Research progress on reuse of fluid catalytic cracking waste from oil refinery in cement-based materials

Present paper present the main results obtained in the scope of an ongoing project which aims to contribute to the valorization of a waste generated by the Portuguese oil company in construction materials. This waste is an aluminosilicate with high pozzolanic reactivity. Several different technological applications had already been tested with success both in terms of properties and compliance with the corresponding standards specifications. Namely, this project results already demonstrated that this waste can be used in traditional concrete, self-compacted concrete, mortars (renders, masonry mortar, concrete repair mortars), cement main constituent as well as alkali activated binders.

Low-Carbon Cement with Waste Oil-Cracking Catalyst Incorporation

The present paper shows preliminary results of an ongoing project which one of the goals is to investigate the viability of using waste FCC catalyst (wFCC), originated from Portuguese oil refinery, to produce low carbon blended cements. For this purpose, four blended cements were produced by substituting cement CEM I 42.5R up to 20% (w/w) by waste FCC catalyst. Initial and final setting times, consistency of standard paste, soundness and compressive strengths after 2, 7 and 28 days were measured. It was observed that the wFCC blended cements developed similar strength, at 28 days, compared to the reference cement, CEM I 42.5R. Moreover, cements with waste FCC catalyst incorporation up to 15% w/w meet European Standard EN 197-1 specifications for CEM II/A type cement, in the 42.5R strength class.

Waste Marble Dust Blended Cement

Marble processing activities generates a.significant amount of waste in dust form. This waste, which is nowadays one of the environmental problems worldwide, presents great potential of being used as mineral addition in blended cements production. This paper shows preliminary results of an ongoing project which ultimate goal is to investigate the viability of using waste marble dust (WMD), produced by marble Portuguese industry, as cement replacement material. In order to evaluate the effects of the WMD on mechanical behaviour, different mortar blended cement mixtures were tested. These mixtures were prepared with different partial substitution level of cement with WMD. Strength results of WMD blended cements were compared to control cements with same level of incorporation of natural limestone used to produce commercial Portland-limestone cements. The results obtained show that WMD blended cements perform better than limestone blended cements for same replacement level up to 20% w/w. Therefore, WMD reveals promising attributes for blended cements production.

Low-carbon cement with waste oil-craking catalyst incorporation

The present paper shows preliminary results of an ongoing project which one of the goals is to investigate the viability of using waste FCC catalyst (wFCC), originated from Portuguese oil refinery, to produce low carbon blended cements. For this purpose, four blended cements were produced by substituting cement CEM I 42.5R up to 20% (w/w) by waste FCC catalyst. Initial and final setting times, consistency of standard paste, soundness and compressive strengths after 2, 7 and 28 days were measured. It was observed that the wFCC blended cements developed similar strength, at 28 days, compared to the reference cement, CEM I 42.5R. Moreover, cements with waste FCC catalyst incorporation up to 15% w/w meet European Standard EN 197-1 specifications for CEM II/A type cement, in the 42.5R strength class.

Electrochemical and analytical investigation of passive films formed on stainless steels in alkaline media

Passive films were grown in potentiodynamic mode, by cyclic voltammetry on AISI 316 and AISI 304 stainless steels. The composition of these films was investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The electrochemical behaviour and the chemical composition of the passive films formed by cyclic voltammetry were compared to those of films grown under natural conditions (by immersion at open circuit potential, OCP) in alkaline solutions simulating concrete. The study included the effect of pH of the electrolyte and the effect of the presence of chloride ions. The XPS results revealed important changes in the passive film composition, which becomes enriched in chromium and depleted in magnetite as the pH decreases. On the other hand, the presence of chlorides promotes a more oxidised passive layer. The XPS results also showed relevant differences on the composition of the oxide layers for the films formed under cyclic voltammetry and/or under OCP.

Durability performance of concrete made with fine recycled concrete aggregates

Fine recycled aggregates are seen as the last choice in recycling for concrete production. Many references quote their detrimental influence on the most important characteristics of concrete: compressive and tensile strength; modulus of elasticity; water absorption; shrinkage: carbonation and chloride penetration. These two last characteristics are fundamental in terms of the long-term durability of reinforced or prestressed concrete. In the experimental research carried out at IST, part of which has already been published, different concrete mixes (with increasing rates of substitution of fine natural aggregates sand - with fine recycled aggregates from crushed concrete) were prepared and tested. The results were then compared with those for a reference concrete with exactly the same composition and grading curve, but with no recycled aggregates. This paper presents the main results of this research for water absorption by immersion and capillarity, chloride penetration (by means of the chloride migration coefficient), and carbonation resistance, drawing some conclusions on the feasibility of using this type of aggregate in structural concrete, while taking into account any ensuing obvious positive environmental impact.

