Radiological and material characterization of high volume fly ash concrete

The main goal of research presented in this paper was the material and radiological characterization of high volume fly ash concrete (HVFAC) in terms of determination of natural radionuclide content and radon emanation and exhalation coefficients. All concrete samples were made with a fly ash content between 50% and 70% of the total amount of cementitious materials from one coal burning power plant in Serbia. Physical (fresh and hardened concrete density) and mechanical properties (compressive strength, splitting tensile strength and modulus of elasticity) of concrete were tested. The radionuclide content (226Ra, 232Th and 40K) and radon massic exhalation of HVFAC samples were determined using gamma spectrometry. Determination of massic exhalation rates of HVFAC and its components using radon accumulation chamber techniques combined with a radon monitor was performed. The results show a beneficial effect of pozzolanic activity since the increase in fly ash content resulted in an increase in compressive strength of HVFAC by approximately 20% for the same mass of cement used in the mixtures. On the basis of the obtained radionuclide content of concrete components the I -indices of different HVFAC samples were calculated and compared with measured values (0.27e0.32), which were significantly below the recommended 1.0 index value. The prediction was relatively close to the measured values as the ratio between the calculated and measured I-index ranged between 0.89 and 1.14. Collected results of mechanical and radiological properties and performed calculations clearly prove that all 10 designed concretes with a certain type of fly ash are suitable for structural and non-structural applications both from a material and radiological point of view.

Engineering properties of alkali-activated natural pozzolan concrete

The development of alkali-activated binders with superior engineering properties and longer durability has emerged as an alternative to ordinary portland cement (OPC). It is possible to use alkali-activated natural pozzolans to prepare environmentally friendly geopolymer cement leading to the concept of sustainable development. This paper presents a summary of an experimental work that was conducted to determine mechanical strength, modulus of elasticity, ultrasonic pulse velocity, and shrinkage of different concrete mixtures prepared with alkali-activated Iranian natural pozzolans—namely Taftan andesite and Shahindej dacite, both with and without calcining. Test data were used for Taftan pozzolan to identify the effects of water-binder ratios (w/b) and curing conditions on the properties of the geopolymer concrete, whereas the influence of material composition was studied by activating Shahindej pozzolan both in the natural and calcined states. The results show that alkali-activated natural pozzolan (AANP) concretes develop moderate-to-high mechanical strength with a high modulus of elasticity and a shrinkage much lower than with OPC.

Estimates of genetic parameters for growth and wood properties in Eucalyptus pellita F. Muell. to support tree breeding in Vietnam

Eucalyptus pellita demonstrated good growth and wood quality traits in this study, with young plantation grown timber being suitable for both solid and pulp wood products. All traits examined were under moderate levels of genetic control with little genotype by environment interaction when grown on two contrasting sites in Vietnam. Eucalyptus pellita currently has a significant role in reforestation in the tropics. Research to support expanded of use of this species is needed: particularly, research to better understand the genetic control of key traits will facilitate the development of genetically improved planting stock. This study aimed to provide estimates of the heritability of diameter at breast height over bark, wood basic density, Kraft pulp yield, modulus of elasticity and microfibril angle, and the genetic correlations among these traits, and understand the importance of genotype by environment interactions in Vietnam. Data for diameter and wood properties were collected from two 10-year-old, open-pollinated progeny trials of E. pellita in Vietnam that evaluated 104 families from six native range and three orchard sources. Wood properties were estimated from wood samples using near-infrared (NIR) spectroscopy. Data were analysed using mixed linear models to estimate genetic parameters (heritability, proportion of variance between seed sources and genetic correlations). Variation among the nine sources was small compared to additive variance. Narrow-sense heritability and genetic correlation estimates indicated that simultaneous improvements in most traits could be achieved from selection among and within families as the genetic correlations among traits were either favourable or close to zero. Type B genetic correlations approached one for all traits suggesting that genotype by environment interactions were of little importance. These results support a breeding strategy utilizing a single breeding population advanced by selecting the best individuals across all seed sources. Both growth and wood properties have been evaluated. Multi-trait selection for growth and wood property traits will lead to more productive populations of E. pellita both with improved productivity and improved timber and pulp properties.

