Gomes, João Paulo de CastroSedira, Naim2022-02-282022-02-282021-11-04http://hdl.handle.net/10400.6/12079Alkali-activated binders (AABs) are a new kind of binders. AABs can be produced from various industrial waste sources, many of which have remained largely unexplored. Several studies have shown the potential of reusing and valorising mining wastes into alkali-activated binders in the last few years. In this research, studies on reusing tungsten mining waste mud (TMWM) as a precursor for AABs are carried out. The research provides new insights into enhancing the binding properties and compressive strength of the tungsten mining waste-based alkali-activated binders. Further, it aims studying the microstructure properties of the developed alkali-activated binders. These alkali-activated mixtures were prepared by combining tungsten mining waste mud with other mineral wastes as fine powders. The blended powders included ground red clay brick waste, ground granulated blast furnace slag, electric arc furnace slag and metakaolin. In the research study, the TMWM was taken as the primary precursor for alkali-activation. Other mineral wastes added to the mixtures were considered as complementary precursors added in lower proportions (0, 10, 20, 30, 40, 50 vt.% or wt.%). The effect of different combinations (TMWM with the other mineral wastes) on the novel binders' characteristics is discussed in depth. The effect of different alkaline activator solutions and liquid/solid ratios is also analysed. The alkali-activated binders’ properties studied comprise the following main tests: compressive strength development, microstructure description, reaction products formed, thermal analysis, FT-IR absorbance spectra, porosity determination and pore characterisation. This study's primary focus is the strength development and microstructural properties, as evidence of binding properties of the obtained alkali-activated binders based on TMWM. In this research, several novel contributions can be listed. The different mineral wastes blended with TMWM were considered to provide an additional source of reactive silica, alumina, and calcium contributing to the formation of more reaction products such as C-S-H, N-A-S-H, C-A-S-H and (N, C)-A-S-H hardened structures. Moreover, adding reactive alumina-silicate rich materials in the blended systems prevents efflorescence phenomena by generating more alkaline activation reaction products. Furthermore, combining TMWM with other mineral wastes reduces the total porosity, the average pore diameter, and the critical pore diameter, resulting in a refinement of the pore structure and an enhancement of the compressive strength development of the alkali-activated binders. Finally, for the AABs with a low liquid/solid ratio investigated in this research (the blend of TMWM and electric arc furnace slag) a positive correlation between the initial compaction pressure and the compressive strength gain was found. However, regardless of the initial compaction pressure applied, this type of binder can develop significant compressive strength over time.Os ligantes de ativação-alcalina (AABs) são um novo tipo de ligantes, considerados como sendo ligantes de terceira geração, depois da cal e do cimento Portland. Estes podem ser produzidos a partir de várias fontes de resíduos industriais, muitas das quais permanecem praticamente inexploradas. Vários estudos publicados já demonstraram o potencial de reutilização e valorização de resíduos de minas para obtenção de ligantes de ativação-alcalina. Nesta investigação, são realizados estudos sobre a reutilização de lamas residuais de minas de tungsténio (TMWM) como precursor para AABs. A investigação fornece novos conhecimentos sobre a melhoria das propriedades de ligação e resistência à compressão dos ligantes de ativação alcalina de resíduos de minas de tungsténio. Além disso, visa estudar as propriedades de microestrutura dos aglomerantes alcalinos desenvolvidos. Estas misturas de ativação alcalina foram preparadas combinando lamas de resíduos de minas de tungsténio com outros resíduos minerais em pós finos. Os pós misturados incluem resíduos de tijolo de argila vermelha moída, escória de alto-forno granulada moída, escória de forno de arco elétrico e metacaulino. No estudo de investigação, as TMWM foram tomadas como o precursor primário para a ativação alcalina. Outros resíduos minerais adicionados às misturas foram considerados como precursores complementares, que foram adicionados em proporções inferiores (0, 10, 20, 30, 40, 50 vt.% ou wt.%). O efeito de diferentes combinações (TMWM com os outros resíduos minerais) nas características dos novos aglutinantes é discutido em profundidade. É também analisado o efeito de diferentes soluções de ativadores alcalinos e rácios líquido/sólido. As propriedades dos ligantes alcalinos estudados compreendem os seguintes testes principais: desenvolvimento da resistência à compressão, descrição da microestrutura, determinação dos produtos de reação formados, análise termogravimétrica, análise de espectros de absorção FT-IR, determinação da porosidade e caracterização da distribuição de poros. O foco principal deste estudo é o desenvolvimento da resistência mecânica e propriedades microestruturais, como evidência das propriedades de aglutinação dos ligantes alcalinos obtidos com base nas TMWM. Nesta investigação, várias contribuições inovadoras podem ser enumeradas. Os resíduos minerais misturados com TMWM foram considerados para fornecer uma fonte adicional de sílica reativa, alumina, e cálcio, contribuindo para a formação de mais produtos de reação, tais como, estruturas de C-S-H, N-A-S-H, C-A-S-H e (N, C)-A-S-H. Além disso, a adição de materiais ricos em silicato de alumínio reativo nos sistemas misturados previnem fenómenos de eflorescência, ao gerar mais produtos de reação de ativação alcalina. Além disso, a combinação das TMWM com outros resíduos minerais reduz a porosidade total, o diâmetro médio dos poros, e o diâmetro crítico dos poros, resultando num refinamento da microestrutura e numa melhoria do desenvolvimento da resistência à compressão dos ligantes de ativação alcalina. Finalmente, nos AABs com uma baixa relação líquido/sólido investigados nesta pesquisa (caso mistura de TMWM e escória de forno de arco elétrico) foi encontrada uma correlação positiva entre a pressão inicial de compactação e o ganho de resistência à compressão. Contudo, independentemente da pressão inicial de compactação aplicada, este tipo de ligante pode desenvolver uma resistência compressiva significativa, ao longo do tempo.engResíduos de MinasResíduos MineraisAlumino-SilicatosAtivação-AlcalinaResistência à CompressãoMicroestruturaProdutos de Reaçãodoctoral thesis101558503