Caracterização de areias de quartzo do estado de Mato Grosso do Sul para aplicações industriais

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014.O termo areia industrial compreende areias com elevado conteúdo de quartzo e com uma variedade de aplicações, cada uma com especificações físicas e químicas bem definidas. A mesorregião Centro-Norte do estado de Mato Grosso do Sul oferece um grande potencial para o uso eficiente e sustentável de areia de quartzo. Levando-se em conta o grande montante de areia presente e, atualmente utilizado, basicamente para fins de baixo valor agregado. Sendo assim, 100 pontos de perfuração foram definidos, tal que as amostras obtidas foram caracterizadas por difração de raios X, espectroscopia de fluorescência de raios X, microscopia óptica, distribuição de tamanho de partícula e espectrofotometria. Os resultados principais mostraram que as amostras de areias apresentaram teores relativamente elevados de sílica (SiO2) e baixos de hematita (Fe2O3), isto é, 70% contêm mais que 90% de SiO2 e 63% contêm menos que 1% de Fe2O3. As areias ainda apresentaram alumina (Al2O3) em sua composição química, sendo que 91% das amostras contêm menos que 8% de Al2O3, indicando uma pequena presença de material argiloso. Análises cristalográficas indicaram picos característicos de quartzo e, para algumas amostras, picos de caulinita e hematita. Análises de tamanho de partícula mostraram que 90% das amostras apresentaram tamanho médio entre 200 e 500 µm. A partir dos resultados das caracterizações, foram propostas aplicações industriais compatíveis com as características apresentadas pelas areias, que incluíram os setores vidreiro e de revestimentos cerâmicos. Assim e com a finalidade de se verificar ainda o potencial deste mineral, vidros, fritas e vidrados cerâmicos foram desenvolvidos, em nível laboratorial, e caracterizados quanto as suas propriedades físicas, químicas, estruturais, térmicas e ópticas, e comparados com produtos comerciais. Os principais resultados mostraram um vidro com sua estrutura amorfa característica e, elevada transparência, com transmitância entre 80 e 90% na faixa de comprimento de onda da luz visível. As fritas, mate e transparente, revelaram-se fundentes quando utilizadas isoladamente em vidrados cerâmicos de mesma natureza, porém adequadas quando em conjunto com fritas de caráter refratário. Os vidrados mate e transparente produzidos, a partir das fritas, apresentaram adequado efeito estético e características típicas de vidrados comerciais.Abstract : The term industrial sand comprises sand with a high content of quartz and variety of applications, each one with well-defined physical and chemical specifications. The North-Central region state of Mato Grosso do Sul offers great potential for the efficient and sustainable use of quartz sand. Taking into account the large amount of sand present and currently used primarily for the purpose of low added value. Thus, 100 drilling points were defined such that the samples obtained were characterized by X-ray diffraction, X-ray fluorescence spectroscopy, optical microscopy, particle size distribution and by spectrophotometry. The main results showed sands samples with relatively high contents of silica (SiO2) and low contents of hematite (Fe2O3), i.e., 70% contain more than 90% SiO2 and 63% contain less than 1% Fe2O3. The sands also showed alumina (Al2O3) in its chemical composition, which 91% of the samples containing less than 8% of Al2O3, indicating a small content of clay minerals. Crystallographic analysis indicated characteristic peaks of quartz and, for some samples, peaks of kaolinite and hematite. Particle size analysis showed that 90% of the samples showed an average size between 200 and 500 µm. From characterization results, it was proposed some industrial applications compatible with the characteristics presented by the sands, such as glasses and ceramic glazes for ceramic tiles. Thus aiming to verify the potential of this mineral glasses and ceramic frits were produced in laboratory scale and characterized according to their physical, chemical, structural, thermal and optical properties and results compared to those of commercial products. The mainly results showed a glass, with characteristic of amorphous structure and, high transparency with a transmittance from 80 to 90% in the wavelength range of visible light. The frits, matt and transparent ones, are fluxes when used alone in ceramic glazes of the same nature, but appropriate when paired with frits of the refractory character. Matte and transparent glazes, produced from frits, showed adequate aesthetic aspect and typical characteristics of commercial glazes