Genetic variation in growth and wood-quality traits of Corymbia citriodora subsp. variegata across three sites in south-east Queensland, Australia

Ten growth or wood-quality traits were assessed in three nearby Corymbia citriodora subsp. variegata (CCV) open-pollinated family-within-provenance trials (18 provenances represented by a total of 374 families) to provide information for the development of a breeding program targeting both pulp and solid-wood products. Growth traits (diameter at breast high over bark [DBH], height and conical volume) were assessed at 3 and 7 years of age. Wood-quality traits (density [DEN], Kraft pulp yield [KPY], modulus of elasticity [MoE] and microfibril angle [MfA]) were predicted using near-infrared spectroscopy on wood samples collected from these trials when aged between 10 and 12 years. The high average KPY, DEN and MoE, and low average MfA observed indicates CCV is very suitable for both pulp and timber products. All traits were under moderate to strong genetic control. In across- trials analyses, high (>0.4) heritability estimates were observed for height, DEN, MoE and MfA, while moderate heritability estimates (0.24 to 0.34) were observed for DBH, volume and KPY. Most traits showed very low levels of genotype × site interaction. Estimated age–age genetic correlations for growth traits were strong at both the family (0.97) and provenance (0.99) levels. Relationships among traits (additive genetic correlation estimates) were favourable, with strong and positive estimates between growth traits (0.84 to 0.98), moderate and positive values between growth and wood-quality traits (0.32 to 0.68), moderate and positive between KPY and MoE (0.64), and high and positive between DEN and MoE (0.82). However, negative (but favourable) correlations were detected between MfA and all other evaluated traits (−0.31 to −0.96). The genetic correlation between the same trait expressed on two different sites, at family level, ranged from 0.24 to 0.42 for growth traits, and from 0.29 to 0.53 for wood traits. Therefore simultaneous genetic improvement of growth and wood property traits in CCV for the target environment in south-east Queensland should be possible, given the moderate to high estimates of heritability and favourable correlations amongst all traits studied, unless genotype × site interactions are greater than was evident. © 2016 NISC (Pty) Ltd

Mechanical behaviour at high temperature of alkali-activated aluminosilicates (geopolymers)

This study was designed to determine the effect of temperature on the mechanical strength (in both in vivo and post-exposure trials) of two alkaline cements (without OPC): (a) 100% fly ash (FA) and (b) 85% FA + 15% bauxite, the activated alkaline solution used was 85% 10-M NaOH + 15% sodium silicate. A Type I 42.5 R Portland cement was used as a control. Two series of trials were conducted: (i) in vivo trials in which bending and compressive strength, fracture toughness and modulus of elasticity were determined at different temperatures; and (ii) post-firing trials, assessing residual bending and compres-sive strength after a 1-h exposure to high temperatures and subsequent cooling. The findings showed that from 25 to 600 C, irrespective of the type of test (in vivo or post-firing), compressive mechanical strength rose, with the specimens exhibiting elastic behaviour and consequently brittle failure. At tem-peratures of over 600 C, behaviour differed depending on the type of test: (i) in the in vivo trials the high temperature induced pseudo-plastic strain and a decline in mechanical strength that did not necessarily entail specimen failure; (ii) in the post-firing trials, compressive strength rose.

Rigidez do papelão ondulado: comparação entre resultados experimentais e os obtidos por cálculo analítico

Cardboard packing for horticultural products has as main function to protect them. The design of a cardboard packing request the knowledge of the bending stiffens which is depending on the modulus of elasticity. The objective of this work was to calculate the cardboard modulus of elasticity from data obtained in laboratory using physical characterization test, with different methods, and comparing the results with the values obtained experimentally. Ten samples of each cardboard selected for this study were tested in the paper fabrication direction and in its transverse direction. The papers liner and medium resistance to the traction, used to calculate the bending stiffness, was determined in a universal machine test. To obtaining of the bending stiffens the four points test was accomplished. Expressive variations among the methods from which the modulus of elasticity is obtained were observed and that influence the bending stiffness of the structure. The stiffness values obtained experimentally were always greater than the values obtained from analytical method. This difference can be attributed to two factors, the production processes that assurance a larger rigidity than the components separately and the addition of the adhesive layer that is not taken in consideration in the analytic calculations.

