg, K, Na, S, P, Mn e metais pesados (Zn, Cu, Pb, Cd, Cr e Ni). Como consequência, as cargas de cinza necessárias à calagem e fertilização do solo, para melhor desenvolvimento de culturas, foram estimadas como sendo substancialmente superiores às praticadas em outros países europeus, em resultado do alto teor em Si (20 a 40% bs) e dos respectivos minerais associados nas cinzas, como quartzo, micas, aluminossilicatos e feldspatos. Ensaios de lixiviação de cinzas endurecidas naturalmente ao longo de 2 anos evidenciaram que o pH, condutividade e a concentração de alguns metais (Cl >> Ca > K >> Na) nos lixiviados produzidos diminuíram, em resultado da hidratação e carbonatação das cinzas por exposição ao ar atmosférico, sendo esse efeito mais pronunciado nas cinzas volantes. Estas condições reproduzem o efeito de períodos prolongados de recolha, transporte e armazenamento da cinza que podem alterar as suas características iniciais. Além disso, este fenómeno é semelhante ao que acontece aquando do espalhamento das cinzas tal e qual no solo e que, na ausência de qualquer estabilização prévia das cinzas (com pH na gama 12 a 13), pode causar efeitos adversos nas plantas e a iluviação de nutrientes do solo dentro de uma semana após a chuva ou rega. As cinzas volantes, em especial as produzidas durante a combustão de casca de eucalipto misturada com resíduos agrícolas, foram as que exibiram maior potencial na calagem e fertilização do solo. Através da incubação de um arenossolo háplico com cinzas ao longo de 35 dias e em atmosfera controlada, determinaram-se como cargas óptimas de cinzas volantes valores na ordem de 13 a 67 ton/ha, sem risco de salinidade, aumentando para mais do dobro a capacidade de troca catiónica (dominada 74% pelo Ca) do solo. O potencial evidenciado pelas cinzas volantes correlaciona-se com o dobro do poder neutralizante (50% bs CaCO3) em relação às cinzas de fundo. Assim, as cinzas de fundo poderão ter outras opções de valorização mais adequadas, como por exemplo na incorporação em argamassas, ou então na mistura com volantes, quando possuem elevado teor em metais pesados, com o objectivo de valorização enquanto correctivo do solo. Os resultados de campo demonstraram que as cinzas devem ser estabilizadas previamente, com vista a reduzir a taxa de lixiviação das bases e nutrientes, permitindo a correcção de acidez do solo e a biodisponibilidade de nutrientes por um período de tempo superior a 6 meses. Por esta razão, a mistura de lamas biológicas (por exemplo, do tratamento biológico de efluentes industrias do sector da pasta e papel) com cinzas, em proporção equivalente, sob a forma de grânulos ou pellets mostraram ser uma solução passível de garantir estas condições. A utilização das cinzas no solo não revelou perigo de fitotoxicidade por bioacumulação de metais pesados numa cultura de eucalipto durante 2 anos. Após a aplicação de cargas de cinzas volantes até 7,5 ton/ha, com ou sem lamas e suplemento azotado, a nutrição, crescimento e produtividade da biomassa responderam ao aumento de Ca >> K > Mg > Mn >> Zn, Cu no solo, registando uma redução do efeito ecotóxico de Al e Fe. Este trabalho fornece um importante contributo para o desenvolvimento de melhores práticas na gestão de cinzas resultantes da combustão de biomassa, sendo de particular interesse para o sector industrial da biomassa para a energia, na medida em que avança com soluções que podem traduzir-se numa redução dos custos de gestão ambiental, promovendo a sustentabilidade desta actividade industrial através da valorização das cinzas no solo donde a biomassa, a capacidade tampão e os nutrientes foram exportados. Trata-se, portanto, de uma mais-valia para a definição e implementação de políticas públicas e de melhores práticas na gestão de cinzas, colmatando a ausência de regulamentação específica em Portugal para este sector. Public policies regarding energy have evolved during the last decade towards the incentive to the promotion and to the diversification of renewable energy sources, among which the bioenergy produced from the combustion of residual forest biomass. This practice has been disseminated and has covered several territories and industrial activities, such as pulp and paper, production of thermal and electrical energy, construction and furniture, among others, that have valorised in energy the wastes produced from processing of wood from the pinus and eucalyptus stands in Portugal. Therefore, a large number of new power plants have been established with the aim of accomplishing the ambitious targets of reducing the dependence from fossil fuels, as well as contributing to the prevention of forest fires, promoting better forest management practices and mitigating the greenhouse emissions. In this sense, industries have been struggling with the need to environmentally manage the increasing of ash production from the biomass combustion, searching for solutions that may promote the valorisation of these solid wastes instead of choosing the landfill option, reducing the costs and other impacts on environment and public health. This research emerges in this context, aiming at demonstrating that the valorisation of ashes from the biomass thermochemical conversion, in processes of liming and recycling of nutrients to the soil, is an adequate alternative, at the same time contributing for the sustainability of the biomass’s value chain to the energy since the biomass extraction from the forest ecosystems till the reposition of nutrients, that compound the ashes, back again to the soil. As such, a group of tasks has been performed in order to identify and to evaluate the effect of the use of bottom and fly ashes sampled over a year in five industry units of combustion (three dedicated power plants and two of co-generation) with installed power of 30 to 120 MWth. Four corresponding to bubbling fluidised beds and one to a grate boiler. The study, about the variability of physical-chemical characteristics of several types of biomasses used as fuel, demonstrated that a significant quantity of soil material was mixed and/or aggregated in the biomass during the collection, transport and storage, which contributed for the increasing of ash quantity discharged in the energy conversion systems. This aspect associated with the high moisture content of the biomass leads to a significant reduction up to 50% in the lower heating value of the fuel and, consequently, increases the inefficiency of the energy conversion process, as well as the operating and maintenance costs of the power plant’s technologies. This phenomenon allows to understand the low content of nutrients in the ashes, being that the fly ones preferably accumulate higher quantity of unburned organic matter, especially in the grate fly ashes (10% mass db), and higher contents of Ca, Mg, K, Na, S, P, Mn and heavy metals (Zn, Cu, Pb, Cd, Cr and Ni). As a consequence, the ash loads required for the liming and fertilisation of the soil, for better development of cultures, were estimated as being substantially higher than to the practiced in other European countries, in result of the high Si content (20 to 40% db) and its minerals associated in the ashes, like quartz, mica, aluminosilicates and feldspars. Leaching tests of self-hardening ashes performed in natural conditions over 2 years showed that the pH, conductivity and some metal concentrations (Cl >> Ca > K >> Na) in the leachates decreased, in result of hydration and carbonation of the ashes by exposure to atmospheric air, being this effect more pronounced in the fly ashes. These conditions reproduce the effect of long periods of collection, transport and storage of ashes may modify their raw characteristics. Furthermore, this phenomenon is similar when the raw-ashes are spread on the soil and, in the absence of any preview stabilisation of the ashes (with pH in the range of 12 to 13), can cause adverse effects in the plants and the nutrient leaching of the soil in a week after raining or irrigation. The fly ashes, especially the ones produced from the combustion of eucalyptus bark mixed with agriculture wastes, were the type of ashes that possess higher liming and fertilisation potentials to use in the soil. Through incubation of a haplic arenosol with ashes during 35 days and in a controlled atmosphere, were determined the optimal loads of fly ashes in the range of 13 to 67 ton/ha, without risk of salinity, increasing to more than twice of the soil cation exchange capacity (dominated 74% by Ca). The potential evidenced by the fly ashes is correlated to the double of neutralising value (50% db CaCO3) in comparison to the bottom ashes. Thus, the bottom ashes can have alternative valorisation options more adequate, such as the incorporation in motars, or in the mixture with fly ashes, when they have high contents of heavy metals, with the aim of valorisation as soil amendment. The