Industry paper tube wastes and vermiculite for production of eco-friendly cement-based composites
| dc.contributor.advisor | Tonoli, Gustavo Henrique Denzin | |
| dc.contributor.co-advisor | Faria, Douglas Lamounier | |
| dc.contributor.co-advisor | Arantes, Lorran de Sousa | |
| dc.contributor.referee | Tonoli, Gustavo Henrique Denzin | |
| dc.contributor.referee | Braga, Mariana Aparecida | |
| dc.contributor.referee | Mascarenhas, Adriano Reis Prazeres | |
| dc.creator | Houessou, Théophile Jésuhounko | |
| dc.creator.Lattes | https://lattes.cnpq.br/0476611903082322 | |
| dc.creator.orcid | https://orcid.org/0009-0006-6857-7510 | |
| dc.date.accessioned | 2025-10-30T18:34:40Z | |
| dc.date.issued | 2025-08-25 | |
| dc.description.abstract | Despite the advantages of cementitious composites, such as durability and thermal insulation, their mechanical performance can be limited, especially under severe environmental conditions. To overcome this limitation, a promising approach is the reinforcement of the matrix with fibers and the addition of lightweight fillers. In this context, this work investigates the use of fibers from waste Kraft paper tube, an abundant and sustainable material, combined with vermiculite, an expansive mineral that confers lightness and insulation. The objective was to evaluate the influence of combining these materials, in different proportions, on the physical and mechanical properties and the thermal transmission of the composites, aiming to develop a more efficient material with higher sustainable added value. The experiment was designed with four treatments, evaluating different proportions of Kraft paper tube waste replacement by vermiculite (0, 10, 20, and 30%). In the production of the composites, Portland cement CPV-ARI, shredded Kraft paper tubes, expanded vermiculite, calcium chloride, and water were used. The composites were produced with a nominal density of 1.10 g/cm³, with a cement:paper waste ratio of 1:0.37, a cement:calcium chloride ratio of 1:0.06, and a cement:water ratio of 1:0.6. In the hydraulic press, the composites were cold-pressed under a stress of 8.6 kgf/cm² for 10 minutes, followed by clamping for 24 h and curing for 28 days. Furthermore, mechanical, physical, and thermal conductivity tests were performed on the composites, obtaining the modulus of rupture and modulus of elasticity from three-point bending tests; compressive strength from the parallel compression test and internal bond strength from the parallel tension test. The results showed that the replacement of 30% of the paper with expanded vermiculite increased the compressive strength by 240% compared to the composite with paper tube waste and without vermiculite. Furthermore, for the 30% replacement treatment, the composite presented a water absorption of 9.78% after 24 hours of immersion, achieving a reduction below the 10% limit required by technical standards for cementitious composites. When comparing this absorption to the mix without vermiculite, a decrease of 66% was observed at 2 hours and 42% over the total 24-hour period, and the thermal conductivity remained statically stable compared to conventional composites. Regarding thickness swelling, the same trend as for water absorption was observed. The replacement of over 20% of shredded Kraft paper tubes with vermiculite improved the mechanical properties without compromising thermal insulation. The combination of Kraft paper and expanded vermiculite is a viable technical and environmental alternative for the production of sealing and partition composites, with the potential to reduce the use of virgin resources by up to 30%. This dissertation provides valuable information on the application of shredded Kraft paper tube waste and vermiculite in fiber-cement composites and offers data support for future research in the area, which is an important contribution to the development and optimization of technologies for cement-based products. | |
| dc.description.areastematicasdaextensao | Meio ambiente | |
| dc.description.areastematicasdaextensao | Tecnologia e produção | |
| dc.description.notes | Arquivo retido a pedido da autoria, até outrubro de 2026. | |
| dc.description.ods | ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura | |
| dc.description.ods | ODS 11: Cidades e comunidades sustentáveis | |
| dc.description.ods | ODS 12: Consumo e produção responsáveis | |
| dc.description.resumo | Apesar das vantagens dos compósitos cimentícios, como durabilidade e isolamento térmico, sua performance mecânica pode ser limitada, especialmente sob condições ambientais severas. Para contornar essa limitação, uma abordagem promissora é o reforço da matriz com fibras e a adição de cargas leves. Neste contexto, este trabalho investiga o uso de fibras de resíduos de tubo papel Kraft, um material abundante e sustentável, combinadas com vermiculita, um mineral expansivo que confere leveza e isolamento. O objetivo foi avaliar a influência da combinação desses materiais, em diferentes proporções, nas propriedades físicas, mecânicas e a transmissão térmica dos compósitos, visando desenvolver um material mais eficiente e com maior valor agregado sustentável. O experimento foi delineado em quatro tratamentos, avaliando-se diferentes proporções de substituição do resíduo de tubo de papel Kraft por vermiculita (0, 10, 20 e 30%). Na produção dos compósitos, foram utilizados cimento Portland CPV-ARI, tubos de papel kraft triturados, vermiculita expandida, cloreto de cálcio e água. Os compósitos foram confeccionados com densidade nominal de 1,10 g/cm³, com uma relação cimento: resíduo de papel de 1:0,37, cimento: cloreto de cálcio de 1:0,06 e cimento: água de 1:0,6. Na prensa hidráulica, os compósitos foram prensados a frio sob tensão de 8,6 kgf/cm 2 durante 10 min, seguidos de grampeamento por 24 h e cura de 28 dias. Além disso, foram realizados ensaios mecânicos, físicos e os de condutividade térmica para os compósitos, obtendo-se os módulos de ruptura e de elasticidade nos ensaios de flexão três pontos; a resistência à compressão no ensaio de compressão paralelo e de ligação interna na tração do paralelo. Os resultados mostraram que a substituição de 30% do papel por vermiculita expandida aumentou a resistência à compressão em 240% em relação ao compósito com resíduo de turbo de papel e sem a presença da vermiculita. Além disso, para o tratamento de 30% de substituição, o compósito apresentou uma absorção de água de 9,78% após 24 horas de imersão, obtendo-se uma redução abaixo do limite de 10% exigido por normas técnicas para compósitos cimentícios. Quando comparada essa absorção ao traço sem vermiculita, observou-se uma queda de 66% em 2 horas e de 42% no período total de 24 horas e manteve estável a condutividade térmica estaticamente em relação aos compósitos convencionais. Quanto aos inchamentos de espessura, observou-se a mesma tendência quanto à absorção de água. A substituição acima de 20% de tubos de papel Kraft triturados por vermiculita melhorou as propriedades mecânicas sem comprometer o isolamento térmico. A combinação do papel Kraft e vermiculita expandida é uma alternativa viável, tecnicamente e ambientalmente para produção de compósitos de vedação e divisórias com potencial para reduzir o uso de recursos virgens em até 30%. A presente dissertação contribui com informações valiosas sobre a aplicação de resíduos de tubos de papel Kraft triturados e vermiculita em compósitos de fibrocimento e fornece suporte de dados para futuras pesquisas na área, o que é uma contribuição importante para o desenvolvimento e otimização de tecnologias para produtos à base de cimento. | |
| dc.description.tipodeimpacto | Sociais | |
| dc.description.tipodeimpacto | Tecnológico | |
| dc.description.tipodeimpacto | Econômicos | |
| dc.description.tipodeimpacto | Culturais | |
| dc.description.tipodeimpacto | Outros | |
| dc.identifier.citation | HOUESSOU, Théophile Jésuhounko. Industry paper tube wastes and vermiculite for production of eco-friendly cement-based composites. 2025. 83 p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia da Madeira) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025. | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufla.br/handle/1/60436 | |
| dc.language.iso | en_US | |
| dc.publisher | Universidade Federal de Lavras | |
| dc.publisher.college | Escola de Ciências Agrárias de Lavras (ESAL) | |
| dc.publisher.country | brasil | |
| dc.publisher.initials | UFLA | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia da Madeira | |
| dc.rights | Attribution 3.0 Brazil | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/ | |
| dc.subject | Fibras vegetais | |
| dc.subject | Polpa celulósica | |
| dc.subject | Papel Kraft | |
| dc.subject | Reforço de matrizes | |
| dc.subject | Reciclagem de papel | |
| dc.subject | Vermiculite-cimente | |
| dc.subject | Wood–cement compatibility | |
| dc.subject | Vegetable fibers | |
| dc.subject | Cellulose pulp | |
| dc.subject | Kraft paper | |
| dc.subject | Matrix reinforcement | |
| dc.subject | Paper recycling | |
| dc.subject | Vermiculite-cement | |
| dc.subject | Wood-cement compatibility. | |
| dc.subject.cnpq | Engenharias | |
| dc.title | Industry paper tube wastes and vermiculite for production of eco-friendly cement-based composites | |
| dc.title.alternative | Resíduos de tubos de papel industriais e vermiculita para produção de compósitos cimentícios ecoamigáveis | |
| dc.type | dissertação |
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