INFLUÊNCIA DAS ALTAS TEMPERATURAS NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO COMPÓSITO REJEITO DE MINÉRIO DE FERRO/CIMENTO

INFLUENCE OF HIGH TEMPERATURES ON THE COMPRESSIVE STRENGTH OF IRON ORE TAILINGS/CEMENT COMPOSITE

Autores

  • Edgar Vladimiro Mantilla Carrasco UFMG - UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
  • Judy Norka Rodo Mantilla FUMEC - UNIVERSIDADE FUMEC MG
  • Eliene Pires Carvalho CEFET-MG- CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA
  • Marco Antônio Penido de Rezende UFMG - UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
  • Rejane Costa Alves UFES - UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
  • Maria Teresa Gomes Barbosa UFJF - UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUÍZ DE FORA
  • White José dos Santos UFMG - UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

DOI:

https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2024.v10.n1.125-136

Palavras-chave:

Rejeito de minério de ferro, cimento, resistência à compressão, altas temperaturas, sustentabilidade, efeitos térmicos

Resumo

O objetivo desse estudo é analisar a resistência à compressão e a perda de massa de argamassas produzidas com rejeito de minério de ferro (IOT) e com cimento, quando submetidas a elevadas temperaturas. Os corpos de prova (CPs) foram expostos a diferentes níveis de temperatura (100 oC até 1100 oC). Posteriormente, foram ensaios à compressão axial. Os resultados mostraram que, com o aumento da temperatura, houve perda da resistência. A perda de resistência mostrou-se linear e, mais rápida a partir dos 350 oC. Os CPs submetidos a 1100 oC apresentaram uma perda de resistência de 80%, porém a perda de massa foi inferior a 5%. Uma das contribuições desse estudo, corroborando com as pesquisas atuais, é ressaltar a importância dos compósitos (IOT/cimento) como uma alternativa sustentável e economicamente viável, uma vez que o rejeito de minério de ferro é gerado em grande quantidade durante o processo de beneficiamento. Outra contribuição é mostrar que esses compósitos podem resultar em argamassas com considerável redução da resistência à compressão e pequena perda de massa, quando submetidas a temperaturas elevadas. Também ressaltar que eles atendem a todos os requisitos de desempenho e segurança em situações de incêndio, podendo ser considerado um produto incombustível.

Biografia do Autor

Edgar Vladimiro Mantilla Carrasco, UFMG - UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

Possui graduação em Engenharia Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC-USP) (1977), Mestrado e Doutorado em Engenharia Civil (Engenharia de Estruturas) pela EESC-USP (1989) e Pós-doutorado na Escola de Engenharia da Universidade do Minho, Portugal (2011). Professor Titular da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), aposentado. Atualmente é professor Adjunto na escola de Arquitetura da UFMG, atua nos cursos de Especialização em Design da Universidade do Estado de Minas Gerais e de Pós-graduação a nível de Especialização, Mestrado e Doutorado, nos cursos de: Engenharia de estruturas (Escola de Engenharia-UFMG), Ambiente Construído e Patrimônio Sustentável (Escola de Arquitetura-UFMG), Engenharia de Materiais de Construção (Escola de Engenharia-UFMG) e Ciência e Tecnologia da Madeira (Universidade Federal de Lavras). Membro de diversas comissões da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e do Instituto Nacional de Metrologia Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO). Revisor de artigos científicos em periódicos nacionais e internacionais. Coordena e participa de projetos de pesquisa com cooperação nacional e internacional. É coordenador do CPAM3 ? Centro de Pesquisa Avançada em Madeiras, Móveis e Materiais do Departamento e Engenharia de Estruturas (EE-UFMG). 

