Avaliação do potencial de utilização de cascalhos de perfuração na produção de materiais compósitos

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Universidade Federal de Lavras

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Escola de Ciências Agrárias – ESAL

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Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Biomateriais

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

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Tecnológico
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Meio ambiente
Tecnologia e produção

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ODS 3: Saúde e bem-estar
ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 11: Cidades e comunidades sustentáveis
ODS 12: Consumo e produção responsáveis

Dados abertos

Resumo

O trabalho tem como objetivo avaliar o efeito da utilização dos cascalhos de perfuração como matéria-prima alternativa sobre as propriedades físicas, mecânicas, térmicas, acústicas, microestruturais e de durabilidade dos materiais compósitos. O estudo realizou a caracterização de dois diferentes cascalhos da perfuração de poços de petróleo visando sua utilização como matérias-primas na produção de fibrocimentos e telhas de concreto. O fibrocimento foi produzido com uma formulação controle de 30% de calcário agrícola moído, 65% de cimento Portland (CPV-ARI) e 5% de polpa celulósica. Para auxiliar na reologia da mistura, foram utilizados 1,0% de aditivo poliéster carboxílico (ADVA) e 1,0% de hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), ambos em relação a massa do cimento. O calcário agrícola foi substituído por 0,25, 50, 75 e 100% em massa pelos cascalhos de perfuração. As amostras obtidas foram avaliadas aos 28 dias de cura e após 25 e 50 ciclos de envelhecimento acelerado, quanto às propriedades físicas (densidade, absorção de água e porosidade), mecânicas a flexão estática (módulo de ruptura, módulo de elasticidade, limite de proporcionalidade e tenacidade), condutividade térmica, isolamento acústico e microestrutural. As telhas de concreto foram produzidas com o tratamento controle e a substituição de 25, 50, 75 e 100% do pó de pedra pelos cascalhos de perfuração. As telhas de concreto foram moldadas pelo processo mecânico de prensagem e extrusão simultâneas. O traço controle foi composto por 21,95% de cimento CPV-ARI, 65,85% de areia e 12,20% de pó de pedra. Após confecção, as telhas passaram por 28 dias de cura, posteriormente, foram avaliadas as propriedades físicas (classificação das telhas, peso seco das amostras, absorção de água e porosidade), mecânica (resistência à carga de ruptura à flexão), térmicas, acústicas e microestruturais, no qual os tratamentos foram avaliados antes e após envelhecimento acelerado. Os resultados mostram que resíduos de cascalho de centrífuga e cascalho de reservatório podem ser utilizados como agregado miúdo na produção de fibrocimentos, permitindo a destinação correta e o desenvolvimento de novos produtos. Houve ainda, a melhoria das propriedades físicas, mecânicas e acústicas dos fibrocimentos extrudados. O presente estudo contribuiu com a avaliação e o entendimento do uso de diferentes porcentagens dos cascalhos atrelados à produção de telhas de concreto, no qual os resíduos de cascalho de centrífuga e cascalho de reservatório também podem ser utilizados na produção das telhas de concreto, atendendo as normas de comercialização.

Abstract

The work aims to evaluate the effect of using drill cuttings as an alternative raw material on the physical, mechanical, thermal, acoustic, microstructural and durability properties of composite materials. The study characterized two different cuttings from oil well drilling with a view to using them as raw materials in the production of fiber cement and concrete tiles. The fiber cement was produced with a control formulation of 30% ground agricultural limestone, 65% Portland cement (CPV-ARI) and 5% cellulosic pulp. To assist in the rheology of the mixture, 1.0% carboxylic polyester additive (ADVA) and 1.0% hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) were used, both in relation to the mass of the cement. Agricultural limestone was replaced by 0, 25, 50, 75 and 100% by mass by drill cuttings. The samples obtained were evaluated after 28 days of curing and after 25 and 50 cycles of accelerated aging, regarding physical properties (density, water absorption and porosity), mechanical properties and static bending (modulus of rupture, modulus of elasticity, limit of proportionality and toughness), thermal conductivity, acoustic and microstructural insulation. The concrete tiles were produced with the control treatment and the replacement of 25, 50, 75 and 100% of the stone dust with drill cuttings, the concrete tiles were shaped by the mechanical process of simultaneous pressing and extrusion. The control mix was composed of 21.95% CPV-ARI cement, 65.85% sand and 12.20% stone dust. After manufacturing, the tiles underwent 28 days of curing and subsequently the physical properties (classification of the tiles, dry weight of the samples, water absorption and porosity), mechanical properties (resistance to bending rupture load), thermal, acoustic and microstructural studies, in which treatments were evaluated before and after accelerated aging. Waste centrifuge gravel and reservoir gravel can be used as fine aggregate in the production of fiber cement, allowing for correct disposal and the development of new products. There was also an improvement in the physical, mechanical and acoustic properties of extruded fiber cement. The present study contributed to the evaluation and understanding of the use of different percentages of gravel linked to the production of concrete tiles, in which waste centrifuge gravel and reservoir gravel can also be used in the production of concrete tiles, taking into account the marketing standards.

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VIANA, Q. S. Avaliação do potencial de utilização de cascalhos de perfuração na produção de materiais compósitos. 2024. 136 p. Tese (Doutorado em Engenharia de Biomateriais) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2024.

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