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Título: Caracterização de argilas da região Sudeste do estado do Paraná para utilização como material cimentício suplementar
Título(s) alternativo(s): Characterization of clays from the state of Paraná for use as supplementary cementitious material
Autor(es): Moreira, Melissa
Orientador(es): Silvestro, Laura
Palavras-chave: Argila - Análise
Materiais compostos
Cimento
Resistência de materiais
Clay - Analysis
Composite materials
Cement
Strength of materials
Data do documento: 17-Jun-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Pato Branco
Citação: MOREIRA, Melissa. Caracterização de argilas da região Sudeste do estado do Paraná para utilização como material cimentício suplementar. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2025.
Resumo: Visando a redução do impacto ambiental na indústria cimenteira, novos estudos relacionados à diminuição do uso de clínquer e substituição por materiais cimentícios suplementares (MCS) têm surgido. O uso de argilas calcinadas juntamente com fíler calcário como MCS em cimentos ternários tem se intensificado. Assim, este estudo teve como objetivo caracterizar amostras de material argiloso da região sudeste do estado do Paraná e, além disso verificar sua viabilidade para utilização como MCS. Foram coletadas sete amostras de argilas de cerâmicas da região, após isso o material passou por um processo de beneficiamento através de moagem e ativação térmica a uma temperatura de 850 °C. As argilas foram caracterizadas através dos ensaios de difração de raios-X (DRX), fluorescência de raios-X (FRX), e granulometria. Posteriormente, a incorporação das argilas em pastas de cimento foi avaliada, foi realizada a produção de uma matriz cimentícia de referência composta apenas por cimento Portland (CP), composições com 20% de argila e 80% CP, bem como composições de cimentos ternários constituídas por 30% de argila calcinada 55% CP e 15% Fíler. Os ensaios de reometria rotacional, calorimetria isotérmica, resistência à compressão (3,7 e 28 dias) e DRX foram conduzidos nas pastas produzidas. Adicionalmente, uma análise simplificada das emissões de dióxido de carbono (CO2) das composições avaliadas foi realizada. O estudo identificou potenciais argilas disponíveis localmente para utilização como MCS em matrizes de cimento Portland e cimentos ternários, com resistências à compressão equivalentes ao traço de referência aos 28 dias, em concordância com a intensificação da formação das fases carboaluminatos (AFm) identificadas pelo ensaio de DRX. Ademais, foram observadas reduções de até 39,0% nas emissões de CO2 em relação ao traço composto apenas por CP, evidenciando a viabilidade técnica e ambiental das argilas para uso em cimentos ternários e como MCS.
Abstract: To reduce the cement industry's environmental impact, recent studies have focused on decreasing clinker usage by incorporating supplementary cementitious materials (SCMs). The use of calcined clays in combination with limestone fillers as SCMs in ternary cements has gained momentum. This study aimed to characterize clayey material samples from the southeastern region of Paraná, Brazil, and evaluate their feasibility as SCMs. Seven ceramic clay samples were collected from the region, processed through grinding, and thermally activated at 850 °C. The clays were characterized using X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), and particle size distribution analysis. Subsequently, the incorporation of the clays into cement pastes was evaluated by preparing a reference matrix composed solely of Portland cement (PC), mixtures with 20% clay and 80% PC, as well as ternary cement formulations containing 30% calcined clay, 55% PC, and 15% filler. Rotational rheometry, isothermal calorimetry, compressive strength tests (at 3, 7, and 28 days), and XRD were conducted on the cement pastes. Additionally, a simplified analysis of carbon dioxide (CO₂) emissions from the evaluated compositions was performed. The study identified locally available clays with potential for use as SCMs in Portland cement matrices and ternary cements, with compressive strengths at 28 days equivalent to the reference mix, corroborated by the intensified formation of carboaluminate (AFm) phases identified through XRD. Moreover, CO₂ emission reductions of up to 38.0% were observed compared to the PC-only mix, demonstrating both the technical and environmental feasibility of using these clays in ternary cements and as SCMs.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37746
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