LATTES: http://lattes.cnpq.br/3716965047168777

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7870-0283

Judy Norka Rodo Mantilla, FUMEC - UNIVERSIDADE FUMEC MG

Possui graduação em Engenharia Civil pela USP de São Carlos (1977), Mestrado em Geotecnia pela USP de São Carlos (1985) e Doutorado em Geotecnia pela USP de São Carlos (1992). É professora assistente da Universidade FUMEC desde agosto de 2012. Foi professora do Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia, da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, de 1982 a 2011. Tem experiência em ensino e pesquisa na área Geotécnica, com ênfase em Fundações e Mecânica dos Solos. Atualmente desenvolve pesquisas na área de aproveitamento de subprodutos de extração de minério de ferro e de resíduos sólidos da construção civil, na produção de produtos para a própria área de construção civil.

LATTES: http://lattes.cnpq.br/2270773118272768

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7426-0970

Eliene Pires Carvalho, CEFET-MG- CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA

Possui graduação em Engenharia Civil pela Fundação Mineira de Educação e Cultura (1997), mestrado em Engenharia de Estruturas pela Universidade Federal de Minas Gerais (2003) e doutorado em Engenharia de Estruturas pela Universidade Federal de MInas Gerais (2008). Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em construção civil, análise experimental de estruturas e sistemas de certificação de qualidade. Também têm experiência na área de ensino e pesquisa. Atualmente é Professora Titular do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), responsável pela disciplina de CONCRETO ARMADO II, no curso de Engenharia de Produção Civil, e pela disciplina de PROJETO AUXILIADO POR COMPUTADOR no curso de Edificações . Já trabalhou no programa de Pós-graduação do Departamento de Engenharia Civil (PPGEC) do CEFET-MG e, atualmente, coorienta trabalhos de doutorado no programa de Pós-graduação em Modelagem Matemática e Computacional.

LATTES: http://lattes.cnpq.br/0426741711913176

ORCID: https://orcid.org/0009-0006-2664-0569

Marco Antônio Penido de Rezende, UFMG - UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

Graduação em Arquitetura e Urbanismo (UFMG, 1987), Mestre em Arquitetura e Urbanismo (UFMG, 1998), Doutor em Construção Civil (Politécnica/USP, 2003). Pos-Doutorado Programa Preservação Histórica, Universidade de Oregon, EUA (2010). Pesquisas, atividades de ensino, extensão e publicações nas áreas de: arquitetura vernácula, técnicas construtivas vernáculas e antigas, arquitetura de terra, técnicas retrospectivas, história das técnicas construtivas, sustentabilidade, conservação e patologia das construções, restauração e revitalização arquitetônica e urbana, inovação tecnológica na produção de arquitetura, interfaces tecnologia x arquitetura, história das técnicas. Professor Titular Escola de Arquitetura da UFMG, Representante da Escola de Arquitetura no Conselho de Ensino, Pesquisa e Extensão CEPE da UFMG (2004-2007; 2007-2009).Professor Permanente, e um dos criadores da Pós-Graduação Interdisciplinar (Mestrado e Doutorado) em Ambiente Construído e Patrimônio Sustentável ; e do Curso de Especialização em Sustentablidade do Ambiente Construído.

LATTES: http://lattes.cnpq.br/8413549938151614

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7896-8669

Rejane Costa Alves, UFES - UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

Possui graduação em Engenharia Industrial Madeireira pela Universidade Federal do Espírito Santo (2010), Especialização em Design de Móveis pela Universidade do Estado de Minas Gerais (2013), Mestrado em Engenharia de estruturas pela Universidade Federal de Minas Gerais (2012) e doutorado em Engenharia de Estruturas pela Universidade Federal de Minas Gerais (2017). Atualmente é professora do magistério superior da Universidade Federal do Espírito Santo - Alegre/ Jerônimo Monteiro, lotada no Departamento de Ciências Florestais e da Madeira e professora do Programa de Pós graduação em Engenharia Química CCAE/UFES. Tem experiência na área de Engenharia, atuando principalmente nos seguintes temas: Ensaios Não Destrutivos, Compósitos Biodegradáveis, Estruturas de madeira, Tecnologia da madeira, Design de móveis e Sustentabilidade.

