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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33537
ORCID: | http://orcid.org/0000-0001-7596-7118 |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Os efeitos da incorporação de resíduos de pneus nas propriedades de compósitos a base de geopolímero |
Alternate title (s): | The effects of waste tire incorporation on the properties of geopolymer based composites |
Author: | Gratão, Leonardo Santos |
First Advisor: | Motta, Leila Aparecida de Castro |
First coorientator: | Ferreira, Rondinele Alberto dos Reis |
First member of the Committee: | Dias, Cleber Marcos Ribeiro |
Second member of the Committee: | Paula, Heber Martins de |
Summary: | O crescimento econômico e populacional, impulsionam a extração de recursos naturais de modo intenso, prejudicando o meio ambiente e a saúde humana. A indústria da construção civil utiliza grande quantidade de matérias primas, de energia, usa materiais cuja produção emite gases poluentes e ainda gera grande volume de resíduos. Por outro lado, o setor da construção tem grande potencial de absorver vários tipos de resíduos na produção de materiais de construção mais sustentáveis, minimizando, assim, o impacto do setor no meio ambiente. Nesse sentido, esta pesquisa propõe avaliar o uso de resíduos de borracha de pneu em argamassa geopolimérica à base de metacaulim ativada com solução de silicato de sódio (12 M) e hidróxido de sódio (15 M). Para tanto, foi definida a argamassa geopolimérica que servirá de referência para todos os compósitos com relação areia/metacaulim igual a 2, água/metacaulim 0,60 e Na2SiO3/NaOH de 2,5. Para a análise e otimização desses compósitos, foi utilizado o planejamento composto central com 18 experimentos para estudar a influência do teor de substituição (em volume) de areia por resíduos de borracha (1 a 20%), da porcentagem (em massa) de resíduo graúdo de borracha (0 a 100%) e do tempo de cura (1 a 28 dias). Foram avaliadas propriedades como resistência à compressão, absorção de água, índice de vazios, massa específica, módulo de ruptura na flexão, módulo de elasticidade e tenacidade dos compósitos geopoliméricos produzidos. Além disso, foram realizadas análises por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por energia dispersiva e difração de raios x para avaliar a microestrutura e composição dos compósitos. Com a análise das superfícies de respostas, observou-se que a substituição da areia por resíduo de borracha teve pouca influência no módulo de elasticidade, a variação da granulometria teve pouca influência na resistência à compressão e no módulo de ruptura e o tempo de cura teve influência em todas as propriedades estudadas. Em comparação com o geopolímero de referência, foi observado que a substituição de 10,50% de areia por resíduo de borracha com apenas borracha graúda e 14,50 dias de cura apresentou redução na resistência à compressão de 20,41%, 12,18% na absorção de água , 13,73% no índice de vazios, 1,76% na massa específica e aumento de 15,08% no módulo de ruptura, 1,50% no módulo de elasticidade e 95,76% na tenacidade. Com a microscopia eletrônica de varredura foi observada que o aumento das dimensões do resíduo de borracha ocasionou diminuição da quantidade de poros na matriz, corroborando com a análise do índice de vazios, também foi observado redução do número de trincas com o aumento do teor de borracha, corroborando com a análise da tenacidade, podendo mudar o comportamento de ruptura do compósito de frágil para dúctil. Com o DRX observou-se que a matriz geopolimérica é composta por fases cristalinas e que não houve variação significativa na sua composição, mesmo com variação de tempo de cura e teor de resíduo. O compósito geopolimérico com borracha, pode ser utilizado em várias aplicações como: concretos ou fabricação de elementos pré-moldados para a construção civil. |
Abstract: | Economic and population growth drive the extraction of natural resources intensely, harming the environment and human health. The construction industry uses a large amount of raw materials, energy, uses materials whose production emits polluting gases and also generates a large volume of waste. On the other hand, the construction sector has great potential to absorb various types of waste in the production of more sustainable building materials, thus minimizing the sector's impact on the environment. In this sense, this research proposes to evaluate the use of tire rubber waste in geopolymer mortar based on metakaolin activated with a solution of sodium silicate (12 M) and sodium hydroxide (15 M). For this purpose, the geopolymer mortar that will serve as a reference for all composites with a sand/metakaolin ratio of 2, water/metakaolin of 0.60 and Na2SiO3/NaOH of 2.5 was defined. For the analysis and optimization of these composites, central composite planning with 18 experiments was used to study the influence of the replacement content (by volume) of sand by rubber residues (1 to 20%), of the percentage (by mass) of coarse rubber residue (0 to 100%) and cure time (1 to 28 days). Properties such as compressive strength, water absorption, void ratio, specific mass, flexural modulus of rupture, modulus of elasticity and toughness of the produced geopolymer composites were evaluated. Furthermore, analyzes were performed by scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and x-ray diffraction to evaluate the microstructure and composition of the composites. With the analysis of the response surfaces, it was observed that the replacement of sand by rubber residue had little influence on the modulus of elasticity, the variation in particle size had little influence on the compressive strength and on the modulus of rupture and the curing time had little influence on all properties studied. In comparison with the reference geopolymer, it was observed that the replacement of 10.50% of sand by rubber residue with only coarse rubber and 14.50 days of cure presented a reduction in compressive strength of 20.41%, 12.18 % in water absorption, 13.73% in void index, 1.76% in specific mass and increase of 15.08% in modulus of rupture, 1.50% in modulus of elasticity and 95.76% in toughness. With scanning electron microscopy it was observed that the increase in the dimensions of the rubber residue caused a decrease in the amount of pores in the matrix, corroborating with the analysis of the void index, it was also observed a reduction in the number of cracks with the increase in the rubber content , corroborating with the analysis of tenacity, which can change the rupture behavior of the composite from brittle to ductile. With the XRD it was observed that the geopolymer matrix is composed of crystalline phases and that there was no significant variation in its composition, even with variation in curing time and residue content. The geopolymer composite with rubber can be used in various applications such as: concrete or precast elements for civil construction. |
Keywords: | Compósito geopolimérico Resíduos de borracha de pneu Planejamento Composto Central Superfície de resposta Metacaulim Geopolymer composite Tire rubber waste Central Composite Planning Response surface Metakaolin |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL::MATERIAIS E COMPONENTES DE CONSTRUCAO |
Subject: | Engenharia civil Borracha - Produtos Resíduos industriais Recursos naturais - Exploração |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil |
Quote: | GRATÃO, Leonardo Santos. Os efeitos da incorporação de resíduos de pneus nas propriedades de compósitos a base de geopolímero. 2021. 153 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.512 |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.512 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33537 |
Date of defense: | 1-Oct-2021 |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Civil |
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