Tool Wear Effect on Surface Integrity in AISI 1045 Steel Dry Turning

In the present work, the surface integrity and flank wear of uncoated cermet inserts in dry turning of AISI 1045 steel were evaluated. Three-dimensional techniques were used to assess the surface roughness. Previously, finite element analysis was carried out to predict the cutting forces and heat distribution in the chip formation region. Cutting speed and feed were the parameters varied in the experiments. Feed is decisive in the final quality of the turned surface and cutting speed had little influence on this aspect. The surface was significantly damaged with the progression of the insert flank wear. Considering an average flank wear VBB of 0.1 mm, a tool life of 35 min was achieved using a cutting speed of 175 m/min, and of 23 min for a cutting speed of 275 m/min. Abrasive wear was predominant during the experiments. No microstructure defects were observed, as well as crack propagation or accentuated deformations near the machined surface region. Therefore, the dry turning of 1045 steel with cermet inserts route has proven extremely viable from the standpoints of tool life, surface integrity, chip formation, and sustainability.Thanks are also addressed to MICINN PDC2021-121792-I00. Special thanks to the basic collaboration scheme between the Brazilian groups and the Basque university group IT 573-22

PRODUÇÃO DE ARROZ IRRIGADO EM FUNÇÃO DA APLICAÇÃO DE CALCÁRIO EM SISTEMA DE SEMEADURA EM SOLO SECO

A região sul catarinense tem como principal atividade econômica a agropecuária, destacando a produção de arroz dentre as outras culturas cultivadas. Para minimizar perdas com a redução do preço do arroz na indústria, o aumento da produtividade vem sendo um fator favorável, mas nem sempre possível. Com as recentes mudanças no estado de Santa Catariana do sistema de plantio pré-germidado para o sistema de semeadura em solo seco, algumas dúvidas referentes a correção da acidez do solo e adubação estão aparecendo. O experimento foi conduzido durante a safra 2012-2013 na área experimental de arroz irrigado do Instituto Federal Catarinense - Câmpus Sombrio. O experimento foi instalado em blocos ao acaso testando um fator, em três repetições. Os tratamentos foram: 0, 2, 4 e 6 t ha-1 de calcário dolomítico. As doses de calcário foram calculadas para elevar a saturação de bases a 50, 70 e 90%, respectivamente. A aplicação de calcário foi realizada manualmente, 180 dias antes da semeadura, na superfície do solo e sem incorporação. O híbrido de arroz utilizado foi o INOV CL® na densidade de 45 kg ha-1 de semente. Para a estimativa da produtividade foi colhida uma área útil de 10 m2 em cada parcela. Foram coletadas amostras dos grãos colhidos para determinação da umidade, a qual foi corrigida em todas as parcelas para 130 g kg-1 de água. Os resultados foram submetidos à análise de variância e foi ajustada equação de regressão. Aaplicação de calcário dolomítico na superfície do solo sem incorporação é eficiente para aumentar a produtividade de arroz irrigado e ométodo de elevação da saturação por bases também pode ser utilizado na recomendação de calcário para áreas de arroz irrigado no estado de Santa Catarina

Influência da razão água/cimento na capacidade de suporte de carga de pastas cimentícias projetadas para impressão 3D

O princípio da impressão 3D é a construção de estruturas camada por camada a partir de um modelo digital. Os fatores de influência relacionados a viabilidade desta são, basicamente: as propriedades reológicas da mistura no estado fresco e a resistência mecânica no estado endurecido. Este estudo foca na reologia e capacidade de sobreposição de camadas de pastas cimentícias com diferentes teores de água. Pastas com razões de água/cimento (a/c) entre 0,28 e 0,32 foram testadas sobrepondo filamentos em camadas com um molde, e por ensaio de espalhamento (flow table). Os resultados mostram que as misturas com razão a/c de 0,28 apresentaram as propriedades reológicas aprimoradas para impressão. A capacidade de suporte de carga pode ser associada a um espalhamento na flow table inferior a 115 mm