LATTES: http://lattes.cnpq.br/8580447433109486

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4059-3974

Maria Teresa Gomes Barbosa, UFJF - UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUÍZ DE FORA

Possui graduação em Engenharia pela Universidade Federal de Juiz de Fora (1990), mestrado em Engenharia pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1993) e doutorado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (2002). Atualmente é professora titular da UFJF, revisor de periódicos indexidados (American Concrete Institute, Ambiente Construído, Engenharia Estudo e Pesquisa, dentre outros), consultor ´ad hoc´ da FACEPE, avaliador de instituição de educação superior do Ministerio da Educacao e Cultura. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Materiais e Componentes de Construção, atuando principalmente nos seguintes temas: patologia, aderência aço-concreto, novos materiais, buscando sempre a integração com o ambiente construído e sua sustentabilidade.

LATTES: http://lattes.cnpq.br/5383190053731404

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3839-5728

White José dos Santos, UFMG - UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

Professor no Departamento de Engenharia de Materiais e Construção Civil (UFMG-2012), Doutorado em Engenharia Civil (UFV - 2014), Mestre em Ambiente Construído (UFJF-2011), Pós-graduado em Engenharia de Segurança do Trabalho (UFJF-2010) e Graduado em Engenharia Civil (UFJF-2009). Professor permanente nos Programas de Pós-Graduação Stricto Sensu em Engenharia de Estruturas (PROPEEs) e Construção Civil e Pós-graduação lato sensu em Construção Civil ? todos pela UFMG. Promove pesquisa e desenvolvimento a respeito de Aproveitamento de Resíduos na Construção Civil, Materiais de Construção, Durabilidade pós-incêndio, Processos Construtivos, Desempenho das Edificações, Manutenção de Edifícios/Patologias e Gerenciamento de Obras. Membro de Comitê Científicos da ANTAC (Associação Nacional de Tecnologia no Ambiente Construído) como ENARC (Encontro Nacional de Aproveitamento de Resíduos na Construção). Coordenador do GT-Resíduos da ANTAC (2022-2024). Tem experiência na confecção de projetos, de laudos, perícias técnicas, especificações de serviços e materiais, e a realização de trabalhos técnicos de Engenharia de Civil.

LATTES:  http://lattes.cnpq.br/6929801431620076

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7451-3365

Referências

ALARCON-RUIZ, L.; MASSIEU, E.; PLATRET, G.; EHRLACHER, A. The use of thermal analysis in assessing the effect of temperature on a cement paste. Cement and Concrete Research, v. 35, n. 3, p. 609-613, 2005. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.06.015

ALI, S. I .A., LUBLÓY, É. Fire resistance properties of heavyweight magnetite concrete in comparison with normal basalt- and quartz-based concrete. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, v. 147, p. 11679-11691, 2022. DOI: https://doi.org/10.1007/s10973-022-11407-3

ALMADA, B. S.; MELO, H. S. S.; DUARTE, M. S.; MARIA TERESA PAULINO B, DAYANA CRISTINA AGUILAR, S. G.; SILVA, G. J. B.; SANTOS, W. J. Study of mechanical, durability and microstructural properties of cementitious composite with addition of different iron ore tailings from Brazil. Journal of Materials Research and Technology, v. 18, p. 1947-1962, 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.03.070.

ALMADA. B. S.; SILVA, G. A.; AGUILAR ,T. P.; GARCIA, D. C. S.; SILVA, G. J. B.; SANTOS, W. J. Evaluation of the microstructure and micromechanics properties of structural mortars with addition of iron ore tailings, Journal of Building Engineering, v. 63, part A, 105405, 2023. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105405

AL-SHWAITER, A.; AWANG, H. Effect of elevated temperatures on strength and microstructural characteristics of foam concrete containing palm oil fuel ash as sand replacement. Construction and Building Materials, v. 376, n. 2, 131052, 2023. DOI:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131052

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13279: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Determinação da resistência à tração na flexão e à compressão. Rio de Janeiro, p. 9. 2005.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14432: Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações – Procedimento. Rio de Janeiro, p. 14. 2001.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5628: Componentes construtivos estruturais - Ensaio de resistência ao fogo. Rio de Janeiro, p. 65. 2022.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7215: Cimento Portland - Determinação da resistência à compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, p. 12. 2019.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9442: Materiais de construção - Determinação do índice de propagação superficial de chama pelo método do painel radiante. Rio de Janeiro, p. 20. 2019.

