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Síntese, caracterização e aplicação de ligantes geopoliméricos em concretos refratários avançados
dc.contributor.author | Bezerra, Breno Parente | |
dc.date.accessioned | 2024-08-19T20:02:30Z | |
dc.date.available | 2024-08-19T20:02:30Z | |
dc.date.issued | 2024-08-09 | |
dc.identifier.citation | BEZERRA, Breno Parente. Síntese, caracterização e aplicação de ligantes geopoliméricos em concretos refratários avançados. 2024. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/20383. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/20383 | |
dc.description.abstract | Alternative binders represent a promising avenue for the development of ultra-low and cement-free refractories, significantly reducing CO2 emissions and the energy consumption associated with these products. Geopolymers (GP) are sustainable binders that can be utilized in the manufacture of these ceramics. However, a comprehensive comparison of systems containing calcium aluminate cement (CAC) or GP is necessary to identify the advantages and limitations of these new materials. In this study, the synthesis, characterization, and application of geopolymers in alumina-based castables were evaluated, aiming to enable the partial or complete replacement of CAC in these refractories. Initially, metakaolin (MK)-based geopolymer systems were formulated using liquid reagents (LR) composed of NaOH and different sources of amorphous silica (sodium silicate, silica fume, or colloidal silica suspension). Subsequently, the most promising LR was chosen, adjusting the content of NaOH and/or KOH to enhance the thermal stability of the geopolymers. Furthermore, the effect of incorporating these new binders into the properties of the refractories was investigated between 40-1400°C through various tests, including flowability, physico-thermo-mechanical measurements, and XRD, ATR-FTIR, and/or SEM analyses. Geopolymers prepared with colloidal silica suspension (CS) exhibited the best characteristics for use in the development of innovative refractories. Alumina-based castables with 8 wt.% MK and LR containing NaOH-CS (8MK-Na) and 6 wt.% MK and LR containing KOH-CS (6MK-K) showed optimized behavior, where the generation of a liquid phase during sintering induced densification of the samples between 1100-1250°C. These transformations resulted in microstructures with strong interfacial bonds between the glassy phase and alumina grains. Additionally, the refractory containing a combination of 2.7 wt.% CAC and 1.3 wt.% MK exhibited 1.18% shrinkage, an elastic modulus of 135 GPa, mechanical strength of 39.1 MPa, and high thermal shock resistance. These advancements resulted in the development of refractories with remarkable performance, surpassing the reference material. | por |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Geopolímero | por |
dc.subject | Cimento de aluminato de cálcio | por |
dc.subject | Concretos refratários | por |
dc.subject | Processamento | por |
dc.subject | Propriedades | por |
dc.subject | Geopolymer | eng |
dc.subject | Calcium aluminate cement | eng |
dc.subject | Refractory castables | eng |
dc.subject | Processing | eng |
dc.subject | Properties | eng |
dc.title | Síntese, caracterização e aplicação de ligantes geopoliméricos em concretos refratários avançados | por |
dc.title.alternative | Synthesis, characterization, and application of geopolymer binders in advanced refractory castables | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Luz, Ana Paula da | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3470395641242374 | por |
dc.description.resumo | Ligantes alternativos representam uma via promissora para o desenvolvimento de refratários com ultrabaixo teor de cimento e sem cimento, reduzindo significativamente as emissões de CO2 e o consumo energético associado a estes produtos. Os geopolímeros (GP) são ligantes sustentáveis que podem ser utilizados na manufatura dessas cerâmicas. No entanto, uma comparação abrangente de sistemas contendo cimento de aluminato de cálcio (CAC) ou GP faz-se necessária para identificar as vantagens e limitações desses novos materiais. Neste estudo, a síntese, caracterização e aplicação de geopolímeros em concretos aluminosos foram avaliados, visando possibilitar a substituição parcial ou total do CAC nestes refratários. Inicialmente, geopolímeros à base de metacaulim (MK) foram formulados usando reagentes líquidos (RL) contendo NaOH e diferentes fontes de sílica amorfa (silicato de sódio, microssílica ou suspensão de sílica coloidal). Subsequentemente, o RL mais promissor foi escolhido, ajustando-se o teor de NaOH e/ou KOH, para aprimorar a estabilidade térmica dos geopolímeros. Além disso, o efeito da incorporação de geopolímeros nas propriedades dos refratários foi investigado entre 40-1400°C mediante diversos ensaios, incluindo fluidez, testes físico-termomecânicos, análises de DRX, ATR-FTIR e/ou MEV. Os geopolímeros preparados com suspensão de sílica coloidal (CS) apresentaram melhores características para uso em refratários inovadores. Concretos aluminosos preparados com 8%-peso de MK e RL contendo NaOH-CS (8MK-Na) e 6%-peso de MK e RL contendo KOH-CS (6MK-K) exibiram comportamento otimizado, onde a geração de fase líquida durante a sinterização induziu a densificação das amostras entre 1100-1250°C. Tais transformação resultaram em microestruturas com fortes ligações interfaciais entre a fase vítrea e os grãos de alumina. Adicionalmente, o refratário contendo 2,7%-peso de CAC e 1,3%-peso de MK apresentou retração de 1,18%, módulo elástico de 135 GPa, resistência mecânica de 39,1 MPa e elevada resistência ao choque térmico. Esses avanços resultaram no desenvolvimento de refratários com notável desempenho (superando o material de referência). | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS | por |
dc.description.sponsorshipId | Processo n° 88887.512566/2020-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.description.sponsorshipId | Processo n° 88887.600988/2021-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/3571098419382941 | por |
dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0002-0193-9373 | por |