Produção otimizada e caracterização de bloco sílico-calcário utilizando rejeito de mineração de carvão in natura
The aim of this research was the characterization of specimens of sand-lime bricks (slb) using in natura coal mining tailings to replace natural sand, using the Mixture Experiment technique to optimize proportions between the raw materials that maximize the compressive strength of the specimens prod...
| Autor principal: | Silva, Rogério Barbosa da |
|---|---|
| Formato: | Tese |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2022
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29896 |
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riut-1-298962022-10-11T06:07:17Z Produção otimizada e caracterização de bloco sílico-calcário utilizando rejeito de mineração de carvão in natura Optimized production and characterization of sand lime bricks using tailing from in natura coal mining Silva, Rogério Barbosa da Matoski, Adalberto https://orcid.org/0000-0001-5503-4943 http://lattes.cnpq.br/4370803094890281 Neves Junior, Alex https://orcid.org/0000-0002-8795-0986 http://lattes.cnpq.br/8587525595571228 Matoski, Adalberto https://orcid.org/0000-0001-5503-4943 http://lattes.cnpq.br/4370803094890281 Abdalla Filho, João Elias https://orcid.org/0000-0002-0560-2890 http://lattes.cnpq.br/5937902167536869 Costa, Marienne do Rocio de Mello Maron da https://orcid.org/0000-0002-9421-7985 http://lattes.cnpq.br/5229531991560634 Demczuk, Paulina Kostrzewa https://orcid.org/0000-0002-8052-1214 Mazer, Wellington https://orcid.org/0000-0002-9941-999X http://lattes.cnpq.br/4548225471488796 Carvão - Minas e mineração Resíduos como material de construção Rejeitos (Metalurgia) Agregados (Materiais de construção) Matérias-primas - Testes Resistência de materiais Concreto - Mistura Projetos otimizados (Estatística) Coal mines and mining Waste products as building materials Tailings (Metallurgy) Aggregates (Building materials) Raw materials - Testing Strength of materials Concrete - Mixing Optimal designs (Statistics) CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL Engenharia Civil The aim of this research was the characterization of specimens of sand-lime bricks (slb) using in natura coal mining tailings to replace natural sand, using the Mixture Experiment technique to optimize proportions between the raw materials that maximize the compressive strength of the specimens produced. The research was carried out initially by producing specimens with proportions between the raw materials that were chosen through Mixture Experiments technique só that a response surface model was obtained capable of optimizing proportions that maximize the compressive strength of new specimens produced. The characterization of the raw materials was carried out by: Granulometry, X-Ray Fluorescence (XRF), X-Ray Diffraction, Thermal Analysis (TA) and Total Sulfur, for the specimens initially produced were: Compressive strength, XRD, TA and Scanning Electron Microscopy with EDS (SEM-EDS). Analysis of Variance (ANOVA) and Tukey test were used to assess the statistical significance of the variables. The specimens optimized by the model were characterized by compressive strength test, XRD, TA, SEM-EDS, Water Absorption, Linear Shrinkage, Apparently Density and Accelerated aging test evaluating the compressive strength, leaching and solubilization. For the specimens initially produced, compressive strengths between 4.99MPa to 19.26 MPa were obtained. Statistical analyzes showed that hydrated lime is the variable that most contributes to the increase in strength and the tailings that most contribute to the decrease in compressive strength. The response surface model obtained was satisfactory for prediction and optimization studies for proportions that present at least 15% sand and up to 76% tailings, showing that the proportion that maximizes compressive strength is obtained with 90% sand and 10% hydrated lime. The specimens produced with an optimized proportion showed water absorption between 14.75% and 16.22%, apparently density between 1894 kg/m³ and 1922 kg/m³, without retraction or expansion of their measures. The accelerated aging test showed that the climatic conditions simulated did not affect the compressive strength, however it increased the leached amounts of some metals and increased the solubilization at levels that suggest that the specimens can act as stabilizers/solidifiers of these analyzed metals, the high sulfate solubilization suggests that the future bricks can be used in unsaturated condition. Finally, the tailings showed potential to be used in the manufacture of slb to replace natural sand. O objetivo dessa pesquisa foi a caracterização de corpos de prova de blocos sílico-calcário (bsc) utilizando rejeito de mineração de carvão in natura em substituição à areia natural, utilizando a técnica de Experimentos de Misturas para otimizar proporções entre as matérias-primas que maximizam a resistência à compressão dos corpos de prova produzidos. A pesquisa foi realizada produzindo inicialmente corpos de prova com diferentes proporções entre as matérias-primas que foram escolhidas através de técnicas de Experimentos de Misturas para que fosse obtido um modelo de superfície de resposta capaz de predizer e otimizar proporções que maximizam a resistência à compressão de novos corpos de prova produzidos. A caracterização das matérias-primas foi realizada por: Granulometria, Fluorescência de raios x (FRX), Difração de raios x (DRX), Análise Térmica (AT) e Enxofre total, para os corpos de prova inicialmente produzidos foram: Resistência à compressão, DRX, AT e Microscopia