Tesis Doctoral
DOI
https://doi.org/10.11606/T.74.2024.tde-16082024-093042
Documento
Autor
Nombre completo
Felipe de Almeida Sposito
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Pirassununga, 2024
Director
Tribunal
Fiorelli, Juliano (Presidente)
Christoforo, Andre Luis
Dolores, Gonzalo Marmol de los
Santos, Sérgio Francisco dos
Souza, Alexandre Jorge Duarte de
Título en portugués
Painéis de partículas de cimento magnesiano e madeira Pinus spp. residual com adição de sílica ativa
Palabras clave en portugués
Avaliação do ciclo de vida
Cimento livre de clínquer
MgO
Painel de partículas à base de cimento
Resumen en portugués
A crescente busca por materiais para a construção civil oriundos de fontes renováveis é fundamentada por princípios ecológicos, sociais e econômicos. Os painéis cimento-madeira cativam atenção por serem capaz de reciclar subprodutos e resíduos a fim de alcançar o desenvolvimento sustentável. A tese embasou-se no ineditismo do uso de cimento M-S-H para a confecção de painéis cimento-madeira com Pinus residual. O objetivo dessa tese foi estudar painéis de partículas de Pinus spp. residuais e matriz inorgânica de cimento M-S-H. Para isso, o trabalho foi conduzido em quatro etapas, a saber: 1. Realização da caracterização das matérias-primas (óxido de magnésio, sílica ativa, madeira Pinus); 2. Avaliação de cinco formulações (traços) de óxido de magnésio e sílica ativa, respectivamente (80-20; 70-30; 60-40; 50-50 e 40-60) para a seleção da formulação de melhor desempenho mecânico e ambiental (Avaliação do Ciclo de Vida - ACV); 3. Confecção e avaliação do desempenho térmico, físico e mecânico de painéis de partículas com diferentes porcentagens de partículas de madeira Pinus spp. residual e pasta de cimento M-S-H selecionada na etapa dois (25-75; 30-70; 35-65) (madeira e pasta, respectivamente); 4. Avaliação dos impactos do processo de intemperismo acelerado (10 e 25 ciclos) no painel de melhor desempenho mecânico na terceira etapa. Os principais resultados obtidos foram: a pasta MSF70-30 apresentou a formulação mais vantajosa devido sua maior resistência à compressão 26,3 ± 2,41 MPa aos 28 dias de cura e sua capacidade em reduzir até 11,8% da emissão de CO2-eq./m³. Ainda, a MSF70-30 mitigação em 6% a categoria de mudança climática (CC) quando comparada com a matriz de cimento Portland. O painel MBPB25-75 apresentou a maior resistência à flexão de 7,3 MPa e o aumento do teor de madeira diminuiu o desempenho do MOR (módulo de ruptura) e do MOE (módulo de elasticidade). Os painéis MBPB25-75 e MBPB30-70 atenderam aos requisitos mínimos de Inchamento em espessura (IE) (< 1,8 %) e MOE (> 3000 MPa) recomendados pela ISO 8335. O painel MBPB35-65 apresentou o menor valor de condutividade térmica de 0,363 W.m-1.K-1. O mecanismo de descolamento das partículas de madeira da pasta devido a sua variação dimensional durante o processo de secagem e molhagem afetou diretamente os resultados físicos e mecânicos. A realização de 10 ciclos de intemperismo acelerado foi suficiente para observar o comportamento mecânico estável do painel MBPB.
Título en inglés
Particleboards based on magnesia cement and residual Pine spp. wood with silica fume
Palabras clave en inglés
Cement-based particleboard
Clinker-free cement
Life cycle assessment
MgO
Resumen en inglés
The growing demand for construction materials from renewable sources is grounded in ecological, social, and economic principles. Wood-cement particleboards capture attention for their ability to recycle by-products and waste in order to achieve sustainable development. The thesis was based on the novelty by use of M-S-H cement for the manufacture of wood-cement panels with residual pine. The objective of this thesis was to study particle boards made of Pinus spp. residues and inorganic cement matrix M-S-H. To achieve this, the work was conducted in four stages, namely: 1. Carrying out the characterization of the raw materials (magnesium oxide, silica fume, Pine wood); 2. Evaluation of five formulations (mixtures) of magnesium oxide and silica fume, respectively (80-20; 70-30; 60-40; 50-50 and 40-60) to select the formulation with the best mechanical and environmental performance (Life Cycle Assessment - LCA); 3. Production and evaluation of the thermal, physical and mechanical performance of particleboards with different percentages of Pine spp. residual wood particles and M-S-H cement paste selected in step two (25-75; 30-70; 35-65) (wood and paste, respectively); 4. Assessment of the impacts of the accelerated weathering process (10 and 25 cycles) on the particleboard with the best mechanical performance in the third stage. The main results obtained were: the MSF70-30 paste presented the most advantageous formulation due to its greater compressive strength of 26.3 ± 2.41 MPa at 28 days of curing and its ability to reduce up to 11.8% of CO2-eq./m³ emissions. Furthermore, the MSF70-30 mitigates the climate change category (CC) by 6% when compared to the Portland cement matrix. The MBPB25-75 particleboard exhibited the highest flexural strength of 7.3 MPa and the increase in wood content decreased the MOR (modulus of rupture) and MOE (modulus of elasticity) performance. The MBPB25-75 and MBPB30-70 particleboards met the minimum requirements of TS (thickness swelling) (< 1.8%) and MOE (> 3000 MPa) recommended by ISO 8335. The MBPB35-65 particleboard presented the lowest thermal conductivity value of 0.363 W.m-1.K-1. The mechanism of detachment of wood particles from the pulp due to their dimensional variation during the drying and wetting process directly affected the physical and mechanical results. Performing 10 cycles of accelerated weathering was sufficient to observe the stable mechanical behavior of the MBPB panel.
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Fecha de Publicación
2024-08-16