VALORIZAÇÃO DE CINZAS RESIDUAIS DE CASCA DE ARROZ E DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR RICAS EM CARBONO EM MISTURAS TERNÁRIAS VISANDO ALTOS TEORES DE SUBSTITUIÇÃO DE CIMENTO
Documento
Informações da Tese
Título
VALORIZAÇÃO DE CINZAS RESIDUAIS DE CASCA DE ARROZ E DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR RICAS EM CARBONO EM MISTURAS TERNÁRIAS VISANDO ALTOS TEORES DE SUBSTITUIÇÃO DE CIMENTO
Autor
Amanda Pereira Vieira
Resumo
Esta tese demonstrou a viabilidade do uso de cinzas de casca de arroz amorfas e altamente porosas como estratégia para viabilizar a aplicação de cinzas residuais de casca de arroz e de bagaço de cana-de-açúcar com elevado teor de carbono em substituição de cimento Portland. A proposta baseia-se na compreensão das limitações físico-químicas individuais desses materiais e na hipótese de que sua combinação poderia promover compensação mútua de efeitos, possibilitando altos teores de substituição de cimento. Para isso, foram produzidas cinzas amorfas e porosas (grupo C) e coletadas cinzas residuais de caldeira (grupo R). A caracterização físico-química incluiu a identificação e diferenciação dos tipos de carbono presentes por meio de espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman e análise termogravimétrica acoplada à espectrometria de massas, além da determinação da superfície específica e da porosidade. Inicialmente, as cinzas foram avaliadas em pastas quanto à cinética de hidratação, formação de produtos de hidratação e comportamento reológico. Posteriormente, foram produzidos concretos para análise da resistência à compressão, absorção de água e índice de vazios. Essa etapa permitiu identificar os principais aspectos positivos e limitações de cada grupo de cinzas. Como contribuição inédita, destaca-se a identificação do carbono orgânico volátil como o principal responsável pelo retardo das reações de hidratação, bem como a fundamentação do uso dessas blendas como estratégia mitigadora. A blenda entre as cinzas dos grupos C e R mostrou-se eficaz como mecanismo de compensação: o efeito físico de nucleação promovido pela cinza porosa mitigou o retardo associado à fração orgânica volátil, enquanto o efeito dispersivo dessa fração reduziu o impacto negativo da elevada porosidade sobre a reologia. Observou-se ainda aumento no consumo de Portlandita, indicando intensificação das reações pozolânicas. Foi possível produzir concretos com até 50% de substituição de cimento pela blenda de cinzas, obtendo ganhos de resistência à compressão, melhoria na durabilidade e redução da retração autógena e por secagem, evidenciando o potencial da estratégia para aplicação em sistemas cimentícios de menor impacto ambiental.
Abstract
This thesis demonstrated the feasibility of using amorphous and highly porous rice husk ash as a strategy to enable the application of residual rice husk ash and sugarcane bagasse ash with high carbon content as Portland cement replacement. The proposal is based on understanding the individual physicochemical limitations of these materials and on the hypothesis that their combination could promote mutual compensation of effects, enabling high content of cement replacement. To achieve this objective, amorphous and porous ashes (Group C) were produced, and residual boiler ashes (Group R) were collected. The physicochemical characterization included the identification and differentiation of carbon types through Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, and thermogravimetric analysis coupled with mass spectrometry, in addition to the determination of specific surface area and porosity. Initially, the ashes were evaluated in paste mixtures regarding hydration kinetics, formation of hydration products, and rheological behavior. Subsequently, concretes were produced to assess compressive strength development, water absorption, and void index. This stage allowed the identification of the main advantages and limitations of each ash group. As an original contribution, the study identified volatile organic fraction as the primary factor responsible for cement hydration delay and provided the scientific basis for using these blends as a mitigation strategy. The blend between Group C and Group R ashes proved effective as a compensation mechanism: the physical nucleation effect promoted by the porous ash mitigated the delay associated with the volatile organic fraction, while the dispersive effect of this fraction reduced the negative impact of high porosity on rheology. An increase in portlandite consumption was also observed, indicating intensified pozzolanic reactions. It was produced concretes with 50% cement replacement by the blend, achieving improvements in compressive strength, enhanced durability, and reductions in autogenous and drying shrinkage, demonstrating the potential of this strategy for application in lower-carbon cementitious systems.
Ano
2026
Orientadores
Romildo Dias Toledo Filho | Luís Marcelo Marques Tavares | Jorge Juan Payá Bernabeu