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Título: Espumas de vidro a partir de resíduos vítreos: uma proposta de agregados graúdos para concreto leve
Título(s) alternativo(s): Glass-based foams from vitreous waste: a coarse aggregate proposal for lightweight concrete
Autor(es): Costa, Isabelle Aparecida
Orientador(es): Schneider, Ricardo
Palavras-chave: Resíduos de vidro - Reaproveitamento
Concreto leve
Agregados (Materiais de construção)
Glass waste - Recycling
Lightweight concrete
Aggregates (Building materials)
Data do documento: 30-Mar-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Toledo
Citação: COSTA, Isabelle Aparecida.Espumas de vidro a partir de resíduos vítreos: uma proposta de agregados graúdos para concreto leve. 2023. Dissertação (Mestrado em Processos Químicos e Biotecnológicos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2023.
Resumo: Diante dos desafios do possível esgotamento dos recursos naturais, este trabalho propõe o uso de resíduos vítreos para obter materiais de vidro espumado como um substituto para o agregado graúdo em concretos leves na indústria da construção. Para isto, os resíduos de vidro em pó foram misturados com polivinil butiral (PVB) que atuou como agente plastificante, e dióxido de manganês de grau industrial (MnO2) que atuou como agente espumante, a mistura formada foi aquecida durante 30 minutos e em seguida resfriada até alcançar temperatura ambiente. O processo de síntese das espumas de vidro foi avaliado por um planejamento fatorial 23 completo, considerando a quantidade de agente espumante (4% ou 7%), a taxa de aquecimento (10 ℃/min ou 15 ℃/min) e a temperatura de queima (820 ℃ ou 860 ℃). A composição química do vidro residual foi obtida por fluorescência de raios X (XRF), enquanto a distribuição granulométrica foi determinada pela dispersão estática do laser (SLS). As temperaturas características do agente espumante e do vidro em pó foram determinadas pela análise térmica diferencial (DTA). O concreto leve de traço 1:1,53:2,12:0,48 foi caracterizado quanto a densidade aparente, resistência à compressão e módulo de elasticidade. A difração de raios X em pó (PXRD) das espumas vítreas mostrou um perfil vitrocerâmico, indicando a presença de fases cristalinas de compostos de manganês, polimorfos de óxido de silício e um halo amorfo. O processo de obtenção de espumas permitiu menores densidades aparentes com o aumento do tempo de exposição ao calor. A resistência compressiva dos concretos produzidos atingiram o máximo de 29,15 MPa após 28 dias para a espuma de vidro obtida com 7% de agente espumante e taxa de aquecimento de 15 ℃/min até 820 ℃. O módulo de elasticidade do concreto comportou-se de maneira análoga a resistência à compressão, onde o aumento de agente espumante e rampa de temperatura geram resultados positivos. O uso de espumas de vidro como agregado graúdo na produção de concreto leve promove uma alternativa sustentável e atual para a construção civil.
Abstract: Facing the challenges of the possible depletion of natural resources, this work proposes the use of waste glass to obtain foamed glass materials as a lightweight substitute for coarse aggregate in concrete in the construction industry. In this sense, powdered waste glass was mixed with polyvinyl butyral (PVB) as a plasticizing agent and industrial-grade manganese dioxide (MnO2) as the foaming agent, the mixture formed was heated for 30 minutes and then cooled until it reached ambient temperature. The synthesis process of glass-based foams was evaluated by a 23 full factorial design, considering the foaming agent amount (4.0 wt.% or 7.0 wt.%), heating rate (10 ℃/min or 15 ℃/min) and burning temperature (820 ℃ or 860 ℃). The chemical composition of the waste glass was accessed by X-ray fluorescence (XRF), while the particle size distribution was determined by static laser scattering (SLS). The characteristic temperatures of the foaming agent and powdered glass were determined by differential thermal analysis (DTA). Lightweight concrete of mix design 1:1.53:2.12:0.48 was characterized for bulk density, compressive strength and modulus of elasticity. The powder X-ray diffraction (PXRD) of the foamed glass materials showed a vitroceramic characteristic, indicating, to some extent, the presence of crystalline phases from manganese compounds, silicon oxide polymorphs, and an amorphous halo. The process for obtaining glass-based foams allowed lower apparent densities with the increase of heat exposure time. The compressive strength of the concretes produced reached 29.15 MPa after 28 days for the foam glass obtained with 7.0 wt.% of foaming agent and heating rate of 15 ℃/min up to 820 ℃. The modulus of elasticity of the concrete behaved analogously to the compressive strength, where the increase of foaming agent and temperature rate generate positive results. The use of glass-based foams as a coarse aggregate in concrete production promotes a sustainable and updated alternative for construction.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31346
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