Revestimentos descontínuos de coberturas: análise da normalização europeia aplicável

Esta dissertação tem como principais objectivos analisar a conformidade das características de revestimentos descontínuos de coberturas produzidos ou comercializados em Portugal com as exigências preconizadas nas normas europeias aplicáveis. Contudo, e tendo em conta a diversidade do tema, o presente estudo centralizou-se em três tipos de revestimentos descontínuos: fibrocimento, metais e plásticos. Optou-se por uma abordagem teórica complementada por uma campanha experimental. No caso da primeira, serão descritas as características de uma cobertura inclinada e alguns dos principais tipos de revestimentos descontínuos existentes. No que concerne à campanha experimental, para além da pesquisa efectuada ao nível do mercado nacional e dos contactos desenvolvidos para a recolha de amostras, realizaram-se ensaios de natureza geométrica de todas as amostras recolhidas. Em suma, a presente dissertação foi validada através de uma campanha experimental simples, que consistiu na análise do cumprimento das exigências das normas europeias aplicáveis aos produtos ensaiados, resultando numa avaliação crítica aos valores obtidos.

Placas de OSB: investigação e estudo laboratorial das suas características de desempenho

A utilização de placas de OSB – Oriented Strand Board está em franca expansão no território nacional e parece ser uma alternativa ecológica e económica aos painéis de derivados de madeira normalmente usados. O OSB é obtido num processo de fabrico resultante da interacção de diversas variáveis, que conferem aos painéis uma vasta gama de aplicações estruturais ou não estruturais (paredes exteriores e interiores, pavimentos, coberturas, componentes de vigas, cofragens, embalagens, móveis, elementos de decoração, etc.). Neste trabalho pretendeu-se investigar, através de pesquisa bibliográfica as características das placas OSB assim como seu processo de fabrico e condicionantes existentes no seu decurso. Em seguida estas foram comparadas com os seus principais concorrentes, o contraplacado e o aglomerado de madeira e cimento. O trabalho experimental realizado teve como objectivo analisar as propriedades de OSB, proveniente do mercado nacional, de acordo com a EN 300:2006 e com os dados recolhidos na pesquisa bibliográfica. Foram executados ensaios de flexão (EN 310:2002), inchamento em espessura (EN 317:2002) e ensaios de flexão após envelhecimento (EN 321:2010). Concluiu-se que o OSB é um material com algumas características de destaque, no entanto a substituição de outros derivados de madeira por este deve ser acompanhada por estudos, principalmente em ambientes húmidos. É importante realçar que este possui modelos com características específicas para determinadas utilizações e ambientes que possibilitam uma optimização do seu comportamento, no entanto, nos ensaios realizados apenas foi utilizado um modelo base de OSB.

The influence of curing conditions on the mechanical performance of concrete made with recycled concrete waste

Research on the use of Construction and Demolition Waste (CDW) as recycled aggregate (in particular crushed concrete) for the production of new concrete has by now established the feasibility of this environmentally-friendly use of otherwise harmful waste. However, contrary to conventional concrete (CC), no large applications of concrete made with recycled concrete have been made and there is still a lack of knowledge in some areas of production and performance of recycled aggregate concrete (RAC). One issue concerns curing conditions: these greatly affect the performance of concrete made on site and some potential users of RAC wonder how RAC is affected by far-from-ideal curing conditions. This paper shows the main results of experiments to determine the influence of different curing conditions on the mechanical performance of concrete made with coarse recycled aggregate from crushed concrete. The properties analyzed include compressive strength, splitting tensile strength, modulus of elasticity, and abrasion resistance. The general conclusion in terms of mechanical performance is that RAC is affected by curing conditions roughly in the same way as CC. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Efeito da incorporação de resíduos da indústria petrolífera na durabilidade de argamassas de reparação de estruturas de betão

Na presente dissertação, o trabalho desenvolvido teve como objetivo, a avaliação de alguns parâmetros de durabilidade de argamassas com incorporação de catalisador exausto de FCC (do inglês “Fluid Catalytic Cracking”) para serem utilizadas na reparação de estruturas de betão. O catalisador exausto de FCC é um resíduo da indústria petrolífera e o utilizado neste estudo é proveniente da refinaria da Petrogal, S.A. em Sines. A presente investigação baseou-se na preparação, e avaliação de propriedades, de duas séries distintas de argamassas: a série que se denominou “RAS” e a série que se denominou “Durabilidade”, nas quais se substituiu, parcialmente entre 5, 10 e 15%, em massa de cimento por resíduo exausto de FCC. As argamassas de ambas as séries diferenciam-se entre si, sobretudo, pela utilização de areia reativa nas argamassas da série RAS e de areia inerte no caso das argamassas da série durabilidade. Nas argamassas estudadas foram realizados ensaios no estado fresco e ensaios no estado endurecido. Os ensaios no estado fresco incluíram a determinação da consistência por espalhamento, da massa volúmica e do teor de ar. Nos ensaios no estado endurecido foram avaliadas, no caso das argamassas da série RAS a extensão da reação àlcalis-sílica e no caso das argamassas da série Durabilidade as resistências mecânicas - à flexão e à compressão, a resistência à carbonatação acelerada, o módulo de elasticidade à compressão, a absorção capilar, a permeabilidade ao oxigénio, a difusão de cloretos em regime não estacionário. O trabalho desenvolvido nesta dissertação demonstrou que a incorporação de catalisador exausto de FCC, em argamassas à base de cimento, minimiza o efeito de expansão das reações álcalis-sílica, bem como contribui para reduzir a absorção capilar e coeficiente de difusão de cloretos. No entanto, este resíduo quando incorporados em argamassas contribui para a diminuição da resistência à carbonatação acelerada e para o aumento da permeabilidade ao oxigénio.

