Concreto com cinza de carvão: otimização do traço pelo delineamento Box-Behnken e avaliação eletroquímica frente a Íons Cloret

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Lopes, Daniele Ferreira
Orientador(a): Avellaneda, César Antonio Oropesa
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Concreto
Cinza volante
Corrosão
Espectroscopia
Íons cloreto
Sustentabilidade
Concrete
Fly ash
Corrosion
Epectroscopy
Chloride ions
Sustainability
Área do conhecimento CNPq:
ENGENHARIAS
Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/17691
Resumo: A demanda por cimento Portland na construção civil impõe sérios impactos ambientais, impulsionando a busca por alternativas sustentáveis. Neste contexto, esta pesquisa avaliou a viabilidade da incorporação de cinza volante (CV) proveniente da queima de carvão mineral de Usinas Termelétricas da região da Campanha (RS) como material cimentício suplementar. O objetivo principal foi otimizar o traço de concreto com CV por meio do delineamento Box-Behnken, buscando maximizar o desempenho mecânico e eletroquímico frente à ação de íons cloreto. Inicialmente, duas amostras de CV foram caracterizadas quanto à composição físico-química, grau de amorficidade e potencial pozolânico, sendo a CV-I, com maior área específica e amorfismo, selecionada para os ensaios posteriores. Em seguida, moldaram-se corpos de prova com diferentes teores de substituição (5%, 10% e 15%) e submetidos a ensaios de compressão. O método Box-Behnken identificou a combinação ótima entre teor de CV, fator água/cimento e tempo de cura. O traço otimizado foi definido como: 9,52% de substituição por CV-I, relação água/cimento de 0,53 e 38 dias de cura, resultando no melhor desempenho mecânico e ajuste do modelo (R² = 0,925). Por fim, o traço ótimo foi submetido a ensaios de corrosão acelerada em íons cloreto. Os resultados indicaram baixos valores de icorr, alta resistência à transferência de carga, barreiras difusivas e microestrutura mais densa, reduzindo a permeabilidade do concreto. Assim, comprovou-se a viabilidade técnica e ambiental do uso da CV-I, especialmente com abordagem de otimização estatística, melhorando a durabilidade e sustentabilidade do concreto frente à ação de íons cloreto.
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O objetivo principal foi otimizar o traço de concreto com CV por meio do delineamento Box-Behnken, buscando maximizar o desempenho mecânico e eletroquímico frente à ação de íons cloreto. Inicialmente, duas amostras de CV foram caracterizadas quanto à composição físico-química, grau de amorficidade e potencial pozolânico, sendo a CV-I, com maior área específica e amorfismo, selecionada para os ensaios posteriores. Em seguida, moldaram-se corpos de prova com diferentes teores de substituição (5%, 10% e 15%) e submetidos a ensaios de compressão. O método Box-Behnken identificou a combinação ótima entre teor de CV, fator água/cimento e tempo de cura. O traço otimizado foi definido como: 9,52% de substituição por CV-I, relação água/cimento de 0,53 e 38 dias de cura, resultando no melhor desempenho mecânico e ajuste do modelo (R² = 0,925). Por fim, o traço ótimo foi submetido a ensaios de corrosão acelerada em íons cloreto. Os resultados indicaram baixos valores de icorr, alta resistência à transferência de carga, barreiras difusivas e microestrutura mais densa, reduzindo a permeabilidade do concreto. Assim, comprovou-se a viabilidade técnica e ambiental do uso da CV-I, especialmente com abordagem de otimização estatística, melhorando a durabilidade e sustentabilidade do concreto frente à ação de íons cloreto.The growing demand for Portland cement in the construction industry imposes significant environmental impacts, driving the search for sustainable alternatives. This study evaluated the feasibility of incorporating fly ash (FA) from coal combustion in thermoelectric plants in the Campanha region (RS, Brazil) as a supplementary cementitious material. The main objective was to optimize the concrete mix with FA using the Box–Behnken design, aiming to maximize mechanical and electrochemical performance against chloride ion ingress. Two FA samples were initially characterized in terms of physicochemical composition, amorphous content, and pozzolanic potential. The sample with higher specific surface area and amorphism (FA-I) was selected for subsequent testing. Concrete specimens with different replacement levels (5%, 10%, and 15%) were produced and tested for compressive strength. Statistical modeling identified the optimal combination of replacement level, water-to-cement ratio, and curing time. The optimized mix was defined as 9.52% replacement with FA I, water-to-cement ratio of 0.53, and 38 days of curing, yielding the best mechanical performance and model fit (R² = 0.925). The optimized mix was further subjected to accelerated corrosion tests under chloride exposure. Results revealed low corrosion current density (icorr), high charge transfer resistance, the formation of diffusive barriers, and a denser microstructure with reduced permeability. These findings demonstrate the technical and environmental feasibility of using FA-I as a mineral addition, highlighting the benefits of statistical optimization in improving concrete durability and sustainability under chloride attack.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESporUniversidade Federal de PelotasPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisUFPelBrasilCC BY-NC-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessENGENHARIASENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAConcretoCinza volanteCorrosãoEspectroscopiaÍons cloretoSustentabilidadeConcreteFly ashCorrosionEpectroscopyChloride ionsSustainabilityConcreto com cinza de carvão: otimização do traço pelo delineamento Box-Behnken e avaliação eletroquímica frente a Íons CloretCoal Ash Concrete: Mix Design Optimization Using Box–Behnken Design and Electrochemical Evaluation against Chloride Ionsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://orcid.org/0000-0003-3321-9351http://lattes.cnpq.br/4565695777098376http://lattes.cnpq.br/9101375491904726Silva, Sabrina Neves dahttp://lattes.cnpq.br/2845148446399032Avellaneda, César Antonio OropesaLopes, Daniele Ferreirareponame:Repositório Institucional da UFPel - Guaiacainstname:Universidade Federal de Pelotas (UFPEL)instacron:UFPELORIGINALTese_DANIELE FERREIRA LOPES.pdfTese_DANIELE FERREIRA LOPES.pdfapplication/pdf6872072http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/17691/1/Tese_DANIELE%20FERREIRA%20LOPES.pdf88b931480ff6b3450b36371097d26e75MD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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