BACARJI, E. Sustainability perspective of marble and granite residues as concrete fillers. Construction and Building Materials, v. 45, p 1-10, 2013. DOI:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.03.032

BAI, Y.; SUN, J.; ZHANG, R. Bonding Performance and Thermomechanical Coupling Analysis of Iron Ore Tailings Reinforced Concrete. International Journal of Heat and Technology, v. 40, n. 1, p. 193-200, 2022. DOI:https://doi.org/10.18280/ijht.400123

BALAJI, C. R.; AZEVEDO, A. R. G.; MADURWAR, M. Sustainable perspective of ancillary construction materials in infrastructure industry: An overview. Journal of Cleaner Production, v. 365, n. 10, 132864, 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.132864

CAMPOLINA, V. F.; BRETAS, M. G.; CARVALHO, F. A.; COSTA, R. O. B.; PRAT, B. V. Incorporação de Resíduos Siderúrgicos à Confecção de Blocos de Solo-Cimento. Mix Sustentável, v. 9, n. 3, p. 83-100, 2023. DOI:https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2023.v9.n3.83-100

CARRASCO, E. V. M.; MAGALHAES, M. D. C.; SANTOS, W. J. D.; ALVES, R. C.; MANTILLA, J. N. R. Characterization of mortars with iron ore tailings using destructive and nondestructive tests. Construction and Building Materials v. 131, n. 30, p. 31-38, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.11.065

CHEN, Z.; CHEN, S.; ZHOU, Y.; ZHANG, C.; MENG, T.; JIANG, S.; LIU, L.; HU, G. Effect of incorporation of rice husk ash and iron ore tailings on properties of concrete. Construction and Building Materials, v. 338, n. 4, 127584, 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127584

DAHISH, H. A.; ALMUTAIRI, A. D. Effect of elevated temperatures on the compressive strength of nano-silica and nano-clay modified concretes using response surface methodology. Case Studies in Construction Materials, v. 18, e02032, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02032

DAHISH, H. A.; ALMUTAIRI, A. D. Effect of elevated temperatures on the compressive strength of nano-silica and nano-clay modified concretes using response surface methodology. Case Studies in Construction Materials, v. 18, e02032, 2023. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02032

DUARTE, M. S.; ALMADA, B. S.; SANTOS, W. J.; BESSA, S. A. L.; BEZERRA, A. C. S.; AGUILAR, M. T. P. Influence of mechanical treatment and magnetic separation on the performance of iron ore tailings as supplementary cementitious material. Journal of Building Engineering, v. 59, p. 105099, 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105099.

FIGUEIREDO, R. A. M.; SILVEIRA, A. B. M.; MELO, E. L. P.; COSTA, G. Q. G.; BRANDÃO, P. R. G.; AGUILAR, M. T. P.; HENRIQUES, A. B.; MAZZINGHY, D. B. Mechanical and chemical analysis of one-part geopolymers synthesized with iron ore tailings from Brazil. Journal of Materials Research and Technology, v. 14, p. 2650-2657, 2021. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.07.153

GAO, F-RONG; JIA, YONG-SHENG; MA, ZHAN-GUO; ZHANG, ZHONG-ZHE; ZHANG, J.; XUE, Q. Improvement effect of a double-level phase change material on compressive strengths of Portland cementitious materials after elevated temperatures. journal of Sustainable Cement-Based Materials, v. 12, n. 6, p. 661–671, 2023. DOI:http://dx.doi.org/10.1080/21650373.2022.2109773

INTERNATIONAL STANDARD. ISO 1182: Reaction to fire tests for products - Non-combustibility test. Paris, p. 125. 2020.

JHATIAL, A.A.; NOVÁKOVÁ, I.; GJERLØW, E. A Review on Emerging Cementitious Materials, Reactivity Evaluation and Treatment Methods. Buildings, v, 13, 526. 2023. DOI:https://doi.org/10.3390/buildings13020526

LI, Q.; LIU, P.; WANG, M.; XIA, H.. Effects of elevated temperature on the mechanical properties of concrete with aggregate of waste porcelain tile, Journal of Building Engineering, Volume 64, n. 1, 105585, 2023. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105585

LI, W.; LEI, G.; XU, Y.; HUANG, Q. The properties and formation mechanisms of eco-friendly brick building materials fabricated from low-silicon iron ore tailings. Journal of Cleaner Production, v. 204, n. 10, p. 685-692, 2018. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.08.309

MD AZREE, O.M. Evaluation of the Mechanical Properties of Lightweight Foamed Concrete at Varying Elevated Temperatures. Fire, Basel, v. 6, n. 2, 53, 2023. DOI:https://doi.org/10.3390/fire6020053

PAYÁ, J.; MONZÓ, J.; BORRACHERO, M. V.; VELÁZQUEZ, S. Evaluation of the pozzolanic activity of fluid catalytic cracking catalyst residue (FC3R). Thermogravimetric analysis studies on FC3R-Portland cement pastes. Cement and Concrete Research, v. 33, p. 603-609 2003. DOI:https://doi.org/10.1016/S0008-8846(02)01026-8

RAMZI, S.; MORADI, M. J.; HAJILOO, H. The Study of the Effects of Supplementary Cementitious Materials (SCMs) on Concrete Compressive Strength at High Temperatures Using Artificial Neural Network Model. Buildings. v. 13, n. 5, 1337, 2023. DOI: https://doi.org/10.3390/buildings13051337

SANTOS, W. J.; ALVARENGA, R. C. S. S.; PEDROTI, L. G.; SILVA, R. C.; FREIRE, A. S.; MORAES, B. A.; CARVALHO, C. C. Proposta de método de dosagem para argamassas de revestimento com areia artificial de britagem. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 18, n. 1, p. 225-243. 2018. DOI:http://dx.doi.org/10.1590/s1678-86212018000100218

TANG, C.; LI, K.; NI, W; FAN, D. Recovering Iron from Iron Ore Tailings and Preparing Concrete Composite Admixtures. Minerals. v. 9, n. 4, 232, 2019. DOI:https://doi.org/10.3390/min9040232

TAURINO, R.; BONDIOLI, F.; MESSORI, M. Use of different kinds of waste in the construction of new polymer composites: review. Materials Today Sustainability, v. 21, n. 3, 100298, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2022.100298

ZHANG, D., TAN, K. Fire performance of ultra-high performance concrete: effect of fine aggregate size and fibers. Archives of Civil and Mechanical Engineering, v. 22, n. 116, p. 1-14, 2022. DOI:https://doi.org/10.1007/s43452-022-00430-8

ZHAO, S. J.; FAN, J.J.; SUN, W. Utilization of iron ore tailings as fine aggregate in ultra-high performance concrete. Construction and Building Materials, v. 50, p. 540-548. 2014. DOI:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.10.019

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Publicado

2024-02-08

Como Citar

Carrasco, E. V. M., Mantilla, J. N. R., Carvalho, E. P., Rezende, M. A. P. de, Alves, R. C., Barbosa, M. T. G., & Santos, W. J. dos. (2024). INFLUÊNCIA DAS ALTAS TEMPERATURAS NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO COMPÓSITO REJEITO DE MINÉRIO DE FERRO/CIMENTO: INFLUENCE OF HIGH TEMPERATURES ON THE COMPRESSIVE STRENGTH OF IRON ORE TAILINGS/CEMENT COMPOSITE . IX Sustentável, 10(1), 125–136. https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2024.v10.n1.125-136

Edição

v. 10 n. 1 (2024): Mix Sustentável (edição regular)

Seção

Científica

Licença

Copyright (c) 2023 Edgar Vladimiro Mantilla Carrasco, Judy Norka Rodo Mantilla, Eliene Pires Carvalho, Marco Antônio Penido de Rezende, Rejane Costa Alves, Maria Teresa Gomes Barbosa, White José dos Santos

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