results from the collection of data from the fieldwork show that the ashes must be stabilised beforehand in order to reduce the leaching rate of bases and nutrients, allowing the amendment of soil acidity and the bioavailability of nutrients for more than 6 months. For this reason, the mixture of biological sludge (e.g., from the biological treatment of effluents form the pulp and paper industry) with ashes, at equivalent ratio, in the form of granules or pellets showed to be a solution to ensure these conditions. The use of ashes in the soil revealed no danger in terms of phytotoxicity by heavy metal bioaccumulation in eucalyptus culture over 2 years. After applying fly ash loads up to 7,5 ton/ha, with or without sludges or nitrogen supplement, the nutrition, growing and productivity of biomass answered to the increasing of Ca >> K > Mg > Mn >> Zn, Cu in the soil, registering a reduction of ecotoxic effect of Al and Fe. This research provides an important contribution to the development of best practices regarding the management of ashes from biomass combustion, which have a particular interest for the industrial sector of “biomass to energy”. The thesis presents some solutions that can contribute in an effective way to the reduction of costs in environmental management of the ashes, promoting the sustainability of this industrial activity through ash valorisation in the soil where the biomass, buffering capacity and nutrients were exported. In this sense, the results may constitute an added-value to the definition and implementation of public policies and best practices in the management of ashes, bridging the absence of specific regulations in Portugal regarding this sector.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil (área de especialização em Perfil de Planeamento e Infraestruturas de Transporte), No cenário de crise atual, é notória a preocupação com a redução dos custos na construção e reabilitação dos pavimentos. Posto isto, têm sido desenvolvidos variados estudos que envolvem a construção e reabilitação de pavimentos rodoviários por forma a minimizar os custos associados a estes processos. Nesse âmbito, tem-se procurado utilizar técnicas que possam ser aplicadas a frio, se possível in situ, de forma a garantir um menor custo e uma maior sustentabilidade dessas soluções. No decorrer do presente estudo pretende-se desenvolver soluções que sigam esta tendência. Logo, a presente dissertação visa contribuir para a melhoria do desempenho das camadas de base e sub-base granulares dos pavimentos, em especial através do estudo de soluções económicas de estabilização das referidas camadas com emulsão betuminosa e com dois possíveis aditivos (cimento ou cinzas volantes). Nesse sentido, o principal objetivo deste trabalho é avaliar a influência que os dois aditivos, e a percentagem em que são usados, podem ter no desempenho final do material estabilizado. Os materiais utilizados fixaram-se essencialmente no material granular a estabilizar (agregado britado de granulometria extensa ou ABGE), na emulsão betuminosa e nos dois aditivos já referidos. Entretanto, o desempenho foi avaliado através de ensaios de sensibilidade à água, ensaios de tração indireta e compressão cíclica uniaxial. Com base nos resultados obtidos verifica-se que a introdução de cimento melhora significativamente o desempenho dos materiais granulares estabilizados com emulsão betuminosa nos ensaios de tração indireta e de sensibilidade à água das misturas realizadas, mesmo ao usar apenas 0,5% de cimento (embora o desempenho melhore claramente quando a percentagem de aditivo aumenta). As cinzas volantes também melhoram o desempenho, mas não de forma tão significativa, o que ocorre devido à reduzida capacidade de cimentação das cinzas volantes pelo facto destas não terem sido ativadas. No ensaio de compressão cíclica uniaxial, a resistência à deformação é superior à de uma mistura betuminosa tradicional a quente (controlo), o que é uma mais valia no estudo destas soluções., In the current crisis scenario, the concern about cost reduction in the construction and rehabilitation of pavements became clear. Thus, many studies have been developed involving construction and rehabilitation of road pavements in order to decrease the costs associated with these processes. In fact, cold paving techniques that can be applied in situ are being sought, in order to assure a lower cost and a higher sustainability of these solutions. This study intends to develop solutions following this trend. So, the current thesis aims to contribute to improve the performance of granular base and sub-base layers of pavements, especially through the study of cheap solutions for stabilization of those layers with an asphalt emulsion and two possible additives (cement or fly ash). Thus, the main objective of this work is to evaluate the influence of these two additives, and their percentage use, on the final performance of the resulting stabilized material. The materials used were essentially the granular material to be stabilized (dense graded aggregates), the asphalt emulsion and the two mentioned additives. Meanwhile, the material performance was evaluated through water sensitivity, indirect tensile strength and uniaxial cyclic compression tests. Based on the obtained results it was observed that the introduction of cement significantly improves the performance of the granular materials stabilized with asphalt emulsion on the water sensitivity and indirect tensile strength tests, even when only 0.5% of cement is used (although the performance clearly improves when the additive percentage increases). Fly ash also improves the material performance, but not in a significant manner, and this occurs due to the reduced cementation capacity of fly ash (since it was not activated). In the uniaxial cyclic compression test, the resistance to deformation is higher than that of a traditional hot mix asphalt (control), which is a strength of the solutions studied.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) The ashes resulting from the burning of sugarcane bagasse is a heterogeneous material and has various applications as an adsorbent. To enhance and assist in prospecting new applications is critical to better understand the properties of the material. In this work, its morphological, spectroscopic and elemental characterization of the ashes of sugarcane bagasse from three different plants and two different harvests and the prospect of its use as an adsorbent. The particles of the ash were separated according to their density and in order to characterize, FTIR was used in the investigation of chemical groups present in the samples, additionally to the SEM and EDS elemental and morphological characterization of the particles present in the samples. Cenospheres, spherical particles present in ash, were identified as coreshell structure, where the core is a mixed metal oxide and the shell is a layer of silicon dioxide. The correlation between the ratio of the relative abundance between the carbonyl and hydroxyl groups and the mass distribution of the granulometric extracts were used as indirect measure of the level of oxidation of the samples. The ashes’ adsorption capacity showed affinity for the methylene blue dye with an adsorption capacity of 39 mg of dye per gram of ash used, in contrast to the low adsorption of potassium chromate solution, 1.2 mg per gram of ash. As cinzas oriundas do processo de queima do bagaço de cana-de-açúcar são um material heterogêneo e com diversas aplicações, como a adsorção. Para potencializar e auxiliar na prospecção de novas aplicações é fundamental conhecer melhor as propriedades do material. Neste trabalho foi feita esta caracterização morfológica, espectroscópica e elementar das cinzas do bagaço da cana-de-açúcar provenientes de três diferentes usinas e duas diferentes safras e a prospecção de seu uso como adsorvente. As partículas das cinzas foram separadas de acordo com sua densidade e para a caracterização foi utilizada a técnica de FTIR na investigação dos grupos químicos presentes nas amostras e MEV juntamente com o EDS para a caracterização morfológica e elementar. As cenosferas, partículas esféricas presentes nas cinzas, foram identificadas como estruturas coreshell onde o core é composto por um misto de óxidos metálicos e o shell composto por dióxido de silício. A correlação entre a razão da abundância relativa entre os grupos de carbonila e hidroxila e a distribuição mássica dos extratos granulométricos, foi usada como medida indireta do nível de oxidação das diferentes amostras. Quanto à sua capacidade de adsorção, as cinzas mostraram afinidade na adsorção do corante azul de metileno com uma capacidade de adsorção de 39mg de corante por grama de cinza usada em contraste com a baixa adsorção apresentada para a solução de cromato de potássio com 1,2 mg por grama de cinza.