Concretes and mortars recycled with water treatment sludge and construction and demolition rubble

There are about 7500 water treatment plants in Brazil. The wastes these plants generate in their decantation tanks and filters are discharged directly into the same brooks and rivers that supply water for treatment. Another serious environmental problem is the unregulated disposal of construction and demolition rubble, which increases the expenditure of public resources by degrading the urban environment and contributing to aggravate flooding and the proliferation of vectors harmful to public health. In this study, an evaluation was made of the possibility of recycling water treatment sludge in construction and demolition waste recycling plants. The axial compressive strength and water absorption of concretes and mortars produced with the exclusive and joint addition of these two types of waste was also determined. The ecoefficiency of this recycling was evaluated by determining the concentration of aluminum in the leached extract resulting from the solubilization of the recycled products. The production of concretes and mortars with the joint addition of water treatment sludge and recycled concrete rubble aggregates proved to be a viable recycling alternative from the standpoint of axial compression strength, modulus of elasticity, water absorption and tensile strength by the Brazilian test method. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Electrospun silk-elastin-like fiber mats for tissue engineering applications

Protein-based polymers are present in a wide variety of organisms fulfilling structural and mechanical roles. Advances in protein engineering and recombinant DNA technology allow the design and production of recombinant protein-based polymers (rPBPs) with an absolute control of its composition. Although the application of recombinant proteins as biomaterials is still an emerging technology, the possibilities are limitless and far superior to natural or synthetic materials, as the complexity of the structural design can be fully customized. In this work, we report the electrospinning of two new genetically engineered silk-elastin-like proteins (SELPs) consisting of alternate silk- and elastin-like blocks. Electrospinning was performed with formic acid and aqueous solutions at different concentrations without addition of further agents. The size and morphology of the electrospun structures was characterized by scanning electron microscopy showing to be dependent of concentration and solvent used. Treatment with air saturated with methanol was employed to stabilize the structure and promote water insolubility through a time-dependent conversion of random coils into β-sheets (FTIR). The resultant methanol-treated electrospun mats were characterized for swelling degree (570-720%), water vapour transmission rate (1083 g/m2/day) and mechanical properties (modulus of elasticity of ~126 MPa). Furthermore, the methanol-treated SELP fiber mats showed no cytotoxicity and were able to support adhesion and proliferation of normal human skin fibroblasts. Adhesion was characterized by a filopodia-mediated mechanism. These results demonstrate that SELP fiber mats can provide promising solutions for the development of novel biomaterials suitable for tissue engineering applications.

Degradação da madeira por caruncho em edifícios antigos: uma análise experimental

O presente trabalho apresenta um estudo laboratorial que teve como finalidade o reconhecimento de perda de propriedades da madeira de edifícios antigos quando degradada por carunchos. Foi estudada madeira antiga de pinho e de choupo, com idades compreendidas entre 100 e 200 anos. Como abordagem inicial são apresentadas as características da madeira e dos edifícios pombalinos e gaioleiros onde esta era bastante usada, não só como elemento deacabamento, mas principalmente como elemento estrutural. São apresentados os vários fatores que levam à degradação da madeira assim como alguns métodos de avaliação e diagnóstico dos estados de conservação dos elementos de madeira que se encontram nos edifícios. É também desenvolvido um estudo sobre o caruncho grande e caruncho pequeno, seu ciclo de vida e forma como degrada a madeira, servindo de base ao estudo laboratorial. No desenvolvimento foi avaliado o estado de degradação de provetes de madeira antiga com 30 x 30 x 90 mm e de seguida correlacionado com a sua resistência à compressão, o seu módulo de elasticidade e a extensão em fase plástica. Desta forma pretende-se estudar o modo como os diferentes estados de degradação por caruncho influenciam as caraterísticas mecânicas das peças de madeira.

