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Authors
Abstract(s)
Os ladrilhos cerâmicos, utilizados em Portugal ininterruptamente há mais de cinco
séculos, constituem uma solução eficiente, prática e de baixo custo, e ao mesmo tempo
uma forma de qualificação estética dos espaços interiores e exteriores dos edifícios e
espaços urbanos. Os ladrilhos caracterizam-se pela baixa permeabilidade ou mesmo
impermeabilidade, resistência ao desgaste, facilidade de manutenção e limpeza, face a
outras soluções de revestimento de paramentos verticais e horizontais.
A aplicação de ladrilhos é indissociável da produção de argamassas colantes, que
sofreram uma grande evolução em meados do século XX com o início da produção de
argamassas secas pré-doseadas e a incorporação de adjuvantes, nomeadamente os
retentores de água e os ligantes poliméricos, que possibilitaram a redução da espessura
a aplicar destes materiais e aumentam a capacidade colante. Esta evolução deu origem
a uma nova geração de produtos, os adesivos para ladrilhos, que incluem os
cimentos-cola, cujo ligante é o cimento.
À produção de cimento está associado a um impacto ambiental significativo, resultado
do consumo de matérias-primas não renováveis e da emissão de CO2. Uma das formas
de mitigar este impacto e contribuir para uma construção mais sustentável, é reduzir a
quantidade de cimento utilizado em produtos de construção em particular se, em
simultâneo, se reutilizar subprodutos de outras industrias. É neste sentido que surge a
presente dissertação, que pretende contribuir para o desenvolvimento de cimentos-cola
com menores teores de cimento, ao substitui-lo parcialmente por resíduo um resíduo
gerado em refinarias de petróleo em concreto, o catalisador usado da unidade de
cracking catalítico em leito fluidizado (FCC – fluid catalytic cracking).
Neste contexto foram preparadas duas séries de cimentos-cola, que pretendiam
reproduzir dois tipos de cimentos-cola com exigências funcionais distintas, nas quais o
cimento foi sendo parcialmente substituído pelo resíduo de catalisador de FCC em
percentagens até 50%, em massa, cimento. O objetivo foi avaliar a evolução das
características dos dois cimentos-cola em função do aumento do teor de resíduo de
catalisador de FCC, e comparar os valores obtidos com os de duas misturas de
referência que pretendiam reproduzir da melhor forma possível os cimentos-cola
correspondentes, comercializados pela CIARGA.
As propriedades dos cimentos-cola foram avaliadas através da realização dos ensaios
previstos na norma NP EN 12004:2007+A1, e incluíram a determinação da tensão de
aderência em diversas condições de envelhecimento das amostras e após tempo aberto, a identificação dos modos de rotura na falha, a capacidade de transferência de
cimento-cola para o ladrilho, a resistência ao escorregamento e a deformação
transversal do cimento-cola.
A substituição parcial de cimento por resíduo de catalisador de FCC conduz a uma
diminuição da trabalhabilidade das misturas em ambas as séries – MC_FCC e
MCR_FCC. Na série MC_FCC, a tensão de aderência, principal característica dos
cimentos-cola, atinge um máximo nos cimentos-cola em que o teor de substituição foi
de 12,5%. Na série MCR_FCC, em 3 ensaios (aderência após imersão em água, após
envelhecimento por calor e após tempo aberto de 30 minutos) o valor mais elevado da
tensão de aderência foi atingido pelos cimentos cola com 25% de teor de substituição.
Todos os cimentos-cola da série MC_FCC cumpriram o requisito da norma para um
cimento-cola do tipo especificado. No caso da série MCR_FCC, apenas o cimento-cola
MCR_FCC50 não cumpriu o requisito da norma, no caso do ensaio de determinação da
tensão de aderência pós envelhecimento em água.
A resistência ao escorregamento tende a diminuir nos cimentos-cola com teores de
substituição a partir de 25%, inclusive. Os cimentos-cola com 12,5 de teor de
substituição apresentam um escorregamento superior, mas muito próximo, do verificado
para o cimento-cola de referência. Os cimentos-cola do tipo reproduzido pela série
MCR_FCC cumpriram todos o requisito normativo.
A substituição parcial de cimento por resíduo de catalisador de FCC, em cimentos-cola,
reflete-se na diminuição da quantidade de cimento consumido, e consequentemente na
redução das emissões de CO2, bem como na redução do consumo de matérias-primas
não renováveis, contribuindo ao mesmo tempo para a melhoria das características dos
cimentos-cola, quando comparados com os produtos atualmente comercializados.