Mestrado em Engenharia do Ambiente Na procura de melhores combustíveis para a produção de energia térmica e energia elétrica, a biomassa apresenta-se como uma das fontes de energia renováveis menos prejudiciais ao meio ambiente, esta é considerada como um recurso neutro do ponto de vista de emissões de dióxido de carbono. Atualmente, a tecnologia predominante no domínio da conversão energética de biomassa por via termoquímica é a combustão. Contudo, verifica-se a procura de combustíveis de melhor qualidade produzidos a partir de biomassa, como por exemplo na forma gasosa (gás de combustível). A produção deste tipo de combustíveis gasosos envolvendo processos de gasificação carece do desenvolvimento de tecnologia que permita obter um gás combustível com características adequadas às utilizações pretendidas. Os problemas mais relevantes relacionados com a conversão termoquímica da biomassa incluem a produção de cinzas e de alcatrões, estes podem levar a vários problemas operatórios. O presente trabalho teve dois objetivos, a caracterização das cinzas resultantes do processo de combustão de biomassa e o estudo do efeito da aplicação das cinzas para melhorar as propriedades do gás produzido durante o processo de gasificação de biomassa, principalmente na redução de compostos condensáveis (alcatrões). As cinzas volantes da combustão de biomassa analisadas apresentam na sua constituição elementos químicos característicos da biomassa, onde o cálcio apresenta-se em concentrações mais elevadas. Em menores concentrações encontram-se sódio, magnésio, fósforo, enxofre, cloro, potássio, manganês e ferro. As cinzas de fundo, pelo contributo que a areia do leito tem, são caracterizadas por conterem grandes concentrações de silício. Durante os processos de gasificação de biomassa a concentração de compostos condensáveis diminuiu com o aumento da razão de equivalência. As cinzas, colocadas no reator de leito fixo, apresentam um efeito positivo sobre a qualidade do gás, nomeadamente um aumento de 47,8% no teor de H2 e de 11% de CO, consequentemente obteve-se um gás combustível com PCI (poder calorífico inferior) mais elevado. In search of better fuels for the production of thermal energy and electricity, biomass presents itself as one of the renewable energy sources less harmful to the environment, it is considered as a renewable energy resource and neutral in the emission of carbon dioxide. Currently, the predominant technology in the field of energy conversion via thermochemical of biomass is combustion. However, there is a demand for better quality of fuels produced from biomass, such as in gaseous form (fuel gas).The production of this type of gaseous fuels involving gasification process lacks of the development of technology capable of producing a fuel gas with adequate characteristics to intended uses. The most relevant problems related to the thermochemical conversion of the biomass is the production of ash and tar, this can lead to various operating problems. This study had two objectives: characterize the ash from the biomass combustion process and the study of the effect of applying the ashes to improve gas properties produced during the process of gasification of biomass, especially in tars reduction. The analyzed fly ash of biomass combustion present in its characteristic constitution chemicals from biomass, where the calcium is presented in higher concentrations. At lower concentrations are sodium, magnesium, phosphorus, sulfur, chlorine, potassium, manganese and iron. The bottom ash, that have the contribution of the sand bed, are characterized by contain large concentrations of silicon. During the biomass gasification processes the concentration of condensable compounds decreased with increasing equivalence ratio. The ash, placed in a fixed bed reactor, have shown a positive influence on the gas quality, with an increase of 47.8% in the content of H2 and 11% of CO and thus a fuel gas with a higher LHV (low heating value) was obtained.

A indústria de concreto é uma grande consumidora de recursos naturais, seja para a produção de agregados, ou para a produção de cimento Portland, onde grandes quantidades de calcário são extraídas. Além disso, a indústria do cimento tem uma grande contribuição na emissão de gases responsáveis pelo efeito estufa, portanto iniciativas que busquem reduzir o consumo de cimento nos concretos são importantes para a sustentabilidade das construções. Este trabalho avalia parâmetros de durabilidade de concretos autoadensáveis (CAA) com baixo consumo de cimento e elevados teores de cinza volante e metacaulim, com e sem a adição de cal, em comparação a dois concretos sem adições. Foram avaliados CAA com consumos de cimento entre 150 e 200 kg por m3 de concreto. Os ensaios realizados foram de resistividade, difusão de íons cloreto (LNEC E-463/2004), carbonatação acelerada e absorção por capilaridade. Os resultados demonstram a aptidão em produzir CAA com misturas terciárias e quaternárias com baixo consumo e que atendam as resistências correntes aos 28 dias (30 a 40 MPa), proporcionando ainda ganhos acentuados na durabilidade e elevadas resistências aos 90 dias.

Além de imprimir um caráter sustentável ao betão, as cinzas volantes (CV) têm sido bastante utilizadas para tornar a matriz cimentícia mais resistente à penetração de Cl-uma vez que tornam a estrutura porosa mais densa e ajudam a fixar Cl-. Por outro lado, sabe-se que o Ca(OH)2 existente na matriz é parcialmente consumido pelas reações pozolânicas, facilitando o avanço da carbonatação e, consequentemente, aumentando a quantidade de Cl-livres. Considerando a ação conjunta destes agentes, especula-se sobre o papel das CV na penetração de Cl-. Foram moldados provetes com 0% e 40% de CV. Após 90 dias de cura os provetes foram submetidos a 12 ciclos de imersão em solução com NaCl e secagem em câmara de carbonatação , num total de 168 dias. Observou-se que os provetes contendo CV, e submetidos à ação combinada, apresentaram perfis de Cl-com teores superiores quando comparados à ação exclusiva dos Cl.

