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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22718
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Caracterização de estéril de mineração e sua utilização em argamassas e em compósitos cimentícios reforçados com fibras de PVA |
Título(s) alternativo(s): | Characterization of mining waste rock and its use in mortars and PVA fiber-reinforced cementitious composites with PVA fibers |
Autor: | Cezar, Bruna Figueiredo |
Primeiro orientador: | Magalhães, Margareth da Silva |
Segundo orientador: | Pimenta, André Rocha |
Primeiro membro da banca: | Goliath, Kíssila Botelho |
Segundo membro da banca: | Rocha, Camila Aparecida Abelha |
Resumo: | O estéril oriundo da extração do minério de ferro é um resíduo gerado na mineração que é disposto em estruturas geotécnicas tais como pilhas, barragens ou cavas, as quais demandam monitoramento adequado para garantir a segurança destas estruturas. O setor da mineração produz elevadas quantidades deste material, garantido sua disponibilidade para aplicação em materiais cimentícios, todavia, na literatura, há poucos estudos sobre esta aplicação. A utilização do estéril como adição mineral em argamassas e compósitos cimentícios com elevada capacidade de deformação é um tema inovador, que ainda não foi relatado na bibliografia. O uso de estéril representa uma forma de tornar este tipo de compósito mais sustentável, mitigando o consumo de cimento e possibilitando a utilização de um resíduo da mineração. O presente estudo teve como objetivo o desenvolvimento de um programa experimental para a caracterização físico-química, morfológica, mineralógica e térmica do estéril e a sua aplicação em argamassas e no ECC. De acordo com os resultados deste trabalho, o estéril é um material sílico-aluminoso cristalino com grãos com formato lamelar e elevada área superficial. Os resultados de caracterização foram promissores para sua aplicação como fíler em argamassas e no ECC. Para a aplicação do estéril em argamassa, foram utilizados três teores de substituição de cimento por estéril (10%, 20% e 30%) e foram realizados ensaios no estado fresco e endurecido. No estado fresco, o estéril não afetou as misturas de argamassa, não havendo a necessidade do uso de superplastificante. Já no estado endurecido, o estéril influenciou as propriedades físicas de massa específica, absorção de água e índice de vazios e às propriedades mecânicas de resistência à compressão, tenacidade e energia de fratura. Quanto ao ECC, foram avaliados dois teores de estéril (20% e 30%) e dois teores de água/(cimento + estéril) de 0,40 e 0,32. O ECC apresentou comportamento de endurecimento quando submetido à esforços de tração e de flexão com a formação de múltiplas fissuras. A massa específica do ECC foi pouco afetada pelo uso do estéril, e a trabalhabilidade das misturas foi adequada. No estado endurecido, as propriedades físicas de massa específica, absorção de água e índice de vazios foram afetadas com o uso estéril, assim como as propriedades mecânicas de resistência à compressão, módulo de elasticidade, resistência à tração, resistência à flexão e capacidade de deformação. A redução de água na mistura, reduziu o índice de vazios, a absorção de água e a capacidade de deformação do ECC, assim como aumentou a resistência à compressão, o módulo de elasticidade, a resistência à tração e a resistência à flexão. Portanto, os resultados dos ensaios confirmaram a aplicação do estéril como adição mineral em materiais cimentícios, sendo promissores para os teores de estéril avaliados nesta pesquisa (até 30% de estéril). |
Abstract: | Waste rock from the extraction of iron ore is waste generated during mining that is disposed of in geotechnical structures such as piles, dams or pits, which require adequate monitoring to ensure the safety of these structures. The mining sector produces large quantities of this material, ensuring its availability for application in cementitious materials, however, in the literature, there are few studies on this application. The use of waste rock as a mineral addition in mortars and cementitious composites with high strain capacity is an innovative topic, which has not yet been reported in the literature. The use of waste rock represents a way of making this type of composite more sustainable, mitigating the consumption of cement and enabling the use of mining waste. The present study aimed to develop an experimental program for the physical-chemical, morphological, mineralogical and thermal characterization of waste rock and its application in mortars and ECC. According to the results of this work, waste rock is a crystalline silico-aluminous material with lamellar-shaped grains and high surface area. The characterization results were promising for its application as a filler in mortars and ECC. To produce waste rock mortars, three levels of cement replacement by waste rock were used (10%, 20% and 30%) and tests were carried out in the fresh and hardened state. In the fresh state, the waste rock did not affect the mortar mixtures, meaning there was no need to use superplasticizer. In the hardened state, the waste rock influenced the physical properties of specific mass, water absorption and void index, and the mechanical properties of compressive strength, toughness and fracture energy. Regarding to ECC mixtures, two waste rock contents (20% and 30%) and two water/(cement + waste rock) contents of 0.40 and 0.32 were evaluated. The ECCs mixtures showed strain and deflection hardening behavior, with multiple cracks formation. The specific mass of fresh ECC mixtures were little affected by the use of waste rock and the workability of the mixtures was adequate. In the hardened state, the physical properties of specific mass, water absorption and void index were affected by using waste rock, as well as the mechanical properties of compressive strength, modulus of elasticity, tensile strength, flexural strength and strain capacity. The reduction of water in the ECC mixture reduced the void index, water absorption and strain capacity of the ECC, as well as increased the compressive strength, elastic modulus, tensile strength and flexural strength. Therefore, the test results confirmed its application as a mineral addition in cementitious materials, being promising for the waste rock contents evaluated in this research (up to 30% waste). |
Palavras-chave: | Engenharia civil Minérios de ferro Argamassa Cimento Resistência de materiais Civil engineering Iron ores Mortar Cement Strength of materials |
Área(s) do CNPq: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil |
Citação: | CEZAR, Bruna Figueiredo. Caracterização de estéril de mineração e sua utilização em argamassas e em compósitos cimentícios reforçados com fibras de PVA. 2024. 250 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22718 |
Data de defesa: | 29-Jul-2024 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia Civil |
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