Eletrônica de Varredura com EDS (MEV-EDS). Análise de variância (ANOVA) e teste de tukey foram utilizados para avaliar a significância estatística das variáveis. Os corpos de prova otimizados pelo modelo foram caracterizados por Ensaio de resistência à compressão, DRX, AT, MEV-EDS, Absorção de água, Retração linear, Densidade aparente e Ensaio de envelhecimento acelerado avaliando a resistência à compressão, lixiviação e solubilização. Para os corpos de prova inicialmente produzidos foram obtidas resistências à compressão entre 4,99MPa à 19,26 MPa. Análises estatísticas mostraram que a cal hidratada é a variável que mais contribui com o aumento da resistência e o rejeito a que mais contribui com a queda da resistência à compressão. O modelo de superfície de resposta obtido foi satisfatório para estudos de predição e otimização para proporções que apresentam pelo menos 15% de areia e até 76% de rejeito, mostrando que a proporção que maximiza a resistência à compressão é obtida com 90% de areia e 10% de cal hidratada. Os corpos de prova produzidos com proporção otimizada apresentaram absorção de água entre 14,75% e 16,22%, densidade aparente entre 1894kg/m³ e 1922 kg/m³, sem retração ou expansão de suas medidas. O ensaio de envelhecimento acelerado mostrou que as condições climáticas simuladas não afetou a resistência à compressão, porém aumentou as quantidades lixiviadas de alguns metais e aumentou a solubilização em níveis que sugerem que os corpos de prova possam agir como estabilizantes/solidificantes destes metais analisados, a alta solubilização de sulfato sugere que futuros blocos produzidos possam ser utilizados em condição não saturada. Por fim, o rejeito apresentou potencial para ser utilizado na fabricação do bsc em substituição à areia natural. 2022-10-10T19:18:06Z 2022-10-10T19:18:06Z 2022-09-28 doctoralThesis SILVA, Rogério Barbosa da. Produção otimizada e caracterização de bloco sílico-calcário utilizando rejeito de mineração de carvão in natura. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29896 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Carvão - Minas e mineração Resíduos como material de construção Rejeitos (Metalurgia) Agregados (Materiais de construção) Matérias-primas - Testes Resistência de materiais Concreto - Mistura Projetos otimizados (Estatística) Coal mines and mining Waste products as building materials Tailings (Metallurgy) Aggregates (Building materials) Raw materials - Testing Strength of materials Concrete - Mixing Optimal designs (Statistics) CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL Engenharia Civil Silva, Rogério Barbosa da Produção otimizada e caracterização de bloco sílico-calcário utilizando rejeito de mineração de carvão in natura |
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The aim of this research was the characterization of specimens of sand-lime bricks (slb) using in natura coal mining tailings to replace natural sand, using the Mixture Experiment technique to optimize proportions between the raw materials that maximize the compressive strength of the specimens produced. The research was carried out initially by producing specimens with proportions between the raw materials that were chosen through Mixture Experiments technique só that a response surface model was obtained capable of optimizing proportions that maximize the compressive strength of new specimens produced. The characterization of the raw materials was carried out by: Granulometry, X-Ray Fluorescence (XRF), X-Ray Diffraction, Thermal Analysis (TA) and Total Sulfur, for the specimens initially produced were: Compressive strength, XRD, TA and Scanning Electron Microscopy with EDS (SEM-EDS). Analysis of Variance (ANOVA) and Tukey test were used to assess the statistical significance of the variables. The specimens optimized by the model were characterized by compressive strength test, XRD, TA, SEM-EDS, Water Absorption, Linear Shrinkage, Apparently Density and Accelerated aging test evaluating the compressive strength, leaching and solubilization. For the specimens initially produced, compressive strengths between 4.99MPa to 19.26 MPa were obtained. Statistical analyzes showed that hydrated lime is the variable that most contributes to the increase in strength and the tailings that most contribute to the decrease in compressive strength. The response surface model obtained was satisfactory for prediction and optimization studies for proportions that present at least 15% sand and up to 76% tailings, showing that the proportion that maximizes compressive strength is obtained with 90% sand and 10% hydrated lime. The specimens produced with an optimized proportion showed water absorption between 14.75% and 16.22%, apparently density between 1894 kg/m³ and 1922 kg/m³, without retraction or expansion of their measures. The accelerated aging test showed that the climatic conditions simulated did not affect the compressive strength, however it increased the leached amounts of some metals and increased the solubilization at levels that suggest that the specimens can act as stabilizers/solidifiers of these analyzed metals, the high sulfate solubilization suggests that the future bricks can be used in unsaturated condition. Finally, the tailings showed potential to be used in the manufacture of slb to replace natural sand. |
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SILVA, Rogério Barbosa da. Produção otimizada e caracterização de bloco sílico-calcário utilizando rejeito de mineração de carvão in natura. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. |
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