Mestrado em Engenharia do Ambiente O setor da indústria de produção de pasta para papel está associado à produção de elevadas quantidades de resíduos sólidos. Anualmente, na União Europeia são produzidas 11 milhões de toneladas de resíduos por este setor. Deste modo, torna-se necessário efetuar uma correta gestão e valorização dos resíduos, reduzindo a quantidade encaminhada para aterro. As cinzas volantes provenientes da queima de biomassa e lamas secundárias resultantes do tratamento de águas residuais industriais são geralmente ricas em nutrientes fundamentais aos solos, podendo a sua aplicação no solo ser uma possibilidade para a gestão dos mesmos. Este trabalho tem como objetivo principal efetuar a valorização conjunta de cinzas volantes e lamas secundárias através de ensaios de compostagem, com posterior produção de grânulos, de forma a obter um material estabilizado com vista a sua posterior deposição em solos florestais sob a forma de corretivo. O desenvolvimento do trabalho dividiu-se em duas fases: uma fase sobre o estudo de grânulos expostos às condições atmosféricas e uma fase experimental sobre compostagem e granulação. A primeira fase consistiu no estudo do comportamento de grânulos constituídos por diferentes quantidades de cinzas volantes e lamas secundárias quando expostos às condições atmosféricas. Para isso, a água da chuva incidente sobre os grânulos foi armazenada com o objetivo de proceder à análise de pH, condutividade e elementos químicos dissolvidos. Na segunda fase do trabalho realizou-se oito ensaios de compostagem, que se diferenciaram na forma e quantidade de cinzas volantes e lamas secundárias utilizada, pH, temperatura e caudal de alimentação. Após ocorrer a estabilização biológica dos materiais procedeu-se à sua granulação. Como resultado da exposição de grânulos às condições atmosféricas verificou-se que quanto mais cinza estes possuem, mais facilmente se desintegram. Embora ocorram diferença nas frações mobilizadas, verifica-se que, independentemente, da constituição dos grânulos, a fração de elementos solubilizados na água percolante é semelhante, sendo os elementos com maior concentração o Cl- e o K. A carbonatação total das misturas atingiu valores de 0,2 a 0,3 (g CO32-/g seca). O maior incremento total de carbonatos verifica-se nas seguintes condições: i) mistura (lama:cinza = 91:9, base seca) compostada em condições termófilas, seguida de granulação com adição de cinza fresca (50:50, base seca); ii) mistura (lama:cinza = 50:50, base seca) compostada em condições mesófilas, seguida de granulação. Conclui-se que a pré-estabilização por compostagem favorece o potencial fertilizante dos grânulos no que respeita a K, Na e P. Globalmente, pode considerar-se que a pré-estabilização por compostagem revelou-se benéfica na valorização material, através da produção de grânulos a partir da lama secundária da indústria de pasta para papel com cinza de biomassa, relativamente à captura de CO2 e à disponibilização dos nutrientes K, Na e P. The paper pulp manufacturing sector is associated with the production of high amounts of solid waste. Annually, 11 million tons of waste are produced by this sector in the European Union. Therefore, it is imperative to do a proper management and valorisation of this waste thus reducing the amount being sent to landfill. The ashes derived from the burning of biomass and the industrial wastewater treatment sludge are generally rich in nutrients essential to the soil. Ergo, its application in the soil could be an interesting management possibility. This work is fundamentally aimed at the mutual valorisation of biomass fly ash and biological sludge through composting trials followed by granule production, in order to obtain a stabilised material for subsequent use in forest soil as an amendment. In order to achieve this goal, the work was unfolded on two main stages: a stage on the study of the exposure of granules to natural atmospheric conditions and an experimental stage relying on composting and granulation trials. The first consisted on the analysis of the behaviour of granules with different proportions of ash and sludge when exposed to natural atmospheric conditions. In order to do so, the rainwater that fell through the granules was collected and analysed for pH value, conductivity and dissolved chemical elements. In a second stage of the work, eight composting trials were held which differed in the form (either in granules or in its natural state) and amount of ash and sludge used, pH value of the mixture, temperature and feed flow rate. After its biological stabilisation, the compost was shaped into granules. As a result the exposure to atmospheric conditions of the granules it was found that the more fly ash possess more easily disintegrate. Although there are differences in mobilized fractions, it seems without relation with the constitution of the granules. The fraction of the solubilised elements percolating water is similar, being the elements with the highest concentration Cl- and K. The total carbonation of the mixtures reached values from 0,2 to 0,3 (CO32- g / dry weight). The highest total increase of carbonates occurs under the following conditions: i) mixture (sludge:fly ash = 91: 9, dry weight) composted in thermophilic conditions, followed by granulation with addition of fly ash, as received (50:50, dry weight); ii) mixture (sludge:fly ash = 50:50, dry weight) composted in mesophilic conditions, followed by granulation. The pre-composting stabilization increased the fertilizing potential of granules with respect to K, Na and P. Overall, it can be considered that the stabilization by composting proved beneficial in the material recovery process, by producing granules from the biological sludge of the paper and pulp mill industry with biomass ashes, in relation to CO2 capture and availability of nutrients K, Na and P.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil, A construção em terra tem vindo a ganhar uma nova expressão quer em termos arquitetónicos quer na construção civil. Esta forma de construção está presente em todo o mundo e representa uma das formas de construção mais antigas. É notória uma crescente preocupação por reinventar e renovar técnicas antigas de construção em terra, bem como das formas de melhorar a terra como material de construção. Uma vez que uma das principais limitações da construção em terra é a inadequabilidade de alguns solos disponíveis localmente, como é o caso do solo residual granítico do Minho, surge assim a estabilização dos mesmos como forma de melhorar as suas características. A construção em terra é muito versátil visto permitir a utilização de muitas técnicas diferentes, sendo a alvenaria de blocos de terra comprimida (BTC) uma das técnicas mais recentes e foi a que serviu de base para este trabalho. Neste caso, a estabilização dos BTC foi feita através da ativação alcalina de cinzas volantes. Com este trabalho pretende-se estudar o comportamento termoenergético desta nova técnica, de forma a que, em conjunto com todos os outros trabalhos já desenvolvidos ou em desenvolvimento, relacionados com os BTC com SRG, seja possível obter-se uma caracterização completa desta técnica. Assim sendo, foram efetuados testes térmicos a uma parede simples de BTC com junta seca, para caracterização da sua resistência térmica. Para que seja possível compreender a variação do comportamento termoenergético dos BTC em conjunto com outros elementos construtivos, também foram realizados ensaios térmicos numa parede simples com junta preenchida por betume e numa parede com junta preenchida por betume e com 2cm de isolamento térmico (aglomerado de cortiça) pelo exterior. Os resultados obtidos permitiram caracterizar/ calcular a resistência térmica dos BTC, assim como, compreender a variação do comportamento energético dos BTC em conjunto com outros elementos construtivos e por comparação com outras soluções construtivas correntes., The earth construction has gained a new expression, both in architectural terms and in construction. This construction method is present throughout the world and is one of the oldest construction forms. It is evident a growing concern with reinvent and renew old building techniques in earth, as well as ways to improve the land as a building material. Since one of the main limitations of the earth construction is the inadequacy of some locally available soils, as is the case of granite residual soil of Minho, thus arises stabilization thereof in order to improve their characteristics. The earth construction is very versatile as it allows the use of many different techniques, and the masonry compressed earth blocks (BTC) one of the latest techniques and was used as the basis for this work. In this case, the stabilization of BTC was made by activation of alkaline fly ashes. This work is intended to study the thermoenergetic behavior of this new technique, so that, together with all the other work already developed or under development, related to the BTC with SRG, it is possible to obtain a complete characterization of this technique. Thus, thermal tests were performed at a single wall BTC with lute, to characterize its thermal resistance. To be able to understand the behavior of variation thermoenergetic BTC in conjunction with other construction elements, thermal tests were also performed with a single wall board filled with bitumen and a wall with gasket filled with bitumen and thermal insulation 2cm (corkboard ) from the outside. The results were used to characterize / estimate the thermal resistance of the BTC as well as understand the variation of the energy behavior of BTC in conjunction with other construction elements and by comparison with other common constructive solutions.

