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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2022.tde-15022023-145023
Document
Auteur
Nom complet
Ivan Francklin Junior
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2022
Directeur
Jury
Ribeiro, Rogério Pinto (Président)
Carrazedo, Ricardo
Collares, Eduardo Goulart
Dias, Josinaldo de Oliveira
Motta, Leila Aparecida de Castro
Titre en portugais
Rejeitos de quartzitos do Sul de Minas Gerais: estudo da fração fina para a produção de concretos de pós reativos e diagnóstico da reação álcali-agregado
Mots-clés en portugais
concreto de pós reativos
concreto de ultra-alto desempenho
quartzito
reação álcali-agregado
reação álcali-sílica
rejeito de mineração
Resumé en portugais
O estado de Minas Gerais é reconhecido no Brasil pela produção de quartzitos utilizados como rocha de revestimento na construção civil. Na explotação da chamada "pedra mineira", o percentual de aproveitamento para a comercialização como placas de revestimento é baixíssimo, de aproximadamente 8%. Assim, o volume expressivo de rejeitos de quartzitos é um grande problema, pois resulta em impactos ambientais negativos. Uma das possibilidades de aproveitamento deste rejeito é como componente na fabricação de concretos de pós reativos (CPRs), pois estes concretos utilizam frações ultrafinas de rochas em sua composição. Neste caso, o uso do pó de quartzitos é uma possibilidade interessante, dado o percentual de sílica predominante em sua composição. Para verificar tal hipótese, é necessário realizar estudos da Reação Álcali-Agregado (RAA), em virtude de indícios da possibilidade deletéria do quartzito com os álcalis do cimento. Com base nestas premissas, o objetivo desta pesquisa foi realizar estudos sobre a produção de CPRs com a fração fina e o pó de quartzitos explotados em duas regiões principais produtoras de Minas Gerais, Alpinópolis e São Thomé das Letras, e verificar a potencialidade reativa álcali-agregado das amostras selecionadas. Esta pesquisa foi dividida em nove etapas: coleta das amostras; apreciação petrográfica; produção e classificação das frações finas e pós de quartzitos; caracterização física dos materiais; empacotamento de partículas e produção dos CPRs; ensaios físicos e mecânicos dos CPRs; análise estatística dos resultados com os CPRs; ensaios de RAA utilizando três métodos de expansibilidade; investigação da microestrutura das amostras. As petrografias dos quartzitos resultaram elevados percentuais de quartzo deformado (95%), portanto considerados como potencialmente reativos. Das amostras analisadas pelo método acelerado em argamassas apenas três amostras indicaram comportamento potencialmente reativo. Já os métodos acelerado e de longa duração em concretos se mostraram eficazes e foram condizentes com a potencialidade deletéria das amostras. Todas as amostras de quartzitos analisadas por microscopia foram diagnosticadas com o gel da RAA, portanto, diante deste diagnóstico, foram propostos métodos mitigadores desta patologia. Nos CPRs, os resultados mostraram a eficácia do uso de partículas fracionadas de quartzito que permitiram obter um melhor empacotamento e consequentemente aumento da resistência com menor consumo de cimento. Os melhores resultados atingiram resistência à compressão de 141,9 MPa com um consumo de cimento de 755,0 kg/m3. A análise discriminante demonstrou que não existem diferenças significativas entre as amostras analisadas. De maneira geral, os estudos tecnológicos realizados nas amostras de quartzitos do Sul de Minas culminaram em resultados satisfatórios para uso da rocha como agregado para a produção de CPRs, o que, consequentemente, contribuiria para a minimização dos impactos ambientais negativos da mineração de quartzitos.
Titre en anglais
Quartzite tailings from the south of Minas Gerais: Study of the fine fraction for the production of reactive powder concrete and diagnosis of the alkali-aggregate reaction
Mots-clés en anglais
alkali-aggregate reaction
alkali-silica reaction
mining tailings
quartzite
reactive powder concrete
ultra-high performance concrete
Resumé en anglais
The state of Minas Gerais is recognized in Brazil for the production of quartzite used as dimension stone in civil construction. In the exploitation of the called "mineira stone", the percentage of use for commercialization as cladding plates is very low, approximately 8%. Thus, the expressive volume of quartzite tailings is a major problem, as it results in negative environmental impacts. One of the possibilities of using this waste is as a component in the manufacture of Reactive Powder Concretes (RPCs), as these concretes use ultrafine fractions of rocks in their composition. In this case, the use of quartzite powder is an interesting possibility, due to the predominant percentage of silica in its composition. To verify this hypothesis, it is necessary to carry out studies on the Alkali-Aggregate Reaction (AAR), due to evidence of the deleterious possibility of quartzite with the alkali of cement. Based on these premises, the objective of this research was to carry out studies on the production of RPCs with the fine fraction and powder of quartzites exploited in two main producing regions of Minas Gerais, Alpinópolis and São Thomé das Letras, and to verify the Alkali-Aggregate Reactive potential of the selected samples. This research was divided into nine stages: sample collection; petrographic appreciation; production and classification of fine fractions and quartzite powders; physical characterization of materials; particle packaging and production of RPCs; physical and mechanical testing of RPCs; statistical analysis of results with RPCs; AAR assays using three expansion methods; investigation of the microstructure of the samples. The quartzite petrographs resulted in high percentages of deformed quartz (95%), therefore considered as potentially reactive. Of the samples analyzed by the accelerated method in mortars, only three samples indicated a potentially reactive behavior. On the other hand, the accelerated and long-term methods in concrete proved to be effective and were consistent with the deleterious potential of the samples. All quartzite samples analyzed by microscopy were diagnosed with the AAR gel, therefore, in view of this diagnosis, mitigation methods of this pathology were proposed. In the RPCs, the results showed the effectiveness of the use of fractionated quartzite particles that allowed to obtain a better packing and, consequently, an increase in strength with less cement consumption. The best results reached a compressive strength of 141.9 MPa with a cement consumption of 755.0 kg/m3. The discriminant analysis showed that there are no significant differences between the analyzed samples. In general, the technological studies carried out on the quartzite samples from southern Minas Gerais resulted in satisfactory results for the use of the rock as an aggregate for the production of RPCs, which, consequently, would contribute to the minimization of negative environmental impacts of quartzite mining.
 
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Date de Publication
2023-02-16
 
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