Diagnóstico e avaliação da segurança de estruturas de madeira existentes

A utilização da madeira enquanto material estrutural é um aspeto abordado com algum receio ou até desconhecimento por parte dos elementos intervenientes no processo de construção civil, sendo ainda uma área pouco lecionada e muitas vezes excluída dos planos curriculares em Engenharia Civil. Assim sendo é importante o surgimento de trabalhos relacionados com esta matéria, relembrando ao sector da construção civil e ao ramo de estudo relacionado, que a madeira já teve e possivelmente voltará a ter um papel importante a desempenhar na área da construção. Um dos aspetos evidenciados nos estudos realizados consiste na importância da reabilitação de edifícios e do seu papel cada vez mais determinante na sociedade. Esta metodologia de intervenção apresenta-se muitas vezes como uma vantagem económica assim como contribui para a preservação do património arquitetónico e cultural, cujo valor histórico é incalculável. A importância da reabilitação de edifícios habitacionais nas zonas históricas, bem como de monumentos de grande importância cultural apresenta-se cada vez mais como um desafio devido à falta de conservação dos mesmos ao longo da sua vida útil, e da necessidade de preservar a identidade do local, beneficiando assim a qualidade do tecido urbano. Assim sendo, este trabalho apresenta um levantamento dos danos possíveis de ocorrer em elementos de madeira, dando especial destaque aos agentes patológicos e às consequências da sua atividade na madeira assim como às metodologias de inspeção e diagnóstico que poderão ser aplicadas em estruturas de madeira existentes, favorecendo assim a vertente da reabilitação ao invés da demolição. Estas metodologias recorrem a ensaios não destrutivos, como é exemplo o Pilodyn, o Resistógrafo, o Ultra-sons, etc., referindo também o recurso a ensaios destrutivos, cuja utilização terá de ser uma questão muito bem ponderada devido às consequências que implica. Por fim, apresenta-se um caso real de estudo em que se analisa um pavimento em madeira através da aplicação de metodologias de ensaio não destrutivas e destrutivas a amostras recolhidas. O objetivo será determinar o estado de conservação da madeira e algumas características físicas tais como a sua densidade e os módulos de elasticidade, sendo posteriormente efetuada uma análise estrutural. Os resultados obtidos permitem efetuar uma avaliação qualitativa do estado geral do pavimento sendo as principais conclusões que o pavimento se encontra atacado por parte de insetos xilófagos e apresenta problemas a nível de verificação a estados limite de utilização, deformação e vibração, fator que condiciona a possível utilização do pavimento.