Mestrado em Engenharia do Ambiente As emissões de óxidos de enxofre (SOx) para atmosfera são uma das causas da poluição atmosférica, com efeitos nefastos na saúde humana, em algum do património edificado e também nos vários compartimentos ambientais. O dióxido de enxofre (SO2) é um gás que resulta principalmente de atividades de queima de combustíveis fósseis. O enxofre (S) emitido por este tipo de atividade é combinado com o oxigénio (O2) presente na atmosfera origina o SO2 e o SO3. Estes poluentes, por sua vez permanecem no ar sob a forma de gotículas que, após reações de oxidação com a humidade, formam ácido sulfúrico (H2SO4) que volta à Terra em forma de chuvas ácidas. Este poluente também é fortemente prejudicial à saúde humana estando associado a doenças respiratórias. Existem várias técnicas de controlo das emissões de SOx. As que incidem no tratamento pós-combustão podem ser por via húmida, semi-seca e seca. Esta última normalmente baseiam-se na adsorção do SO2 por óxidos metálicos. Desde da década de 20 que se assiste a um incremento da produção de cinzas volantes provenientes da queima de carvão em indústrias de produção de energia. Este tipo de resíduo é prejudicial para o meio ambiente e para a saúde humana devido à sua composição química rica em oligoelementos potencialmente tóxicos. Devido aos impactes causados por este tipo de resíduo, e numa tentativa de diminuir a dependência da sociedade em combustíveis fósseis, foram promovidas as Fontes de Energias Renováveis (FER). Contudo, a utilização da biomassa como combustível também produz grandes quantidades de cinzas volantes, mas menos tóxicas que as provenientes da queima de carvão. Este resíduo carece de estudos que visem a sua valorização de modo a desviá-lo do comum destino final, o aterro. As características físico-químicas das cinzas volantes, tais como, a densidade, o tamanho da partícula, a porosidade, a capacidade de retenção de água e a área específica conferem-lhe potencial para a produção de adsorventes destinados (entre outros) a processos de dessulfurização por via seca. Neste contexto, o presente estudo surgiu com o objetivo avaliar a influência da temperatura e da composição de um efluente gasoso na remoção de SO2 utilizando um adsorvente preparado a partir de cinzas volantes resultantes da queima de biomassa. Para tal, o estudo foi conduzido à escala laboratorial, com a realização de vários ensaios de dessulfurização por via seca. Para o planeamento experimental foi utilizado o modelo de delineamento composto de centro rotacional (DCCR), com o objetivo de avaliar a influência de quatro variáveis independentes (temperatura, concentração de SO2, concentração de CO2 e concentração de O2) sobre a quantidade de SO2 adsorvida (variável dependente) pelo adsorvente à base de cinzas volantes de biomassa. Da análise estatística do modelo DCCR conclui-se que a temperatura e a concentração de SO2 no efluente gasoso são as variáveis com maior significância, i.e., que mais influenciam a quantidade de SO2 adsorvido. Nas gamas testadas, as eficiências de dessulfurização mais altas registaram-se em condições de temperatura baixa e concentrações de SO2 elevadas. Emissions of sulfur oxides (SOx) into the atmosphere are one of the causes of air pollution, with adverse effects on human health, in some of the built heritage and also in the various environmental compartments. The sulfur dioxide (SO2) is a gas that mainly results from burning of fossil fuels activities. The sulfur (S) emitted by this type of activity when combined with oxygen (O2) in the atmosphere gives the SO2 and SO3. These pollutants in turn remain in the air in the form of droplets, which after oxidation reactions with H2O (g), forms sulfuric acid (H2SO4) that returns to earth in the form of acid rain. This pollutant is also strongly harmful to human health and is associated with respiratory diseases. here are several control techniques SOx Emission. Those that focus on post-combustion treatment can be wet, semi-dry and dry. The latter one is typically based on adsorption of SO2 by metallic oxides. Since the '20s there is observed an increase in the production of fly ash from burning coal in power generation industries. This type of waste is harmful to the environment and human health due to its rich chemical composition of potentially toxic trace elements. Due to the impacts caused by this type of waste, and in an attempt to reduce the dependence of society on fossil fuels, the Renewable Energy Sources (RES) were promoted. However, the use of biomass as a fuel also produces large amounts of fly ash, but less toxic than those from burning coal. This residue lacks studies aimed at its recovery in order to divert it from the common end-use, landfill. The physic-chemical properties of the fly ash, such as the density, particle size, porosity, water holding capacity and the surface area gives it the potential for producing intended adsorbents (among others) the process desulphurization by dry. Against this background, the current study emerged with the aim to evaluate the influence of temperature and composition of a gaseous effluent SO2 removal using an adsorbent prepared from fly ash resulting from the burning of biomass. To this end, the study was conducted in laboratory scale by carrying out several tests on dry desulphurization pathway. For the experimental planning model was used to design composite rotational center (CCRD), with the objective of evaluating the influence of four independent variables (temperature, concentration of SO2, concentration of CO2 and concentration of O2) on the amount of SO2 adsorbed (dependent variable) based on the sorbent fly ash from biomass. From statistical analysis of the DCCR model, it was concluded that the temperature and the SO2 concentration in the flue gas are the variables with higher significance, this way, that most influence the amount of adsorbed SO2. In the tested range, the highest desulfurization efficiency it’s observed at low temperatures and high concentrations of SO2.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil, O sucessivo consumo de recursos naturais, produção de resíduos e libertação de emissões poluentes, tem tido repercussões assinaláveis, tais como o aquecimento global, de que tanto se fala nos dias de hoje. A construção sendo uma das maiores indústrias, acarreta grandes responsabilidades neste aquecimento global, bem como o sucessivo consumo de recursos e constante produção de resíduos. O cimento apresenta-se na construção como tendo uma enorme responsabilidade pelas emissões de CO2 para atmosfera. Como tal, diversas investigações tem estudado o recurso à incorporação de adições que tornem o betão um material ambientalmente mais sustentável. Uma dessas adições são as cinzas volantes provenientes da queima de carvão, mas estas para se hidratarem necessitam de consumir o hidróxido de cálcio produzido pelo cimento, o que poderá reduzir o pH do betão para valores de neutralização, favorecendo a carbonatação e podendo pôr em causa a vida útil da estrutura. Neste sentido, foram investigados diversos revestimentos tradicionais que visam proteger o betão pelo exterior, com o intuito de reduzir a penetração do CO2 no betão. Produziram-se três betões com características diferentes, e realizaram-se ensaios de carbonatação acelerada após 90 dias de maturidade. Os revestimentos de uma forma geral apresentaram excelentes resultados, reduzindo de forma bastante considerável a penetração do CO2, mesmo em betões com 50% de cinzas volantes. Os resultados sugerem que a presença destes revestimentos poderá permitir a incorporação de mais cinzas volantes no betão ou diminuir a quantidade de cimento nas composições, sem comprometer o seu desempenho face à ação da carbonatação., Excessive consumption of natural resources, waste generation and release of pollutant emissions, has had remarkable effects such as global warming, so discussed nowadays. The construction is one of the largest industries, that entails huge responsibilities in the global warming as well as the successive consumption of resources and constant generation of waste. The cement is presented in the building to have a huge responsibility for emissions of CO2 into the atmosphere. This way, several investigations have been studied the use of incorporating additions that make concrete a more environmentally sustainable material. One of these additions are fly ash from burning coal, but these to hydrate need to consume calcium hydroxide produced by the cement, that could reduce the pH of the concrete to neutralization values, favoring the carbonation and could jeopardize the useful life of the structure. In this sense, were investigated several traditional coatings which intended to protect the concrete from the outside, in order to reduce the penetration of CO2 into the concrete. Three concretes were produced with different characteristics, and carried out accelerated carbonation test after 90 days to maturity. In general, coatings showed excellent results quite considerably reducing the penetration of CO2 even in concrete with 50% fly ash. The results suggest that the presence of such coatings may allow the incorporation of fly ash in concrete or decrease the amount of cement in the compositions, without compromising its performance against the action of carbonation.

Dissertação de mestrado Internacional em Sustentabilidade do Ambiente Construído, Garantir a durabilidade das estruturas de betão é, por si só, uma das formas mais importantes para assegurar a sua sustentabilidade. Neste sentido, optou-se por investigar a ação combinada dos principais agentes causadores da corrosão, a carbonatação e os iões cloreto. Individualmente, estes mecanismos de deterioração têm sido abordados de forma constante em diversas investigações. Ao contrário, estudos do efeito combinado no betão ainda são pouco expressivos em quantidade e não reúnem consenso. Isoladamente, a carbonatação modifica a microestrutura e altera o pH do betão. Quando combinada com os iões cloro, pode ter influência direta na difusão dos mesmos. A alteração na microestrutura do material poderá provocar uma diminuição na quantidade de cloretos penetrados. Por outro lado, a redução da alcalinidade, pode conduzir a uma libertação dos cloretos quimicamente fixados, aumentando a quantidade de cloretos transportados para o interior do betão. Desta forma, e avaliando também o papel das cinzas volantes (CV) neste contexto, estudou-se a influência da profundidade de carbonatação na penetração de cloretos, em diferentes composições de betão, com razão água/ligante de 0,55 e 0,5, para duas metodologias de ensaio distintas: determinação do coeficiente de difusão de cloretos por intermédio do ensaio de migração em regime não estacionário e determinação da resistência à penetração de cloretos por intermédio do ensaio de imersão. Realizou-se uma série de ensaios combinados, onde as amostras foram previamente carbonatadas e, em seguida, ensaiadas segundo as metodologias mencionadas. Avaliou-se também o efeito da ação combinada noutros indicadores de durabilidade das amostras testadas. Para isso foram utilizados os ensaios de absorção de água por capilaridade e por imersão. Os resultados obtidos permitiram concluir que a carbonatação influencia, de facto, o coeficiente de difusão de cloretos, sendo esta situação verificada com maior notoriedade na composição com incorporação de CV., Guaranteeing the durability of the concrete structures is, by itself, one of the most important ways to ensure their sustainability. Therefore, the object of this research is the combined action of the main corrosive agents: carbonation and chloride ions. Individually, these deterioration mechanisms have already been object of research. However, studies of their combined effect on concrete are sparse and non-consensual. Carbonation alone modifies the microstructure of concrete, as well as its pH. When combined with chloride ions, it may have a direct influence on their diffusion. The change at the microstructural level can cause a decrease in the quantity of penetrated chlorides. On the other hand, alkalinity reduction might lead to a release of the chemically fixed chlorides, increasing the quantity of chlorides carried inside the concrete. In this way, while also assessing the role played by fly ashes (FA) in this context, the influence of the carbonation depth on the chlorides penetration has been studied using different concrete compositions, with water/binder ratios of 0,55 and 0,5 and two testing methods: evaluation of chloride diffusion coefficient by migration in non-stationary regime and evaluation of resistance to chloride penetration by immersion. Several combined tests have been conducted where the samples had been previously carbonated and then tested using the aforementioned methods. The effect of the combined action on the durability of the tested samples has been evaluated as well through water absorption tests, performed both by capillarity and immersion. The conclusion obtained from the obtained results is that carbonation has a real influence on the chloride diffusion coefficient and this can be more clearly verified in the composition that includes FA.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil, O cimento Portland é o material mais utilizado pela indústria da construção, contudo, a produção do mesmo está associada a elevadas emissões de dióxido de carbono quer de origem química pela calcinação do calcário quer também devido ao consumo energético necessário para a produção industrial deste material. O estudo de novos ligantes de baixo impacto ambiental e também de baixo custo constitui assim uma prioridade no atual contexto de preocupações acrescidas por um desenvolvimento mais sustentável. Uma linha de investigação que se afigura particularmente favorável passará pela produção de novos ligantes alternativos ao cimento Portland e que ao mesmo tempo permitam a valorização de resíduos industriais. Investigações no domínio dos geopolímeros revelam ser tecnicamente possível a obtenção de ligantes a partir de resíduos industriais com recurso a ativadores químicos. Contudo, os referidos ativadores tem um custo elevado e estão associados a elevadas emissões de carbono o que reduz a competitividade ambiental e económica dos novos ligantes face ao cimento Portland. Sabendo que em Portugal a valorização dos resíduos (escórias de aciaria negras) provenientes da produção do aço na siderurgia nacional ainda não se vê como algo potencialmente bem aproveitado e tendo por base alguns estudos já realizados por outros investigadores pelo resto do mundo, pretendeuse nesta dissertação de mestrado avaliar qual o potencial deste resíduo, ativado alcalinamente por pequenas percentagens de óxido de cálcio e hidróxido de cálcio. Pretendeu-se mediante isto analisar o comportamento deste ligante ambientalmente mais apelativo e economicamente bastante aliciante. Foram realizados estudos deste tipo de resíduo usado singularmente e também em algumas misturas associado com diferentes proporções de cinzas volantes de forma a aumentar a reatividade das misturas efetuadas. Os resultados obtidos em termos de resistências mecânicas revelaram um desempenho inferior ao que é usualmente obtido com o cimento Portland. Ainda assim os mesmos foram uteis como forma de perceber a reatividade das misturas utilizadas. A avaliação ambiental, feita através da quantificação do potencial