Estudo das propriedades dos adjuvantes na compatibilidade/robustez cimento/adjuvante

A qualidade do betão pode ser controlada pelo comportamento da fluidez da pasta de cimento, o qual está relacionado com a dispersão das partículas de cimento. Um dos maiores avanços na tecnologia do betão tem sido o desenvolvimento de aditivos. Um destes tipos de aditivos, os Superplastificantes (SP), fornecem a possibilidade de se obter uma melhor dispersão das partículas de cimento, produzindo pastas com elevada fluidez. Com o desenvolvimento de betões de alta resistência e elevado desempenho, os superplastificantes tornaram-se indispensáveis. Os superplastificantes são adsorvidos nas partículas de cimento e esta adsorção depende da composição do clínquer do cimento e do tipo de SP utilizado. Com a difusão do emprego dos aditivos redutores de água, têm surgido vários problemas de compatibilidade cimento/adjuvante. Esta investigação dedicada aos superplastificantes, fortes redutores de água, visou estudar quais as propriedades que poderiam influenciar a sua compatibilidade/robustez com o cimento. Também se procurou ganhar experiência com as técnicas analíticas de caracterização de adjuvantes. Assim, utilizou-se um tipo de cimento e dois tipos de superplastificantes (poli(étercarboxilatos) e poli(naftalenossulfonatos)) disponíveis no mercado português. Mantendo a mesma razão água/cimento (A/C), pretendeu-se determinar a natureza química, grau de funcionalização, teor e tipo de contra-ião, teor de sulfatos/sulfonatos do adjuvante e o comportamento dos superplastificantes nas pastas cimentícias, de forma a poder determinar indicadores de compatibilidade entre cimentos e superplastificantes. Constatou-se que a natureza química, o grau de funcionalização e a quantidade consumida dos superplastificantes têm influência nas pastas. Os indicadores de compatibilidade por parte dos superplastificantes parecem estar relacionados com o comprimento da cadeia lateral de éter e com o rácio CO2R/CO2 -. A alteração do momento da adição do adjuvante tem influência na compatibilidade cimento/adjuvante, sendo benéfico para os poli(étercarboxilatos) e prejudicial para o poli(naftalenossulfonato).

Development of an injectable grout for concrete repair and strengthening

This paper deals with the coupled effect of temperature and silica fume addition on rheological, mechanical behaviour and porosity of grouts based on CEMI 42.5R, proportioned with a polycarboxylate-based high range water reducer. Preliminary tests were conducted to focus on the grout best able to fill a fibrous network since the goal of this study was to develop an optimized grout able to be injected in a mat of steel fibers for concrete strengthening. The grout composition was developed based on criteria for fresh state and hardened state properties. For a CEMI 42.5R based grout different high range water reducer dosages (0%, 0.2%, 0.4%, 0.5%, 0.7%) and silica fume (SF) dosages (0%, 2%, 4%) were tested (as replacement of cement by mass). Rheological measurements were used to investigate the effect of polycarboxylates (PCEs) and SF dosage on grout properties, particularly its workability loss, as the mix was to be injected in a matrix of steel fibers for concrete jacketing. The workability behaviour was characterized by the rheological parameters yield stress and plastic viscosity (for different grout temperatures and resting times), as well as the procedures of mini slump cone and funnel flow time. Then, further development focused only on the best grout compositions. The cement substitution by 2% of SF exhibited the best overall behaviour and was considered as the most promising compared to the others compositions tested. Concerning the fresh state analysis, a significant workability loss was detected if grout temperature increased above 35 degrees C. Below this temperature the grout presented a self-levelling behaviour and a life time equal to 45 min. In the hardened state, silica fumes increased not only the grout's porosity but also the grout's compressive strength at later ages, since the pozzolanic contribution to the compressive strength does not occur until 28 d and beyond. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Sistema de fundações para postes de catenária com betão com pré-colocação de agregados (PAC)

Trabalho de Projecto de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Velocidade da corrosão do aço em argamassas cimentícias modificadas com polímeros

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

NZEB e os novos revestimentos

Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações