Optimization of wastepaper sludge ash (WSA) in robust cementitious systems

Abstract : Wastepaper sludge ash (WSA) is generated by a cogeneration station by burning wastepaper sludge. It mainly consists of amorphous aluminosilicate phase, anhydrite, gehlenite, calcite, lime, C2S, C3A, quartz, anorthite, traces of mayenite. Because of its free lime content (~10%), WSA suspension has a high pH (13). Previous researchers have found that the WSA composition has poor robustness and the variations lead to some unsoundness for Portland cement (PC) blended WSA concrete. This thesis focused on the use of WSA in different types of concrete mixes to avoid the deleterious effect of the expansion due to the WSA hydration. As a result, WSA were used in making alkali-activated materials (AAMs) as a precursor source and as a potential activator in consideration of its amorphous content and the high alkaline nature. Moreover, the autogenous shrinkage behavior of PC concrete at low w/b ratio was used in order to compensate the expansion effect due to WSA. The concrete properties as well as the volume change were investigated for the modified WSA blended concrete. The reaction mechanism and microstructure of newly formed binder were evaluated by X-ray diffraction (XRD), calorimetry, thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). When WSA was used as precursor, the results showed incompatible reaction between WSA and alkaline solution. The mixtures were not workable and provided very low compressive strength no matter what kinds of chemical activators were used. This was due to the metallic aluminum in WSA, which releases abundant hydrogen gas when WSA reacts with strong alkaline solution. Besides, the results of this thesis showed that WSA can activate the glassy phase contained in slag, glass powder (GP) and class F fly ash (FFA) with an optimum blended ratio of 50:50. The WSA/slag (mass ratio of 50:50) mortar (w/b of 0.47) attained 46 MPa at 28 days without heat curing assistance. A significant fast setting was noticed for the WSA-activated binder due to the C3A phase, free lime and metallic aluminum contained in the WSA. Adding 5% of gypsum can delay the fast setting, but this greatly increased the potential risk of intern sulfate attack. The XRD, TGA and calorimetry analyses demonstrated the formation of ettringite, C-S-H, portlandite, hydrogarnet and calcium carboaluminate in the hydrated binder. The mechanical performance of different binder was closely related to the microstructure of corresponding binder which was proved by the SEM observation. The hydrated WSA/slag and WSA/FFA binder formed a C-A-S-H type of gel with lower Ca/Si ratio (0.47~1.6). A hybrid gel (i.e. C-N-A-S-H) was observed for the WSA/GP binder with a very low Ca/Si ratio (0.26) and Na/Si ratio (0.03). The SEM/EDX analyses displayed the formation of expansive gel (ettringite and thaumasite) in the gypsum added WSA/slag concrete. The gradual emission of hydrogen gas due to the reaction of WSA with alkaline environment significantly increased the porosity and degraded the microstructure of hydrated matrix after the setting. In the last phase of this research WSA-PC blended binder was tailored to form a high autogenous shrinkage concrete in order to compensate the initial expansion. Different binders were proportioned with PC, WSA, silica fume or slag. The microstructure and mechanical properties of concrete can be improved by decreasing w/b ratios and by incorporating silica fume or slag. The 28-day compressive strength of WSA-blended concrete was above 22 MPa and reached 45 MPa when silica fume was added. The PC concrete incorporating silica fume or slag tended to develop higher autogenous shrinkage at low w/b ratios, and thus the ternary binder with the addition of WSA inhibited the long term shrinkage due to the initial expansion property to WSA. In the restrained shrinkage test, the concrete ring incorporating the ternary binder (PC/WSA/slag) revealed negligible potential to cracking up to 96 days as a result of the offset effect by WSA expansion. The WSA blended regular concrete could be produced for potential applications with reduced expansion, good mechanical property and lower permeability.

Desenvolvimento de um cerâmico Al2O3/TI(C,N) para uso em maquinação

O principal objetivo deste trabalho é preparar um cermeto do tipo Al2O3/Ti(C,N) com propriedades mecânicas adequadas à sua utilização na maquinação de materiais do tipo DIN ISO 513:K01-K10 e ISO H01-H10. De forma a incrementar a sinterabilidade do cermeto investigou-se o efeito da adição de dopantes metálicos, nomeadamente alumínio metálico (Al) e hidreto de titânio (TiH2) e o efeito da substituição da moagem convencional por moagem de alta energia. As variáveis das etapas principais de processamento, i.e., da moagem, prensagem e sinterização, foram selecionadas com trabalho realizado quer na Universidade de Aveiro quer na empresa Palbit. Foram preparadas três composições do cermeto Al2O3/Ti(C,N) com adições de 5%TiH2, 1%Al e 5%TiH21%Al através da moagem de alta energia. Os parâmetros de moagem, i.e. a velocidade de rotação, o rácio bolas/pó e o tempo de moagem foram otimizados para os seguintes valores: 350 rpm, 10:1 e 5 h, respetivamente. A utilização da moagem de alta energia permitiu uma redução do tamanho de partícula dos pós até aproximadamente 100 nm e a obtenção de uma boa uniformidade da distribuição das fases (Al2O3+Ti(C,N)). A etapa de conformação foi efetuada por prensagem uniaxial seguida de prensagem isostática. A avaliação da reatividade dos cermetos através de dilatometria em atmosfera de vácuo revelou que a densificação é maioritariamente realizada em estado sólido. A adição de apenas 1%Al é a menos efetiva para a densificação. Os cermetos foram sinterizados através de sinterização convencional em forno de vazio a 1650ºC e prensagem a quente (1650ºC com uma pressão uniaxial de 25 MPa). Os valores de densificação obtidos, aproximadamente 80% e 100%, respetivamente, indicam que a aplicação de pressão durante a sinterização é efetiva para atingir densificações elevadas nos compactos, compatíveis com as suas aplicações tecnológicas. As propriedades mecânicas de dureza e de tenacidade avaliadas nos três cermetos apresentaram valores aproximados de 1800-1900 HV50 para a dureza e entre 5.4 e 7.7 MPa.m1/2 para a tenacidade à fratura.

Caracterização do estoque de anchoita (engraulis anchoita) da região Sul do Brasil e utilização desta matéria-prima na elaboração de produto de alto valor agregado

O trabalho teve por objetivo caracterizar o estoque de anchoita (Engraulis anchoita) capturado na região sul do Brasil, visando à utilização deste recurso de alto valor biológico no desenvolvimento de produtos semi-prontos e de fácil preparo, tipo empanado. Os experimentos foram conduzidos com anchoita resultante de cruzeiros realizados pelo Navio Oceanográfico Atlântico Sul da Universidade Federal do Rio Grande (FURG), RS, Brasil. Os exemplares foram capturados entre a cidade de Rio Grande (32ºS, RS-Brasil) e 51ºW. Após captura, o pescado foi armazenado a bordo em mistura de gelo e água do mar, na razão 1:1. As amostras foram transportadas para o laboratório de Biotecnologia da FURG e mantidas sob congelamento a -18°C, até a realização das análises. O trabalho está constituído por uma revisão bibliográfica, que enfatiza a importância do recurso pesqueiro em estudo como potencial a ser explorado, discorre sobre ácidos graxos e perfil de voláteis, bem como, o desenvolvimento de produtos à base de pescado. O desenvolvimento do trabalho é expresso por quatro artigos. O primeiro teve como objetivo caracterizar o estoque de anchoita segundo a biometria, rendimento, composição proximal, compostos nitrogenados e ácidos graxos. O rendimento, a composição proximal e o perfil de ácidos graxos foram realizados nas três frações que compõe o peixe: músculo claro, escuro e vísceras. A análise dos resultados demonstrou a variabilidade dos componentes em função das frações avaliadas e da época de captura, o que pode contribuir para a escolha do processo tecnológico a ser aplicado no desenvolvimento de produtos de alto valor agregado a partir dessa matéria-prima. No segundo artigo foi determinado o perfil de ácidos graxos da anchoita e avaliado o comportamento destes compostos durante o armazenamento congelado, bem como, dos voláteis gerados. Os resultados demonstraram a influência do armazenamento na modificação dos ácidos graxos, em especial, EPA e DHA, e que os voláteis gerados podem ser um índice em potencial para avaliar a qualidade da anchoita congelada. No terceiro artigo objetivou-se selecionar e treinar julgadores para avaliação do odor a pescado utilizando os padrões referência obtidos a partir do perfil de voláteis. Neste sentido, foi levantada a terminologia que descreve o odor da anchoita, definido padrões referência, bem como, selecionado e treinado uma equipe de julgadores. Foram utilizados 20 candidatos, deste total, 9 foram selecionados pelo método das amplitudes. Os julgadores selecionados foram submetidos ao treinamento no uso de escala não estruturada e na avaliação da intensidade do odor a pescado. O desempenho dos julgadores foi definido utilizando como amostra solução de lavagem resultante do processo de obtenção de base protéica de anchoita. Os resultados foram avaliados com base no poder de discriminação, repetibilidade das respostas e concordância entre julgadores, segundo análise de variância, com duas fontes de variação (amostra e repetições). Foram obtidos os valores de Famostra e Frepetição, para cada julgador. Os julgadores com o valor de Famostra significativo (p≤0,30) e Frepetição não significativo (p>0,05), bem como, concordância de médias com os demais julgadores foram considerados treinados. Segundo esse processo a equipe foi constituída por 8 julgadores selecionados e treinados na avaliação do odor a pescado. Finalmente, no quarto artigo foi avaliada a possibilidade de uso de base protéica (BPP) de anchoita na elaboração de massa base de empanados, bem como, em substituição a farinha de cobertura. Para obtenção das BPPs, foram testadas duas soluções extratoras (3 ciclos de extração com ácido fosfórico 0,05% e 1 ciclo de ácido fosfórico seguido de 2 ciclos com água). A BPP obtida na melhor condição utilizada foi seca a 70°C e submetida ao processo de moagem em moinho de facas para ser utilizada como farinha de cobertura. Formulações de empanado utilizando diferentes concentrações (25, 50, 75 e 100%) de anchoita desidratada na cobertura foram testadas no produto frito e forneado. Um teste de preferência com consumidores em potencial foi aplicado às diferentes formulações. Os resultados indicaram que a melhor condição de lavagem para obtenção das BPPs testadas foi quando são utilizados 3 ciclos de extração com ácido fosfórico. A avaliação da preferência junto ao consumidor em potencial demonstrou que a anchoita desidratada pode ser utilizada como farinha de cobertura em empanados na concentração de até 75%.

Ultrasonic wave reflection measurements on self-compacting pastes and concretes

The objective of this study was to extend the use of combined longitudinal (P-wave) and shear (S-wave) ultrasonic wave reflection (UWR) to monitor the setting and stiffening of self-compacting pastes and concretes. An additional objective was to interpret the UWR responses of various modified cement pastes. A polymeric buffer with acoustic impedance close to that of cement paste, high impact polystyrene, was chosen to obtain sensitive results from the early hydration period. Criteria for initial and final set developed by our group in a prior study were used to compute setting times by UWR. UWR results were compared with standard penetration measurements. Stiffening behavior and setting times for normal cement pastes, pastes modified with mineral and chemical admixtures, self-compacting pastes, and concretes were explored using penetration resistance, S-wave and P-wave reflection. All three methods showed that set times of pastes varied linearly with w/c, that superplasticizer and fly ash delayed the set times of pastes, and that differences in w/cm, sp/cm, and fa/cm could be detected. Final set times determined from UWR correlated well with those from penetration resistance. Initial set times from S-wave reflection did not correlate very well with those from penetration resistance. Final set times from P-wave and S-wave reflection were roughly the same. Pastes with different chemical admixtures were tested, and the effects of these admixtures on stiffening were determined using UWR. Self-compacting concretes were studied using UWR, and their response and setting times were largely similar to that of corresponding self-compacting pastes. The P-wave reflection response was explored in detail, and the phenomenon of partial debonding and the factors affecting it were explained. Partial debonding is probably caused by autogenous shrinkage at final set, and was controlled and limited by water. The extent of partial debonding was higher with the transducers placed on the side as opposed to the bottom, and the S-wave transducer seemed to promote debonding in the P-wave reflection, whereas the P-wave transducer seemed to reduce debonding in the S-wave reflection. Simultaneous formwork pressure testing and UWR were performed; however, no clear correlation was seen between the two properties.

Manufacturing conditioned roughness and wear of biomedical oxide ceramics for all-ceramic knee implants

Background: Ceramic materials are used in a growing proportion of hip joint prostheses due to their wear resistance and biocompatibility properties. However, ceramics have not been applied successfully in total knee joint endoprostheses to date. One reason for this is that with strict surface quality requirements, there are significant challenges with regard to machining. High-toughness bioceramics can only be machined by grinding and polishing processes. The aim of this study was to develop an automated process chain for the manufacturing of an all-ceramic knee implant. Methods: A five-axis machining process was developed for all-ceramic implant components. These components were used in an investigation of the influence of surface conformity on wear behavior under simplified knee joint motion. Results: The implant components showed considerably reduced wear compared to conventional material combinations. Contact area resulting from a variety of component surface shapes, with a variety of levels of surface conformity, greatly influenced wear rate. Conclusions: It is possible to realize an all-ceramic knee endoprosthesis device, with a precise and affordable manufacturing process. The shape accuracy of the component surfaces, as specified by the design and achieved during the manufacturing process, has a substantial influence on the wear behavior of the prosthesis. This result, if corroborated by results with a greater sample size, is likely to influence the design parameters of such devices.

Polímeros superabsorventes (psa) como agente de cura interna para prevenir fissuração em concretos de alta resistência

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015.

Enzymatic hydrolysis and fermentation of ultradispersed wood particles after ultrasonic pretreatment

Background: A study of the correlation between the particle size of lignocellulosic substrates and ultrasound pretreatment on the efficiency of further enzymatic hydrolysis and fermentation to ethanol. Results: Themaximumconcentrations of glucose and, to a lesser extent, di- and trisaccharideswere obtained in a series of experiments with 48-h enzymatic hydrolysis of pine rawmaterials ground at 380–400 rpm for 30min. The highest glucose yield was observed at the end of the hydrolysis with a cellulase dosage of 10 mg of protein (204 ± 21 units CMCase per g of sawdust). The greatest enzymatic hydrolysis efficiency was observed in a sample that combined two-stage grinding at 400 rpm with ultrasonic treatment for 5–10 min at a power of 10 W per kg of sawdust. The glucose yield in this case (35.5 g glucose l−1) increased twofold compared to ground substrate without further preparation. Conclusions: Using a mechanical two-stage grinding of lignocellulosic raw materials with ultrasonication increases the efficiency of subsequent enzymatic hydrolysis and fermentation.

Influência na qualidade final de metais retificados através da variação da velocidade de mergulho

A retificação, processo final de usinagem de uma peça, utiliza fluidos de corte com a finalidade de lubrificação, refrigeração e remoção de cavacos. No entanto, esses fluidos são extremamente agressivos com o meio. Com o avanço tecnológico a tendência mundial é produzir peças cada vez mais sofisticadas, com elevado grau de tolerância geométrica, dimensional, com bom acabamento superficial, com baixo custo e, principalmente, sem causar danos ao meio. Para tanto, ao processo de retificação está intrínseca a reciclagem do fluido de corte, que se destaca pelo seu custo. Através da variação da velocidade de avanço no processo de retificação cilíndrica externa do aço ABNT D6, racionalizando a aplicação de dois fluidos de corte e usando um rebolo superabrasivo de CBN (nitreto de boro cúbico) com ligante vitrificado, avaliaram-se os parâmetros de saída da força tangencial de corte, emissão acústica, rugosidade, circularidade, desgaste da ferramenta, tensão residual e a integridade superficial através da microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos corpos-de-prova. Com a análise do desempenho do fluido, do rebolo e da velocidade de mergulho, encontraram-se as melhores condições de usinagem propiciando a diminuição do volume de fluido de corte e a diminuição do tempo de usinagem, sem prejudicar os parâmetros geométricos e dimensionais, o acabamento superficial e a integridade superficial dos componentes.

Influência da lubrirrefrigeração na qualidade superficial de metais retificados

Na fabricação de componentes mecânicos precisos, que necessitam de alta resistência mecânica e ao desgaste, utiliza-se o processo de retificação, para conferir o acabamento final desejado e, também, para eliminar as deformações ocorridas durante a têmpera do aço. No entanto, as condições de retificação devem ser adequadas, para que não sejam introduzidas falhas na peça. Novos conceitos de lubrificação e refrigeração, para o processo de retificação, estão sendo pesquisados, de forma a diminuir os custos e os danos ambientais causados pelos fluidos de corte. Nesse trabalho, é analisada a influência das técnicas de mínima quantidade de lubrificante (MQL), refrigeração otimizada e refrigeração convencional, com diferentes vazões e velocidade de aplicação do fluido de corte, na qualidade das peças produzidas com aço ABNT 4340 endurecido, no processo de retificação cilíndrica externa de mergulho com a utilização de rebolos de CBN. O Aço ABNT 4340 apresenta várias aplicações industriais, sendo considerado de uso aeronáutico devido, sua alta resistência mecânica sem aumentar o peso dos componentes que o utilizam. A análise da qualidade das peças foi realizada com a verficação das rugosidades e com a análise de microscopias eletrônicas de varredura. Verificou-se, ainda, a força tangencial de corte. em relação às diferentes formas de aplicação do fluido de corte, notou-se o melhor desempenho da aplicação otimizada, para maiores velocidades, mostrando a eficiência do bocal utilizado. O processo otimizado e o processo MQL foram capazes de manter a integridade superficial das peças produzidas. Exceção somente para a condição MQL com vazão de fluido de corte de 40ml/h, que produziu trincas e queima superficial. Rebolos com baixa concentração de CBN, conseqüentemente mais baratos, proporcionaram bons resultados, quando associados com técnicas mais eficientes de aplicação de fluido de corte apresentando desgaste reduzido.

Os moinhos do Rio Almansor no Concelho de Montemor-o-Novo : Um património a conhecer, preservar e valorizar

Esta dissertação tem como tema "Os Moinhos do Rio Almansor no Concelho de Montemor-o-Novo- um património a conhecer, preservar e valorizar", é composta por cinco capítulos, nos quais se pretendeu demonstrar a importância que o património molinológico tem na actualidade, abordar a própria evolução do conceito que abrange hoje os moinhos na vertente cultural, apresentação de alguns estudos e experiências de valorização a nível nacional e internacional deste património, breve descrição da evolução tecnológica tradicional da moagem e análise dos factores geomorfológicos e históricos que estiveram na origem desta actividad em Montemor-o-Novo, o que possibilitou um melhor conhecimento e compreensão do seu desenvolvimento. Um dos principais objectivos foi dar a conhecer os moinhos existentes ao longo das margens do Rio Almansor no Concelho de Montemor, a partir do levantamento patrimonial realizado no terreno, durante o estágio realizado na Câmara Municipal, nomeadamente a sua identificação e caracterização arquitectónica e molinológica. No último capítulo apresenta-se, em resposta ao objectivo principal desta dissertação, uma proposta de valorização dos moinhos, que possa contribuir para a preservação e salvaguarda do pouco, que ainda existe deste património, neste Concelho. A metodologia que se seguiu para a realização desta dissertação assentou em cinco vertentes: em primeiro lugar no levantamento de campo, que foi alvo de pesquisa de localização e identificação dos moinhos no terreno; realização de entrevistas; pesquisa de fontes e de documentação antiga e recolha de bibliografia. Como resultados obtidos pode-se destacar ao longo deste trabalho de dissertação, um conhecimento geral do desenvolvimento da moagem em Portugal, a caracterização e identificação dos moinhos hidráulicos existentes no rio Almansor neste Concelho e a proposta de preservação e valorização deste património molinológico montemorense que poderá servir como exemplo para outras propostas similares, assim como também contribuir para a melhoria de futuras propostas. ABSTRACT; The theme of this dissertation is "The mills of the River Almansor in Montemor­o-Novo County - a cultural heritage to know, preserve and treasure". It's constituted by five chapters, in which we intended to demonstrate the importance that the molinological heritage has nowadays. ln a cultural view it is disseminated on a national and international level by the approaching of the evolution of the concept like it is demonstrated by some studies and experiments here presented, as well as a brief description of the technological evolution of the traditional grinding and analysis of the geomorphologic and historical factors that were in the origin of this activity in Montemor-o-Novo, which allowed a better knowledge and understanding of their development. One of the main goals was to portray the existing mills alongside the river banks of Almansor, in the County of Montemor. lt was made throughout a survey of the patrimonial background on the field, during the training held by the City Hall, including its identification and molinological architectural characterization. ln the last chapter was presented as a response to the main reason of this dissertation, a revival proposal of the mills, which may contribute to the preservation and protection of the few that still remains, in this County. The methodology that was followed for this thesis was based on five aspects: first, the field survey, revealing the research and identification of the location of the mills on the field; interviews, research of sources, old documentation and collection of bibliography.

Additional steps in mechanical recyling of PET

This study presents the laboratory scale results of an extra step in Poly (ethylene terephthalate) - PET mechanical recycling (grinding, washing, drying and reprocessing): a chemical washing after the conventional one. Cooking oil PET bottle flakes were washed in water and then subjected to a reaction with an aqueous solution of sodium hydroxide 5 M at 90 degrees C for 10 min (chemical washing). After rinsing and drying, the flakes were characterized by thermogravimetry, gas chromatography and elemental analysis tests. The results indicated that the chemically washed material had higher purity than PET washed only with water: 99.3% and 96.7%, respectively, which undoubtedly implies properties, applications and prices closer to those of virgin resin. The production of purified terephthalic acid (TPA) from the chemical washing residue was optimized and reached a purity of 99.6%. Despite the results, the use of chemically washed PET and of TPA obtained is not recommended for direct contact with food, since they still contain some impurities. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Host-guest system of 4-nerolidylcatechol in 2-hydroxypropyl-beta-cyclodextrin: preparation, characterization and molecular modeling

The interaction of 4-nerolidylcatechol (4-NRC), a potent antioxidant agent, and 2-hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (HP-beta-CD) was investigated by the solubility method using Fourier transform infrared (FTIR) methods in addition to UV-Vis, (1)H-nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and molecular modeling. The inclusion complexes were prepared using grinding, kneading and freeze-drying methods. According to phase solubility studies in water a B(S)-type diagram was found, displaying a stoichiometry complexation of 2:1 (drug:host) and stability constant of 6494 +/- A 837 M(-1). Stoichiometry was established by the UV spectrophotometer using Job's plot method and, also confirmed by molecular modeling. Data from (1)H-NMR, and FTIR, experiments also provided formation evidence of an inclusion complex between 4-NRC and HP-beta-CD. 4-NRC complexation indeed led to higher drug solubility and stability which could probably be useful to improve its biological properties and make it available to oral administration and topical formulations.

Estudo da adição de polímero superabsorvente e de nano partículas de sílica para melhorar propriedades de concretos de alta resistência

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016.

Construction and demolition waste as a source of PVC for recycling

Construction and demolition waste can contain considerable amounts of polyvinyl chloride (PVC). This paper describes a study of the recycling of PVC pipes collected from such waste materials. In a sorting facility for the specific disposal of construction and demolition waste, PVC was found to represent one-third of the plastics separated by workers. Pipes were sorted carefully to preclude any possible contamination by poly(ethylene terephthalate) (PET) found in the waste. The material was ground into two distinct particle sizes (final mesh of 12.7 and 8 mm), washed, dried and recycled. The average formulation of the pipes was determined based on ash content tests and used in the fabrication of a similar compound made mainly of virgin PVC. Samples of recycled pipes and of compound based on virgin material were subjected to tensile and impact tests and provided very similar results. These results are a good indication of the application potential of the recycled material and of the fact that longer grinding to obtain finer particles is not necessarily beneficial.