de aquecimento global, confirma que os novos ligantes apresentam melhor desempenho que o cimento Portland. O mesmo sucede relativamente à análise de custos. Porém as baixas resistências mecânicas conferem ao cimento Portland um melhor desempenho em termos do rácio custo/resistência mecânica., Portland cement is the material most used by the construction industry, however, the production thereof is associated with elevated carbon dioxide or of chemical origin by calcination of limestone also either due to energy consumption required for the industrial production of this material. The study of new low environmental impact binders and also inexpensive so is a priority in the current context of growing concerns for a more sustainable development. A line of research which is particularly favorable will the production of new alternative to Portland cement and binders at the same time allow the valuation of industrial waste. Investigations in the field of geopolymers prove to be technically possible to obtain binders from industrial waste using chemical activators. However these activators have a high cost and are associated with high carbon which reduces the environmental and economic competitiveness of new ligands compared to Portland cement. Knowing that in Portugal the recovery of waste (slag black steel plant) from the production of steel in the domestic steel industry still is not seen as something potentially good, tapped and based on some previous studies by other researchers for the rest of the world it was intended this master's thesis assess what the potential of this waste, alkali-activated by small percentages of calcium oxide and calcium hydroxide. It was intended that by analyzing the behavior of this environmentally more appealing binder and economically quite attractive. Studies were performed this type of waste used singularly and in some mixtures associated with different proportions of fly ash in order to increase the reactivity of the mixtures made. The results in terms of mechanical strength revealed underperformed which is usually obtained with Portland cement still they were useful as a way to understand the reactivity of the mixtures used. From an environmental and economic aspect, it was interesting to see that this material possess good environmental and economic performance, however when this performance is associated with the mechanical performance, shows up clearly that this alternative binder left much to be desired.

Mestrado em Engenharia do Ambiente Devido à forte dependência de combustíveis fósseis para a produção de energia no mundo, o nível de emissões de dióxido de carbono aumentou levando a um aumento do aquecimento global, que é acompanhada por mudanças climáticas em várias partes do mundo. Para reverter este facto, atualmente têm-se tentado utilizar fontes de produção de energia mais limpa, tal como a biomassa. A biomassa é considerada como uma fonte de energia renovável e pode desempenhar um papel importante nas tendências futuras de abastecimento de combustível. O principal problema da combustão de biomassa é gerar vários subprodutos e em grandes quantidades, nomeadamente as cinzas de biomassa, tais como, cinzas volantes e cinzas de fundo, que são constituídas por óxidos de cálcio e de magnésio, materiais estes que conferem às cinzas a potencialidade para capturar o dióxido de carbono, por carbonatação. Para avaliar o potencial de carbonatação de cinzas de biomassa, as amostras foram expostas a uma atmosfera rica em CO2, com o objetivo de acelerar o processo (carbonatação acelerada). A quantificação dos carbonatos formados foi determinada por dois métodos: i) um método titrimétrico, usando solução de hidróxido de bário e equilíbrios ácido-base; ii) um método instrumental por infravermelhos. Verificou-se que o método titrimétrico de quantificação de carbonatos não é suficientemente robusto para avaliar o potencial de carbonatação das cinzas de biomassa. Recorrendo a um método instrumental por infravermelho (IR), para quantificar carbonatos, estudou-se a formação de carbonatos nas cinzas volantes (CV), cinzas de fundo (CF) e por último na mistura de ambas as cinzas (50% CV e 50% CF). A CV original possui um teor de carbonatos que corresponde a um valor médio de CO2 capturado em base seca (bs) de 28,5 mg CO2/g CV, em condições de armazenamento. A humidade da cinza de 17% e o tempo de reação de carbonatação de 8 horas, mostrou ser as condições mais favoráveis à carbonatação da CV. O valor de carbonatos formados corresponde a uma captura de CO2 de 68,8mg CO2/g CV bs, que descontando 28,5 mg CO2/g CV bs da cinza original, representa um acréscimo de 40,3 mg CO2/g CV bs, ou seja, 142 %. Contudo, os diferentes valores de humidade conferidos à cinza, geram diferenças no grau de carbonatação que se esbatem no tempo de reação e ao cabo de 8 h as várias experiências conduzem a um valor semelhante de captura de CO2, traduzido por um valor médio de 65 mg CO2/g CV. As cinzas de fundo possuem um potencial de carbonatação três vezes inferior ao das cinzas volantes e a mistura de cinzas volantes com cinzas de fundo não favorece a carbonatação da cinza volante. Due to people’s strong dependency on fossile fuels for energy production worldwide, the emission levels of carbon dioxide have raised, leading to the increase of global warming, along with climatic changes everywhere in the planet. To change this, cleaner sources of energy production have been used, like biomass. Biomass is considered to be a source of renewable energy and can play an important role in the future tendency of fuel supplies. The main problem of biomass combustion is that it creates several subproducts in great quantities, particularly, the biomass ashes: the fly ash and the bottom ash. These ashes consist of calcium and magnesium oxide, which gives the ashes the capacity to capture carbon dioxide. The mechanism of the CO2 capture through biomass ashes is carried out through a system of chemical reactions, named carbonation. To evaluate the potential of biomass ashes carbonation, it was necessary to expose samples of ash to an atmosphere enriched in CO2, with the aim of accelerating the carbonation (accelerated carbonation) in the ash. The quantification of the formed carbonates was determined by two methods: i) A titrimetric method, using a solution of barium hydroxide and acid-base balances. ii) An instrumental method through infrarays. It was possible to see that the titrimetric method of carbonate quantification is not robust enough to evaluate the carbonation potential of biomass ash. By turning to an instrumental method through infrarays (IR) to quantify carbonates, we studied the carbonate formation in the fly ash (FA ), in the bottom ash (BA) and finally in the mixture of both ashes (50% FA and 50% BA). The fly ash has a carbonate nature which corresponds to a medium value of captured CO2 of 28,5mg CO2/g FA under storage conditions. The 17% ash humidity and the eight hour carbonation time showed to be the most favourable conditions to the fly ash carbonation. The formed carbonate value corresponds to a CO2 capture of 68,8mg CO2/g FA db, which, by deducting 28,5 mg CO2/ g FA db of the original ash, represents an increase of 40,3 mg CO2 g FA db, meaning, 142%. However, the different humidity values conferred to the ash, cause diferences on the carbonation level which fade out during the reaction time. After 8 hours the different experiments lead us to a similar value of CO2 capture, meaning a medium value of 65 mgCO2/ g FA. The bottom ash has a carbonation potential which is three times less than the fly ash one, and the carbonate formation in a mixture of fly ash with bottom ash does not favour the fly ash carbonation.

