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- Materiais produzidos com cimento reciclado e RCD por carbonatação aceleradaPublication . Cristino, Luciana Sucupira; Gomes, João Paulo de CastroAtualmente, o planeta atravessa uma emergência climática, na qual, a sociedade está a ser afetada com as consequências causadas pela grande incidência de poluentes no meio ambiente. Um dos principais causadores dessa incidência, no aumento do índice de poluição, são as empresas geradoras de materiais cimentícios. A União europeia adotou um programa de combate a grande geração de gases do efeito estufa e, com isso, diversos países estão incentivando pesquisas para substituir os materiais poluidores, como também soluções para diminuir o CO2 do meio. Com isso, essa pesquisa aborda a análise das características de um material 100 % reciclado obtido por com carbonatação acelerada, contendo cimento reciclado termoativado (CR) e resíduos de construção e demolição (RCD) de betão, para ser utilizado na construção civil. O novo material reciclado foi comparado com um material semelhante produzido com cimento Portland (CP), através de um conjunto de ensaios de caracterização utilizados nessa pesquisa, nomeadamente termogravimetria (TGA), difração de raios-X, porosimetria de mercúrio, espectroscopia de infravermelhos, caracterização microestrutural em microscópio eletrónico e resistência à compressão. Os resultados dos ensaios indicaram que o material 100% reciclado (com CR) apresentou uma exigência maior de água e também a decomposição de alguns compostos, isso se deve ao CR ter sido obtido por um processo de termoativação a 650ºC com vista a ser utilizado como ligante. Os resultados da resistência à compressão do material produzido com CR foram inferiores aos do material obtido com CP, porém o valor está dentro do aceitável para sere utilizado na construção. O ensaio de porosimetria de mercúrio indicaram que o material com CR apresenta uma maior quantidade de vazios, ou seja, mais porosidade que o material obtido com CP. Os resultados do ensaio de raio-x demostraram que o material com CP apresenta uma estrutura mais cristalina que o material obtido com CR. Além disso, o ensaio de espectroscopia de infravermelhos e o TGA indicaram que o material com CR apresentou uma maior absorção de CO2 em comparação com o material obtido com CP, podendo ter ocorrido tanto na preparação da amostra, nas misturas e a execução dos cubos, como na carbonatação acelerada por 24 horas. Com isso, pode-se concluir que este estudo contribuiu para compreender como a utilização de materiais 100% reciclados, obtidos com CR e RCD de betão, podem substituir o cimento Portland e agregados, para a fabricação de blocos de construção. Além disso, utilizar a carbonatação acelerada em vez da cura por hidratação permite a captação e mineralização de CO2 nos materiais de construção. Portanto, a utilização de cimento reciclado termoativado como ligante e RCD como agregado em materiais de construção poderá ser uma prática tecnicamente viável, promovendo, por um lado a reutilização e a valorização de materiais com baixo valor e, por outro lado, a captura e utilização de CO2.
- Thermal properties of electrical arc furnace slag based materials obtained by accelerated carbonationPublication . Cristino, Luciana Sucupira; Gomes, João Paulo de CastroReducing dependence on fossil fuels and harnessing renewable energy are imperative to facing the current climate emergency and mitigating problems related to pollutants. This thesis focuses on the analysis of the microstructure and thermal properties of mortars manufactured with 100% electric arc furnace slag (EAF-slag) for passive solar energy capture, aiming to contribute to sustainable energy solutions. The first phase involved a comprehensive review of recent civil engineering research on solar thermal energy storage, highlighting the potential of energy harvesting devices. In addition, it delved deeper into the investigation of accelerated carbonation materials used both in research environments and in the construction sector. The subsequent step evaluated the thermal capacity of the EAF-slag through differential scanning calorimetry (DSC). The results indicated that the EAF-slag binders exhibited consistent and minimal changes in heat flux responses at various temperature rates, contrasting with the irregular and more significant variations observed in the Portland cement-based binders. The DSC results emphasized the potential of EAF-slag in developing materials with thermal properties. The third stage analyzed the thermal properties, microstructure and compressive strength of 100% EAF-slag mortars, with and without biochar. The incorporation of biochar led to a reduction in the thermal conductivity of the specimens. However, all EAF-slag specimens obtained results that surpass conventional Portland cement specimens in thermal conductivity. EAF-slag mortars demonstrated favorable thermal properties in all tests carried out. The thermal expansion of EAF-slag mortars was slightly more than twice that of Portland cement (PC) mortars. The EAF-slag mortar sample maintained a higher temperature than the PC mortar sample. The material with particle size composition ranging from 1 mm to 2 mm and 100% EAF slag without biochar showed the most promising results of all tests of passive solar energy utilization in the construction industry. These findings highlight a potential for 100% EAF-slag materials in passive solar thermal applications. Their superior thermal conductivity, substantial thermal capacitance, gradual heat absorption and heat release characteristics, and resilience to the effects of thermal energy position them as materials that perform well in maintaining mechanical stability even under extreme summer conditions. This research highlights the feasibility of 100% EAF-slag carbonated materials for construction, offering a sustainable solution that mitigates the environmental impacts associated with waste and conventional passive solar thermal energy storage. This study represents an advancement toward innovative and sustainable practices in civil engineering and construction. The analyzed material can be applied to facades, roofs, and pavements in areas with high solar exposure and elevated temperatures.