Resíduo de anodização de alumínio como agente expansor em matrizes cimentícias

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2018.O processo de anodização de alumínio gera um grande volume de resíduo que, aparentemente, possui características potenciais que lhe permite ser utilizado em outros processos industriais como uma matéria-prima alternativa. No entanto, este resíduo continua a ser descartado em aterros sanitários. Nesse sentido, este trabalho traz uma análise crítica das principais propostas de reciclagem disponíveis na literatura nos últimos 30 anos correlacionando a viabilidade das propostas com as características do resíduo de anodização de alumínio. Este trabalho expõe a caracterização mais completa e detalhada deste material, incluindo análises química, física, térmica e microestrutural. Com esta abordagem, foi possível identificar os desafios a serem superados para consolidação do processo de reciclagem desse resíduo; oportunidades de mercado e; distinguir as propostas especulativas das propostas realmente viáveis na prática. Destaca-se ainda que o processamento prévio do resíduo, tal como a lavagem e/ou calcinação, altera as suas características composicionais e estruturais e elimina sais e hidróxidos alcalinos, que são considerados contaminantes quando inseridos em determinados produtos. Por outro lado, o alto custo relacionado a tais beneficiamentos tende a intimidar as empresas do setor, principalmente as pequenas indústrias. Nesse sentido, a partir do conhecimento das características do resíduo em estudo e visando a sua ampla reutilização, este trabalho enfatiza o uso deste como gerado, hidróxido de alumínio amorfo, em sistemas cimentícios, especificamente em cimentos Portland. O enorme volume de cimento produzido anualmente é mais do que suficiente para absorver todo o resíduo gerado, mesmo se adicionado em pequenas quantidades. Assim, uma série de experimentos foram realizados a fim de determinar a influência do resíduo na cinética de hidratação de matrizes cimentícias bem como possíveis alterações microestruturais. Os resultados mostram, em suma, que o mesmo é altamente reativo com o cimento durante o processo de hidratação, induzindo a formação de etringita adicional, podendo ser explorado como um compensador de retração de cimentos Portland. A proposta baseou-se na premissa de que ligantes feitos de cimento Portland comumente sofrem retração durante o processo de hidratação gerando tensões que podem levar a formação de trincas e fissuras. Por outro lado, como essas misturas são relativamente caras, o uso destas limita-se aos projetos de construções nos quais a redução da retração é altamente benéfica ou necessária. Assim, o uso do resíduo de anodização de alumínio para tal finalidade permite a obtenção de um agente expansor de baixo custo e, consequentemente, amplia a difusão de tais misturas no mercado. A viabilidade da proposta foi comprovada por análises diversas que mostraram a formação de etringita adicional e a expansão gerada da mistura proposta por testes de expansão e retração.Abstract : The aluminum anodizing process generates a large volume of waste that apparently has potential characteristics to be used in other industrial processes as an alternative raw material. However, this waste continues to be disposed in landfills. In this sense, this work presents a critical analysis of the main recycling proposals available in the literature in the last 30 years, correlating the feasibility of the proposals with the characteristics of the aluminum anodizing waste. This work exposes the most complete and detailed characterization of this material, including chemical, physical, thermal and microstructural analyzes. From this approach, it was possible to identify the challenges to be overcome to consolidate the recycling process of this waste as well as the market opportunities and, finally, distinguish the speculative from realistic proposals. It is further emphasized that some previous types of beneficiation, such as washing and/or calcination, change the compositional and structural characteristics of the waste and eliminates alkaline salts and hydroxides, which are considered contaminants when inserted into certain products. On the other hand, the high costs related to such proceedings tends to intimidate companies, especially the small ones. In this sense, based on the knowledge of the characteristics of this waste and aiming its wide reuse, this work sought to exploit its use without washing and/or calcination, i.e., as amorphous aluminum hydroxide, in Portland cement-based systems. The huge volume of cement produced annually is more than enough to absorb all the waste generated, even if it is added in small amounts. Thus, several experiments were carried out to determine the influence of this waste on the hydration kinetics of cementitious matrices as well as possible microstructural changes. Results show that the waste is highly reactive with the cement during hydration, inducing the formation of additional ettringite, which can be exploited as a shrinkage-compensate admixture for Portland cements. The proposal was based on the premise that binders made from Portland cement commonly suffer shrinkage during the hydration process generating stresses that can lead to cracking. On the other hand, since these mixtures are relatively expensive, the use of these admixtures is limited to construction projects in which the shrinkage combat is highly beneficial or necessary. Thus, the use of the aluminum anodizing waste for such purpose allows the obtaining of a low-cost shrinkage-compensate admixture and, consequently, enhances the diffusion of such mixtures on the market. The feasibility of such proposal was confirmed by several analyzes, including expansion and shrinkage tests, that showed the formation of additional ettringite and the expansion of cement pastes