Estudo da delaminação em compósitos

As excelentes propriedades mecânicas, associadas ao seu baixo peso, fazem com que os materiais compósitos sejam atualmente dos mais interessantes da nossa sociedade tecnológica. A crescente utilização destes materiais e a excelência dos resultados daí provenientes faz com que estes materiais sejam utilizados em estruturas complexas de responsabilidade, pelo que a sua maquinagem se torna necessária de forma a possibilitar a ligação entre peças. O processo de furação é o mais frequente. O processo de maquinagem de compósitos terá como base os métodos convencionais utilizados nos materiais metálicos. O processo deverá, no entanto, ser convenientemente adaptado, quer a nível de parâmetros, quer a nível de ferramentas a utilizar. As características dos materiais compósitos são bastante particulares pelo que, quando são sujeitos a maquinagem poderão apresentar defeitos tais como delaminação, fissuras intralaminares, arrancamento de fibras ou dano por sobreaquecimento. Para a detecção destes danos, por vezes a inspeção visual não é suficiente, sendo necessário recorrer a processos específicos de análise de danos. Existem já, alguns estudos, cujo âmbito foi a obtenção de furos de qualidade em compósitos, com minimização do dano, não se podendo comparar ainda com a informação existente, no que se refere à maquinagem de materiais metálicos ou ligas metálicas. Desta forma, existe ainda um longo caminho a percorrer, de forma a que o grau de confiança na utilização destes materiais se aproxime aos materiais metálicos. Este trabalho experimental desenvolvido nesta tese assentou essencialmente na furação de placas laminadas e posterior análise dos danos provocados por esta operação. Foi dada especial atenção à medição da delaminação causada pela furação e à resistência mecânica do material após ser maquinado. Os materiais utilizados, para desenvolver este trabalho experimental, foram placas compósitas de carbono/epóxido com duas orientações de fibras diferentes: unidireccionais e em “cross-ply”. Não se conseguiu muita informação, junto do fornecedor, das suas características pelo que se levaram a cabo ensaios que permitiram determinar o seu módulo de elasticidade. Relativamente á sua resistência â tração, como já foi referido, a grande resistência oferecida pelo material, associada às limitações da máquina de ensaios não permitiu chegar a valores conclusivos. Foram usadas três geometrias de ferramenta diferentes: helicoidal, Brad e Step. Os materiais utilizados nas ferramentas, foram o aço rápido (HSS) e o carboneto de tungsténio para as brocas helicoidais de 118º de ângulo de ponta e apenas o carboneto de tungsténio para as brocas Brad e Step. As ferramentas em diamante não foram consideradas neste trabalho, pois, embora sejam reconhecidas as suas boas características para a maquinagem de compósitos, o seu elevado custo não justifica a sua escolha, pelo menos num trabalho académico, como é o caso. As vantagens e desvantagens de cada geometria ou material utilizado foram avaliadas, tanto no que diz respeito à delaminação como á resistência mecânica dos provetes ensaiados. Para a determinação dos valores de delaminação, foi usada a técnica de Raio X. Algum conhecimento já existente relativamente a este processo permitiu definir alguns parâmetros (por exemplo: tempo de exposição das placas ao liquido contrastante), que tornaram acessível o procedimento de obtenção de imagens das placas furadas. Importando estas imagens para um software de desenho (no caso – AutoCad), foi possível medir as áreas delaminadas e chegar a valores para o fator de delaminação de cada furo efetuado. Terminado este processo, todas as placas foram sujeitas a ensaios de esmagamento, de forma a avaliar a forma como os parâmetros de maquinagem afectaram a resistência mecânica do material. De forma resumida, são objetivos deste trabalho: - Caracterizar as condições de corte em materiais compósitos, mais especificamente em fibras de carbono reforçado com matriz epóxida (PRFC); - Caracterização dos danos típicos provocados pela furação destes materiais; - Desenvolvimento de análise não destrutiva (RX) para avaliação dos danos provocados pela furação; - Conhecer modelos existentes com base na mecânica da fratura linear elástica (LEFM); - Definição de conjunto de parâmetros ideais de maquinagem com o fim de minimizar os danos resultantes da mesma, tendo em conta os resultados provenientes dos ensaios de força, da análise não destrutiva e da comparação com modelos de danos existentes e conhecidos.

Preparação de biofilmes a partir de resíduos da indústria de curtumes

A indústria dos curtumes é uma das indústrias mais antigas e tradicionais de Portugal e é também uma das mais poluentes. Esta indústria produz muitos resíduos sólidos, entre os quais, está o pelo de bovino. A valorização deste resíduo permite reduzir o impacto ambiental e aumentar a eco-eficiência da indústria dos curtumes. O pelo de bovino, rico em queratina, é um bom candidato para a produção de biofilmes. O objetivo deste trabalho foi a valorização de um resíduo de indústria de curtume (pelo de bovino) através da produção de filmes à base de queratina por termocompressão. Foi estudada a melhor formulação e as condições operatórias mais favoráveis com a finalidade de melhorar as propriedades mecânicas dos filmes. O trabalho realizado durante este projeto dividiu-se em 5 partes: preparação do material, caracterização do material, seleção do pré-tratamento, produção de filmes e caracterização dos filmes. Foram produzidos filmes para a seleção do pré-tratamento e para a respetiva caracterização. Os pré-tratamentos testados foram: tratamento com detergente, tratamento com detergente e sulfureto de sódio e, tratamento com detergente e éter de petróleo. O pré-tratamento selecionado foi o tratamento com detergente. Para a produção de filmes para a posterior caracterização, foram escolhidos 4 conjuntos de condições operatórias diferentes: 160 oC – 147 kN – 8 min – 30% glicerol; 160 oC – 147 kN – 12 min – 30% glicerol; 160 oC – 147 kN – 8 min – 40% glicerol; 160 oC – 147 kN – 12 min – 40% glicerol; identificados como Conjuntos A, B, C e D, respetivamente. Na caracterização dos filmes foram analisados vários parâmetros, nomeadamente a espessura, a permeabilidade ao vapor de água ao vapor de água, as isotérmicas de sorção, a cor, a solubilidade e as propriedades mecânicas. Também foram feitas as análises de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e microscopia eletrónica de varrimento (SEM). Concluiu-se que os filmes do conjunto A (160 oC – 147 kN – 8 min – 30% glicerol) tiveram um melhor desempenho apresentando espessuras médias de 0,25 0,02 mm, permeabilidade ao vapor de água ao vapor de água igual a 1,20 x 10-8 6,79 x 10-10 g/(m.s.Pa), solubilidade igual a 27,9 0,4 %, tensão de rutura média igual a 9,23 1,19 N/mm2, deformação na rutura média igual a 1,9 0,2 % e módulo de elasticidade médio igual a 554 26 N/mm2. Verificou-se um bom ajuste do modelo de GAB aos resultados experimentais. A análise DSC indicou uma temperatura de fusão aos 170 ºC para a mistura de pelo e glicerol que não se verificou nos filmes formados e indicou a temperatura de degradação do material por volta dos 240-250 ºC. A análise SEM mostrou que os filmes não estão totalmente fundidos e provou a irregularidade da superfície dos mesmos. Provou-se que é possível a produção de filmes de pelo bovino sendo ainda necessário melhorar o processo de mistura do pelo com o glicerol.