O crescente volume de incorporação de cinzas volantes como substituição do cimento poderá ser um veículo para produzir um betão mais ecológico e eficiente. No entanto, a tecnologia atual não permite que este tipo de betão seja realmente eficaz, pois a sua resistência à carbonatação poderá ser menor. Além disso, a tendência demográfica para as populações aglomerarem-se em meios cada vez mais urbanos e industrializados, proporciona um ambiente cada vez mais agressivo e exigente para as estruturas de betão. Aborda-se uma metodologia para a mitigação deste problema, adicionando hidróxido de cálcio na composição do betão. Neste contexto desenvolveu-se uma campanha experimental em argamassas com o objetivo de caracterizar a resistência à compressão e à carbonatação. Os resultados sugerem que esta tecnologia pode ser aplicada no betão de modo vantajoso.

Além de imprimir um carater sustentável ao betão, as cinzas volantes (CV) são frequentemente utilizadas para tornar a matriz mais resistente à ação dos cloretos. Por outro lado, o Ca(OH)2 existente na matriz é parcialmente consumido pelas reações pozolânicas, facilitando o avanço da frente de carbonatação. Tendo em conta a ação conjunta entre carbonatação e cloretos, este trabalho investiga a influência da presença de cloretos sobre o desenvolvimento da frente de carbonatação. Foram moldados provetes em argamassa com: 40%CV, CEM I 42,5R e água/ligante 0,52. Após a cura, os provetes foram submetidos a ciclos de imersão/secagem por 56 e 168 dias. Metade dos provetes foi submetida ao seguinte ciclo: 2 dias em solução contendo NaCl (3,5%); 12 dias em câmara de carbonatação (4%CO2). A outra metade: 2 dias em água destilada; 12 dias na mesma câmara. Em seguida, avaliou-se o desenvolvimento da frente de carbonatação. Os resultados indicam que a presença de cloretos exerce influência sobre a profundidade de carbonatação. Os provetes submetidos à ação do CO2 apresentaram profundidades superiores àqueles provetes submetidos à ação combinada. Este fato pode estar relacionado com alterações em propriedades da matriz e com a presença de sal em foram cristalina após evaporação da água.

Vol.3, A indústria do cimento é responsável por uma larga cota dos problemas ambientais a nível global: é a maior consumidora dos recursos naturais; é a maior responsável pela emissão de gases de efeito de estufa incluindo cerca de 1.8 Gt de CO /ano; e necessita de enormes quantidades de energia, correspondendo entre 12 a 15% da energia industrial utilizada. O cimento também não é utilizado da forma mais adequada, pois 40% do consumo de betão devese à reparação e renovação das construções, o que torna as estruturas de betão pouco eficientes devido à sua relativamente baixa durabilidade. Contudo, no futuro, o betão poderá e deverá evoluir no sentido de melhorar a sua eco-eficiência, utilizando menor quantidade de cimento na sua composição, substituindo-o por elevado volume de adições minerais, nomeadamente cinzas volantes. No entanto, a tecnologia atual não permite que este tipo de betão seja eficiente, pois a sua durabilidade a longo prazo pode estar comprometida. De facto, com o aumento da dosagem de adições minerais, os componentes alcalinos da pasta são consumidos na reação pozolânica, podendo comprometer a camada passivante, protetora das armaduras, ficando o betão vulnerável à carbonatação. Este artigo explora uma metodologia promissora para a mitigação deste problema, que consiste na adição criteriosa de cal hidratada na composição do betão, realçando as sinergias dos seus componentes, para que este resista à carbonatação. Propõe -se, assim, fabricar um betão de elevado volume de cinzas volantes, com pouco cimento mas de elevada vida útil: um betão eficiente e sustentável. Neste contexto, desenvolveu-se uma campanha experimental com o objetivo de caracterizar o comportamento de betão de elevado volume de cinzas volantes, nomeadamente no que diz respeito à sua durabilidade. Os resultados serão apresentados e devidamente analisados.

Vol.1, A incorporação de cinzas volantes (CV) em matrizes cimentícias tem sido frequentemente utilizada com objetivo de tornar a matriz mais resistente à ação dos cloretos. Por outro lado, sabe-se que o Ca(OH) existente na matriz é parcialmente consumido pelas reações pozolânicas, o que facilita o avanço da frente de carbonatação. Tendo em conta que a ação conjunta entre a carbonatação e a penetração de cloretos é uma realidade ainda pouco conhecida, especula-se sobre o comportamento da matriz face a esta ação combinada. Assim, este trabalho investiga a influência da presença de cloretos sobre a frente de carbonatação em argamassas contendo CV. Foram moldados provetes com 0% e 40% de substituição de cimento CEM I 42,5R por CV e relação água/ligante de 0,56 e 0,52, respetivamente. Após 90 dias de cura os provetes foram submetidos a ciclos de imersão/secagem por 56 dias. Metade dos provetes foi submetida ao seguinte ciclo: 2 dias em solução contendo NaCl (concentração igual a 3,5%); 12 dias em câmara de carbonatação (4% de teor de CO 2). A outra metade esteve: 2 dias em água destilada; 12 dias em câmara de carbonatação. Em seguida, a evolução da frente de carbonatação foi avaliada. Os resultados indicam que a presença de cloretos exerce influência sobre a carbonatação. Os provetes submetidos à ação exclusiva do CO2 apresentaram uma profundidade de carbonatação superior aquela apresentada pelos provetes submetidos à ação combinada. Este fato pode estar relacionado com alterações em propriedades da matriz que podem conduzir a um maior refinamento dos poros e com a presença do sal que pode conduzir ao preenchimento parcial dos poros e ao aumento no teor de humidade.