Assessing the interactions of retarding admixtures and fine materials in long-term flowability of cement pastes

The incorporation of supplementary fine materials into mortars and concretes is a common strategy employed to enhance both their rheological and mechanical properties. While organic molecule-based admixtures are primarily utilized to regulate the setting time in pre-mixed concretes and mortars, their effects become more intricate in the presence of fine materials. This study delves into the interplay between flowability and setting times of cement pastes with 50 wt% of fines (basalt filler, fly ash and quartz filler) in place of cement and three organic admixtures at 0.5 % and 1.0 % (wt% of cement). The results unveil compelling insights: the incorporation of retarding additives proves notably advantageous, markedly decreasing viscosity and prolonging the initial stage of paste formation by as much as 305 h. Nevertheless, the efficacy of these additives diminishes significantly in the presence of fine particles, especially when utilizing basalt filler. This prompts an in-depth exploration into the intricate interactions transpiring between the fine materials and the setting retardants. The implications of these interactions underscore their pivotal role in refining the application of retarding additives in scenarios involving fine materials

Effect of the superplasticizer addition time on the fresh properties of 3D printed limestone calcined clay cement (LC3) concrete

Although 3D concrete printing (3DCP) is considered one of the most significant innovations in the construction sector, its large cement consumption remains an environmental concern. In response, limestone calcined clay cements (LC³) have emerged as a promising alternative to Portland cement (PC) due to their potential for reducing environmental impact. While previous studies have shown the influence of addition timing of superplasticizer (SP) on the fresh performance of PC, its impact on LC³, particularly in the context of 3DCP, remains less understood. This study assessed the effect of the SP addition time (either directly with the mixing water or with a 10-min delay) on the rheology and printing-related properties of LC³ and PC. Rotational rheometry and 3DP-related tests were conducted over two hours, besides hydration assessment through thermogravimetric analysis (TGA). The results showed that adding SP directly to LC³ led to significantly higher yield stress (1.2–2.5 times) and viscosity (14–59 % higher) values compared to delayed SP addition within the same time frame. However, LC³ exhibited slower rates of yield stress and viscosity increase over time in contrast to PC (with Athix structuration rate approximately 92 % lower for LC³). These tendencies influenced printability performance. While direct SP addition reduced PC's open time from 100 to 30 min, it had no impact on LC³ 's open time, which remained at 80 min. TGA analysis yielded additional insights, highlighting that hydrating LC³ samples required a greater free water content to achieve the same yield stress as PC and this difference was attributed to the presence of calcined clay. These findings make contributions to the technical and scientific communities by enhancing comprehension of LC³ cement fresh behavior and solidifying 3DCP as a disruptive construction method