Earth-based repair mortars: experimental analysis with different binders and natural fibers

RESTAPIA 2012 - Int. Conf. on Rammed Earth Conservation, Valencia, 21-23 June 2012

Characterization tests for insulation boards made from corn cob and natural glues

In recent years there has been a growing interest in developing news solutions for more ecologic and efficient construction, including natural, renewable and local materials, thus contributing in the search for more efficient, economic and environmentally friendly construction. Several authors have assessed the possibility of using various agricultural sub products or wastes, as part of the effort of the scientific community to find alternative and more ecologic construction materials. Corn cob is an agricultural waste from a very important worldwide crop. Natural glues are made from natural materials, non-mineral, that can be used as such or after some modifications to achieve the behaviour and performance required. Two examples of these natural glues are casein and wheat flour-based glues that were used in the present study. Boards with different compositions were manufactured, having as variables the type of glue, the dimension of the corn cob particles and the features of the pressing process. The tests boards were characterized with physical and mechanical tests, such as thermal conductivity (λ) with a ISOMET 2104 and 60 mm diameter contact probe, density (ρ) based on EN 1602:2013, surface hardness (SH) with a PCE Shore A durometer, surface resistance (SR) with a PROCEQ PT pendular sclerometer, bending behaviour (σ) based on EN 12089:2013, compression behaviour (σ10) based on EN 826:2013 and resilience (R) based on EN 1094-1:2008, with a Zwick Rowell bending equipment with 2 kN and 50 kN load cells (Fig. 1), dynamic modulus of elasticity (Ed) with a Zeus Resonance Meter equipment (Fig. 5) based on NP EN 14146:2006 and water vapour permeability (δ) based on EN 12086:2013. The various boards produced were characterized according to the tests and the ones with the best results were C8_c8 (casein glue, grain size 2,38-4,76 mm, cold pressing for 8 hours), C8_c4 (casein glue, grain size 2,38-4,76 mm, cold pressing for 4 hours), F8_h0.5 (wheat flour glue, grain size 2,38-4,76 mm, hot pressing for 0,5 hours), FEV8_h0.5 (wheat flour, egg white and vinegar glue, grain size 2,38-4,76 mm, hot pressing for 0,5 hours) and FEVH68_c4 (wheat flour, egg white, vinegar and 6 g of sodium hydroxide glue, grain size 2,38-4,76 mm, cold pressing for 4 hours). Taking into account the various boards produced and respective test results the type of glue and the pressure and pressing time are very important factors which strongly influence the final product. The results obtained confirmed the initial hypotheses that these boards have potential as a thermal and, eventually, acoustic insulation material, to use as coating or intermediate layer on walls, floors or false ceilings. This type of board has a high mechanical resistance when compared with traditional insulating materials.The integrity of these boards seems to be maintained even in higher humidity environments. However, due to biological susceptibility and sensitivity to water, they would be more adequate for application in dry interior conditions.

Modelação numérica de uma solução de reforço de solos para fundações de aerogeradores

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil