Dense and porous geopolymers developed from industrial wastes

Abstract

Abstract : Geopolymers are synthetic materials formed by the activation of solid particles, rich in silicon and aluminum, with alkaline solutions. Many industrial wastes present chemical composition potentially suitable for the geopolymerization process, allowing the complete reaction of the constituents and obtaining properties adjusted for various applications. Thus, this thesis aimed at the use of solid wastes, biomass fly ash and construction wastes, in the development of geopolymers. The industrial wastes used are suitable for the development of geopolymers, generating a saving of up to 75% in the consumption of metakaolin, reducing the environmental impact of the extraction of natural resources and the economic cost of the production of metakaolin and the destination of the waste in landfills. The different methods of curing and concentration of alkaline activators studied showed that curing under environmental conditions of geopolymers is an adequate option for use in the in-situ construction industry. The geopolymer mortars produced with construction and demolition waste as a fine aggregate presented superior mechanical properties compared to mortars produced with natural aggregate (sand). The use of a porogenic agent (H2O2) in the development of porous geopolymer mortars caused an increase of 85% in the moisture absorption and desorption capacity, being the highest value found in the literature for mortars. Finally, the addition of porogenic agent at different cure times showed that it is possible to produce faujasite and P zeolites in geopolymers using the hydrothermal cure at 60 °C. Most importantly, in this work eco-friendly geopolymers were developed with low energy and environmental costs associated with mechanical, physical and chemical properties suitable for their applications.

Os geopolímeros são materiais sintéticos formados pela ativação de partículas sólidas, ricas em silício e alumínio, com soluções alcalinas. Muitos resíduos industriais apresentam composição química potencialmente adequada ao processo de geopolimerização, permitindo a completa reação dos constituintes e obtenção de propriedades ajustadas para diversas aplicações. Assim, essa tese visou o uso de resíduos sólidos, cinzas volantes de biomassa e resíduos de construção, no desenvolvimento de geopolímeros. Os resíduos industriais utilizados são adequados para o desenvolvimento de geopolímeros, gerando uma economia de até 75% no consumo de metacaulim, reduzindo o impacto ambiental da extração de recursos naturais e o custo econômico da produção de metacaulim e a destinação do produto. resíduos em aterros. Os diferentes métodos de cura e concentração de ativadores alcalinos estudados mostraram que a cura sob condições ambientais de geopolímeros é uma opção adequada para uso na indústria de construção in situ. As argamassas geopoliméricas produzidas com resíduos de construção e demolição como agregados finos apresentaram propriedades mecânicas superiores às argamassas produzidas com agregado natural (areia). O uso de um agente porogênico (H2O2) no desenvolvimento de argamassas geopoliméricas porosas causou um aumento de 85% na capacidade de absorção e dessorção de umidade, sendo o maior valor encontrado na literatura para argamassas. Finalmente, a adição de agente porogênico em diferentes tempos de cura mostrou que é possível produzir zeólitas de faujasita e P em geopolímeros utilizando a cura hidrotérmica a 60 °C. Mais importante ainda, neste trabalho geopolímeros ecologicamente corretos foram desenvolvidos com baixos custos energéticos e ambientais associados às propriedades mecânicas, físicas e químicas adequadas para suas aplicações.