Ceramic tiles have been used in Portugal for more than five centuries. Besides being an inexpensive and practical solution for wall cladding, it is also a way of qualifying, aesthetically, the interior and exterior spaces of buildings and urban spaces. Ceramic tiles are known to be impermeable, resistant to wear and easy to maintain and clean when compared to other surface coating solutions. The production of adhesive mortars, essential for tiling, suffered a significant evolution in the twentieth century namely associated to the production of dry-mix mortars, which allowed different additions and admixtures incorporation on their compositions. That lead to their technical performance improvement. The addition of water retention agents, specifically, made possible for the mortars to be applied in thinner layers, improving the yield of the adhesive mortar. These polymer-modified pre-packed dry-mix mortars are part of a new kind products, the adhesives for tiles. These family of materials include the cementitious adhesives, using cement as binder. Cement production is accountable for a considerable environmental impact due to the consumption of non-renewable raw materials and CO2 emissions. Reducing the cement consumption, by reutilizing waste products from other industries, is one way of lowering this environmental impact and contribute to a more sustainable construction. Considering this actions, the aim of this thesis is to contribute to the development of new cementitious adhesives with less cement, by partially replacing it with spent FCC (fluid catalytic cracking) catalyst. Two series of cementitious-adhesive mixtures were prepared and, in which, the rate of cement replacement by spent FCC catalyst in each mixture was incrementally increased up to 50 percent of the total mass of binder. The objective was to assess the evolution of the cementitious-adhesives’ characteristics in relation to the amount of cement replaced and compare those values with those of the reference mixtures. Reference mixtures were prepared as a way of reproducing the type of cementitious adhesives sold by CIARGA, and thus having a term of comparison. The characteristics of each mixture were determined by using the test methods referred on the European norm EN 12004:2007+A1 bond adhesive strength under various types of conditioning, open time, slip and transverse deformation. The partial replacement of cement by spent FCC catalyst lead to a reduction of the mixtures’ workability. Considering the MC_FCC adhesives, the tensile adhesion strength peaks when the cement is replaced by FCC at a 12,5 percentage. When evaluating the MCR_FCC adhesives, the top tensile adhesion strength is measured for the MCR_FCC25 adhesive for 3 testes (adhesion strength after water immersion, after heat aging and after open time 30 minutes). All adhesives, except for MCR_FCC50 in the adhesion after heat aging test, complied with the requirements stated on the standard for an adhesive of the specified type. The slip decreases for the mixtures with 25% and more of replacement rate. For adhesives with a 12,5% replacement rate, the measured slip is higher, but very close to those with no FCC. All adhesives in the MCR_FCC series achieved enough slip resistance to be classified as an adhesive with reduced slip The incorporation of waste FCC catalyst in cementitious adhesives leads to a reduction of CO2 emissions as well as a reduction of raw-materials consumption, while improving the characteristics of the cementitious adhesives compared to those currently marketed.
Ceramic tiles have been used in Portugal for more than five centuries. Besides being an inexpensive and practical solution for wall cladding, it is also a way of qualifying, aesthetically, the interior and exterior spaces of buildings and urban spaces. Ceramic tiles are known to be impermeable, resistant to wear and easy to maintain and clean when compared to other surface coating solutions. The production of adhesive mortars, essential for tiling, suffered a significant evolution in the twentieth century namely associated to the production of dry-mix mortars, which allowed different additions and admixtures incorporation on their compositions. That lead to their technical performance improvement. The addition of water retention agents, specifically, made possible for the mortars to be applied in thinner layers, improving the yield of the adhesive mortar. These polymer-modified pre-packed dry-mix mortars are part of a new kind products, the adhesives for tiles. These family of materials include the cementitious adhesives, using cement as binder. Cement production is accountable for a considerable environmental impact due to the consumption of non-renewable raw materials and CO2 emissions. Reducing the cement consumption, by reutilizing waste products from other industries, is one way of lowering this environmental impact and contribute to a more sustainable construction. Considering this actions, the aim of this thesis is to contribute to the development of new cementitious adhesives with less cement, by partially replacing it with spent FCC (fluid catalytic cracking) catalyst. Two series of cementitious-adhesive mixtures were prepared and, in which, the rate of cement replacement by spent FCC catalyst in each mixture was incrementally increased up to 50 percent of the total mass of binder. The objective was to assess the evolution of the cementitious-adhesives’ characteristics in relation to the amount of cement replaced and compare those values with those of the reference mixtures. Reference mixtures were prepared as a way of reproducing the type of cementitious adhesives sold by CIARGA, and thus having a term of comparison. The characteristics of each mixture were determined by using the test methods referred on the European norm EN 12004:2007+A1 bond adhesive strength under various types of conditioning, open time, slip and transverse deformation. The partial replacement of cement by spent FCC catalyst lead to a reduction of the mixtures’ workability. Considering the MC_FCC adhesives, the tensile adhesion strength peaks when the cement is replaced by FCC at a 12,5 percentage. When evaluating the MCR_FCC adhesives, the top tensile adhesion strength is measured for the MCR_FCC25 adhesive for 3 testes (adhesion strength after water immersion, after heat aging and after open time 30 minutes). All adhesives, except for MCR_FCC50 in the adhesion after heat aging test, complied with the requirements stated on the standard for an adhesive of the specified type. The slip decreases for the mixtures with 25% and more of replacement rate. For adhesives with a 12,5% replacement rate, the measured slip is higher, but very close to those with no FCC. All adhesives in the MCR_FCC series achieved enough slip resistance to be classified as an adhesive with reduced slip The incorporation of waste FCC catalyst in cementitious adhesives leads to a reduction of CO2 emissions as well as a reduction of raw-materials consumption, while improving the characteristics of the cementitious adhesives compared to those currently marketed.
Description
Trabalho final de mestrado para obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil na área de Especialização de Edificações.
Keywords
Cimento Cement Impacto ambiental Environmental impact Cimento-cola Cementitious adhesives Resíduo de catalisador de FCC Spent FCC catalyst Reutilização de resíduos industriais Industrial waste reuse
Citation
GONÇALVES, João do Rego - Cimentos-cola com incorporação de resíduo da indústria petrolífera. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2017. Dissertação de mestrado.
Publisher
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa