Abstract The possibility of application for lignin, a byproduct of paper and pulp production, as a partial replacement for cement in producing mortars and concretes is presented. Initially, mortars were prepared with substitution rates ranging from 0.0% to 50.0% to determine the best rates for subsequent application in concretes. Statistical analysis showed that the rates with the highest potential for application in concretes were 2.5%, 5.0%, and 10.0%. After preparing the concretes, test specimens were molded and subjected to axial compression, splitting tensile strength, water absorption by immersion, void ratio, and capillary water absorption tests after the curing period. The results showed that lignin, in rates higher than 5.0%, led to decreased mechanical strength; however, all concretes with lignin significantly reduced capillary water absorption, which can lead to greater material durability.

Resumo O processo Kraft gera resíduos que podem ser aplicados em diversos processos produtivos, substituindo matérias-primas comerciais, como lama de cal e areia, ricos em carbonato de cálcio e sílica, respectivamente. Neste trabalho foi realizado um estudo para obtenção de cerâmicas porosas a partir da valorização desses resíduos, utilizando-se fibras poliméricas para a interconectividade dos poros. Conforme NBR 10004, os resíduos classificaram-se como não perigosos e inertes (classe II-B). Variaram-se três teores de fibras (12, 20 e 28 vol%) e três temperaturas de queima (1100, 1130 e 1160 ºC). As cerâmicas porosas confeccionadas apresentaram porosidade total de 39% a 53%, resistência à compressão de 15 a 52 MPa e tamanho médio de poros de 2,0 a 7,5 µm. Classificaram-se como cerâmicas para microfiltração, abrangendo filtração de água e gases quentes (aerossóis). A formulação com teor de 28 vol% de fibras e sinterizada a 1160 ºC apresentou melhor relação porosidade/resistência mecânica.

Abstract The Kraft process generates several wastes that can be applied in various production processes, replacing commercial raw materials, like lime mud and sand, riches in calcium carbonate and silica, respectively. In this work, a study was carried out to obtain porous ceramics from the valorization of such waste, using polymeric fibers to promote the interconnectivity of pores. According to NBR 10004, the wastes were classified as non-hazardous and inert waste (class II-B). Three fiber contents (12, 20 and 28 vol%) and three different firing temperatures (1100, 1130 and 1160 °C) were tested. The porous ceramics showed a total porosity of 39% to 53%, compressive strength of 15 to 52 MPa, and average pore size of 2.0 to 7.5 μm. They were classified as microfiltration ceramics for the filtration of water and hot gases (aerosols). The formulation with a content of 28 vol% of fibers and sintered at 1160 °C showed the better porosity/compressive strength relation.

Abstract The incorporation of antimicrobials in the composites as an attempt to reduce bacterial adhesion without jeopardizing mechanical properties is a challenge for Dentistry. Objective: To evaluate the bacterial adhesion and physical properties of a composite containing the methacrylate triclosan- derivative monomer (TM). Methodology: TM was synthesized and added to an experimental composite. Samples were divided into two groups: Control and TM (13.4 wt%). Antibacterial Activity: Three specimens of each material were prepared and placed on bacterial suspensions of Streptococcus mutans for 1, 5 and 10 days. After these periods the counting of the colonies (log10) was performed. Assays was performed in triplicate. Physical Properties: Three-body Abrasion (TBA): Ten specimens of each material were prepared and stored at 37°C/24 h. The surface roughness (Ra) and hardness (KHN) were analyzed. Next, the specimens were submitted to abrasive wear (30,000 cycles) and re-evaluated for Ra and KHN; Sorption/solubility (SS): cylindrical specimens (n=10) were prepared and weighted. The specimens were immersed in deionized water for 7 days at 37°C and then their weight was verified again. SS were calculated using accepted formulas; Diametral tensile strength (DTS): specimens (n=10) underwent test performed in an Instron universal testing machine at a crosshead speed of 1 mm/min. Data were submitted to appropriate statistical tests according to data distribution and assay (p<0.05). Results: Bacterial Adhesion: TM showed a significant reduction on biofilm accumulation in the evaluated periods: 1 day (1.537±0.146); 5 days (2.183±0.138) and 10 days (4.469±0.155) when compared with Control: 1 day (4.954±0.249); 5 days (5.498±0.257) and 10 days (6.306±0.287). Physical Properties: For TBA, SS and DTS no significant difference was found between groups Control and TM. The incorporation of methacrylate triclosan-based monomer in the experimental composite reduce bacterial adhesion of S. mutans and did not affect important polymer properties.

Resumo Neste trabalho investigaram-se cerâmicas quimicamente ligadas com quatro resíduos industriais: areia de fundição, casca cerâmica, escória de níquel e tijolo refratário MgO-C. O sistema foi composto (% em massa) por 17% de fosfato monopotássico, 12% de magnésia cáustica e 71% de resíduo. Foram empregados três tempos de cura (1, 7 e 28 dias). A fase K-estruvita foi identificada por difratometria de raios X e microscopia eletrônica de varredura. A resistência à compressão aumentou com o tempo de cura, variando entre 7 e 17 MPa. As formulações contendo casca de cerâmica e escória de níquel, no entanto, apresentaram os melhores resultados devido à maior densidade relativa apresentada e aos cristais em forma de placa nas microestruturas obtidas. Os resultados mostraram ser possível a incorporação de resíduos industriais para a obtenção de cerâmicas quimicamente ligadas usando-se a técnica de cimento ácido-base.

Abstract In this work, chemically bonded ceramics were studied from four different industrial waste: foundry sand, ceramic shell, nickel slag and MgO-C refractory brick. The system consisted of 17 wt% of monopotassium phosphate, 12 wt% of caustic magnesia and incorporating 71 wt% of waste. Three curing times were tested (1, 7 and 28 days). K-struvite crystalline phase was identified by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The compressive strength increased with the curing time, ranging from 7 to 17 MPa. The formulations containing ceramic shell and nickel slag, nevertheless, showed the best results because of the higher relative density presented and the plate-type crystals in the microstructures obtained. The results showed that it is possible to incorporate industrial waste to obtain chemically bonded ceramics using the acid-base cement technique.

Este trabalho é parte de um projeto de desenvolvimento de filtros cerâmicos para a remoção de material particulado disperso em correntes gasosas em temperaturas elevadas. Os filtros cerâmicos utilizados para esta finalidade devem apresentar elevada porosidade aliada a uma distribuição homogênea de poros interconectados, resultando em estrutura permeável e com boa resistência mecânica e eficiência de coleta. Uma rota de processamento recentemente desenvolvida é utilizada para o processamento das peças, já que permite a obtenção de todas as características requeridas para uma filtração eficiente. Nesta técnica, os materiais porosos são processados a partir da incorporação de espumas aquosas em uma suspensão cerâmica de alumina e consolidados a partir da adição de cimento aluminoso. Comparado com outras rotas de processamento, este processo é mais atrativo, pois permite a fabricação de peças com geometrias complexas, economicamente viáveis e sem utilização de aditivos tóxicos. O objetivo deste trabalho foi otimizar a composição cerâmica de modo a atender aos requisitos de permeabilidade do filtro, tendo como base sua operação econômica em temperaturas elevadas em processos como incineração de resíduos, produção de cimento ou queima de biomassa em caldeiras em plantas químicas.

This work is part of a project to develop ceramic filters to treat flue gases from cement plants, biomass boilers and waste incinerators. Ceramic filters used for these purposes must present high porosity, homogeneous porous distribution (interconnected) to result in bodies with high mechanical strength, permeability and collection efficiency for fine particles. A method recently developed has been used for the filters processing. In this new processing route, the porous samples were prepared through the incorporation of aqueous foams into alumina-based suspensions. Compared to other techniques, this process seems to be an attractive and cost effective solution for fabricating complex shaped bodies, without toxic admixtures. The procedure to establish the required features of the filtering membrane for a desired flow condition is described, as well as the experimental work to produce and select the ceramic membranes with such requirements.

Neste trabalho, filtros com estrutura fibrosa foram produzidos utilizando-se matéria-prima de baixo custo, disponível comercialmente e caracterizados para aplicações em filtração de aerossóis. Mantas refratárias sílico-aluminosas comerciais foram prensadas uniaxialmente, utilizando-se 10% em massa de acetato de polivinila como ligante. Nesta etapa, as amostras foram submetidas à compactação com diferentes pressões para obtenção de diferentes porosidades. Após a prensagem, as amostras foram submetidas a um tratamento térmico a 500 ºC durante 1 h para a degradação do polímero. Subseqüentemente, as amostras foram sinterizadas a 1200 ºC durante 1 h, resultando em uma estrutura fibrilar porosa, composta por mulita (3SiO2.2Al2O3), com porosidade na faixa de 50 a 75%. A morfologia dos filtros fibrosos foi caracterizada através de microscopia eletrônica de varredura, que revelou uma estrutura tridimensional porosa de fibras interconectadas. A resistência mecânica foi avaliada através de ensaios de compressão e de flexão em quatro pontos. Ensaios de permeabilidade e eficiência de coleta de partículas com diferentes diâmetros foram efetuados e os resultados comparados a filtros comerciais. Os valores obtidos para a permeabilidade e eficiência de coleta estão na ordem de grandeza esperada para filtros de gases, apresentando assim grande potencial para aplicações industriais.

Filters with fibrous structure were produced from low cost, commercially available raw materials and characterized for aerosol filtration. Refractory aluminosilicate fibers were uniaxially pressed with polyvinyl acetate as binder. Different pressures were applied, which yielded samples with different porosities. After pressing, the samples were heat treated at 500 ºC during 1 h in air for debinding with subsequent sintering at 1200 ºC for 1 h, which resulted in porous fibrous structures composed mainly by mullite (3SiO2.2Al2O3) with porosity in the range of 50%-75%. The microstructure of the fibrous filters was evaluated by scanning electron microscopy, which revealed a porous morphology comprised by three-dimensional interconnected fibers. Mechanical strength was measured by compressive and 4-point bending tests. Permeability and particle collection efficiency were evaluated and compared with commercially available filters. The permeability and collection efficiency values are in the order of magnitude of cellular supports for aerosol filters and, therefore, suitable for several technological applications.

Este trabalho é parte de um projeto de desenvolvimento de filtros cerâmicos para a remoção de material particulado disperso em correntes gasosas em temperaturas elevadas. Os filtros cerâmicos utilizados para esta finalidade devem apresentar elevada porosidade aliada a uma distribuição homogênea de poros interconectados, resultando em estrutura permeável e com boa resistência mecânica e eficiência de coleta. Uma rota de processamento recentemente desenvolvida é utilizada para o processamento das peças, já que permite a obtenção de todas as características requeridas para uma filtração eficiente. Nesta técnica, os materiais porosos são processados a partir da incorporação de espumas aquosas em uma suspensão cerâmica de alumina e consolidados a partir da adição de cimento aluminoso. Comparado com outras rotas de processamento, este processo é mais atrativo, pois permite a fabricação de peças com geometrias complexas, economicamente viáveis e sem utilização de aditivos tóxicos. O objetivo deste trabalho foi otimizar a composição cerâmica de modo a atender aos requisitos de permeabilidade do filtro, tendo como base sua operação econômica em temperaturas elevadas em processos como incineração de resíduos, produção de cimento ou queima de biomassa em caldeiras em plantas químicas.

This work is part of a Brazilian project to develop ceramic filters to treat flue gases from cement plants, biomass boilers and waste incinerators. Ceramic filters used for these purposes must present high porosity, homogeneous porous distribution (interconnected) to result in bodies with high mechanical strength, permeability and collection efficiency for fine particles. A method recently developed has been used for the filters processing. In this new processing route, the porous samples were prepared through the incorporation of aqueous foams into alumina-based suspensions. Compared to other techniques, this process seems to be an attractive and cost effective solution for fabricating complex shaped bodies, without toxic admixtures. The procedure to establish the required features of the filtering membrane for a desired flow condition is described, as well as the experimental work to produce and select the ceramic membranes with such requirements.

A necessidade de redução do consumo energético tem impulsionado a busca por concretos refratários que possibilitem a diminuição do seu tempo de secagem. Todavia, a secagem de concretos refratários é uma das etapas mais críticas de seu processamento. Condições não otimizadas de aquecimento podem gerar riscos consideráveis de explosão. Dentre os fatores que podem afetar esses riscos, a cura em baixas temperaturas tem sido descrita como um fator de grande influência. No entanto, em trabalhos anteriores, os aspectos de permeabilidade, ensaios de explosão ou mecânicos têm sido avaliados isoladamente. Este estudo avalia e discute, de forma sistêmica, o efeito da permeabilidade, da cinética de saída de água, da resistência mecânica e dos perfis de temperatura desenvolvidos na superfície dos corpos-de-prova curados em temperaturas distintas (8 ºC e 50 ºC).

The increasing demand for better and cheaper refractory products has motivated the search for safer and shorter drying schedules in the refractory industry. If the drying process is not carefully controlled, the risk of explosive spalling increases considerably. The curing at low temperatures has been pointed as one of the most important factors. Nevertheless, so far, permeability, mechanical resistance and explosion tests has been evaluated separately. This work aims to correlate the former mentioned properties with the dewatering and temperature profile of castables cured at 8 ºC and 50 ºC.

O estado de dispersão das partículas constituintes da matriz de concretos apresenta uma influência direta no comportamento reológico desses materiais, determinando as técnicas que podem ser usadas para a sua aplicação. Diferentes aditivos são utilizados visando uma dispersão eficiente, a qual constitui um requisito importante na otimização do empacotamento das partículas e da resistência mecânica de concretos. Entretanto, a influência desses aditivos nas propriedades de concretos tem sido muito pouco estudada. Neste trabalho investigou-se o efeito de três dispersantes nas propriedades e desempenho na secagem de diferentes composições refratárias. A presença de poliacrilato de sódio resultou em concretos com elevada permeabilidade e maior porosidade. Por outro lado, em composições no sistema Al2O3-MgO a presença de hexametafosfato de sódio proporcionou concretos com permeabilidade extremamente baixa acarretando numa secagem mais lenta, enquanto o ácido cítrico apresentou um desempenho intermediário. Tais efeitos nas propriedades dos concretos foram correlacionados às características intrínsecas dos aditivos.

The state of dispersion of the castables matrix particles presents a direct influence in their rheological behavior, determining the techniques that can be used for their installation. Different additives have been used aiming an efficient dispersion, which constitutes an important requirement in the optimization of the particles packing and mechanical resistance of castables. However, the influence of those additives in the castables properties has not been extensively studied. In this work, the effect of 3 dispersants was investigated in the properties and drying behavior of different refractory compositions. The presence of sodium polyacrylate resulted in castables with higher permeability and larger porosity. On the other hand, in Al2O3-MgO compositions the presence of sodium hexametaphosphate provided extremely low permeability castables resulting in a slower drying, whereas the citric acid presented an intermediate behavior. Such effects in the castables properties were correlated to intrinsic characteristics of the additives.

O presente trabalho procura avaliar a cinética de cura de um concreto refratário de alta alumina com ultrabaixo teor de cimento (2%) por meio da medida in-situ do módulo de cisalhamento, G, utilizando a técnica de ressonância mecânica de barras. As maiores vantagens do presente estudo com relação a outros semelhantes são a utilização de uma técnica não destrutiva que permite grande redução na quantidade de corpos de prova e a maior confiabilidade do resultado devido à maior sensibilidade do equipamento. Adicionalmente, o estudo sugere que o tempo para a desmoldagem seja baseado na rigidez elástica do concreto. Os resultados mostram que a taxa de variação do módulo de cisalhamento com o tempo apresenta picos associados aos processos desenvolvidos durante a cura dos concretos com e sem a adição de pó de alumínio como aditivo de secagem.

This work attempts to evaluate the setting kinetics of a high-alumina refractory castable with ultra-low cement content (2 wt-%) via in-situ measurements of the shear modulus, G, applying a bar resonance method. The main advantages of the present study are the use of a non-destructive technique, which allows great reduction in the required number of samples and a better reliability in the results due to the higher sensitivity of the equipment. Moreover, the stiffness is suggested to be a more adequate parameter for castable demoulding. Results showed that temperature peaks are generated with the shear modulus changes along the setting time and that they were related to specific processes during castables setting, with or without aluminum powder added as drying agent.

A secagem é uma etapa crítica do processamento de concretos refratários, pois a saída de água contida em sua estrutura pode provocar danos mecânicos ou até mesmo explosões durante o aquecimento inicial. Com a finalidade de minimizar esses problemas, fibras poliméricas têm sido adicionadas à formulação (0,01-0,1% em peso), porém a forma como atuam não foi totalmente esclarecida. O entendimento do efeito das fibras no aumento de permeabilidade dos refratários pode possibilitar o projeto de concretos menos susceptíveis a explosões e que possam ser secos de forma otimizada. Este trabalho investigou a influência da adição de fibras de polipropileno (PP) com diferentes tamanhos (0,1-24 mm, a 0,09% em peso) na permeabilidade de concretos refratários projetados com distribuições granulométricas distintas (modelo de Andreasen q=0,21 e 0,26). As amostras foram avaliadas através de medidas de permeabilidade em baixa (PBT, a 25 ºC) e porosimetria de imersão.

The drying process of refractory castables is a critical step on their processing due to the explosive spalling tendency during the first heat up. Polymeric fibers are incorporated to the castable's formulation (0.01-0.1%wt) in order to minimize or avoid these problems, but the fibers performance has not been completely explained so far. Understanding the castable's permeability enhancement mechanisms, can lead to the design of monolithics less susceptible to explosive spalling, with better quality and optimized drying schedules. The purpose of this work was to evaluate the influence of polymeric fibers addition with different lengths (0.1-24 mm) into castables with two distinct particle-size distributions based on Andreasen's packing model using distribution coefficient values q of 0.21 and 0.26. The samples were evaluated by low temperature permeametry (LTP, 25 °C) and porosimetry.

A secagem de concretos refratários tem encontrado sérias dificuldades para se tornar um processo eficaz, apesar do grande interesse tecnológico que representa. Analisando-se as publicações científicas sobre o assunto e as patentes requeridas para formulações menos susceptíveis a explosões, nota-se que muito do que se sabe e experimenta nesse campo é fruto de experiência prática e empirismo. Entre as soluções propostas, a adição de fibras poliméricas ao concreto tem gerado bons resultados. Pouco se sabe de como essas fibras atuam ou como poderiam ter seu desempenho otimizado. Este trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho de fibras de polipropileno como mecanismo de aumento de permeabilidade em concretos refratários. As fibras utilizadas são produtos comerciais empregados na industria de concretos para construção civil. Foram utilizadas fibras com tamanhos variando entre 0,1 mm e 24 mm. Resultados de caracterização térmica convencional das fibras (DSC e ATG) foram comparados com aqueles obtidos por permeametria em baixa temperatura (PBT, em 25 ºC) e em altas temperaturas (PAT, até 800 ºC) para formulações de concreto contendo até 0,090% em peso (0,36% em volume) de fibras de polipropileno.

In spite of the technological interest, the drying process of refractory castables faces several difficulties to be an efficient operation. Analyzing the scientific publications and the applied patents for castables formulations less sensitive to explosion, can be noted that the achievements experienced in this field are mostly based on empirical tests. The purpose of this work was to evaluate the performance of polypropylene fibers addition in order to increase the permeability of refractory castables. The fibers presented a aspect ratio (ratio between length and diameter) from 6 to 1600 and some of then are usually applied in refractory industry. The results of fibers' thermal characterization (DSC and TGA) were compared with those obtained by low and high temperature permeametry (LTP, 25 ºC and HTP, until 800 ºC, respectively) for castables formulations containing 0.09% weight (0.36% in volume) of polypropylene fibers.

Filtros cerâmicos devem apresentar alta permeabilidade e eficiência de retenção de inclusões sólidas, além de uma boa resistência mecânica. No entanto, estas propriedades variam de modos distintos para uma determinada estrutura celular. Poros grandes aumentam a permeabilidade, mas diminuem a eficiência de retenção das inclusões. Em relação ao desempenho do filtro, a porosidade aparente apresenta alta relevância, uma vez que a resistência mecânica diminui e a permeabilidade aumenta para valores de porosidade elevados. Neste trabalho investigou-se a relação entre a resistência mecânica e a permeabilidade para filtros do sistema Al2O3-SiC de 10 ppi (poros por polegada linear). A quantidade da suspensão impregnada na esponja, durante a fabricação do filtro, foi escolhida como variável de controle, pois por meio desta modifica-se a porosidade e o tamanho de poro do filtro. Os resultados obtidos foram comparados aos de filtros de 8 a 90 ppi.

Ceramic filters must present not only high permeability and particle trapping efficiency, but also suitable mechanical strength. However, these parameters are influenced in different ways by the cellular structure. Large pores favor permeability, but lower removal efficiency of small particles. Small pores, on the other hand, enhance particle collection, although the filter pressure drop increases. The porosity is also essential for determining ceramic foam performance. Mechanical strength generally decreases with increasing porosity, even though permeability is improved. In this work, the relationship between mechanical strength and permeability has been investigated for 10 ppi (pores per linear inch) Al2O3-SiC filters. The amount of slurry impregnated on the organic struts walls during processing has been chosen as the control variable. The results have been compared with those obtained from cellular structures where the pore count variation ranged from 10 to 90 ppi.

O objetivo deste trabalho foi analisar a relação entre a permeabilidade e a secagem de concretos refratários de alta alumina contendo ultrabaixo teor de cimento, preparados segundo diferentes ajustes granulométricos. Alterações nas distribuições acumulada e na discreta de partículas foram efetuadas variando-se respectivamente o coeficiente de distribuição de Andreasen (q) e o diâmetro máximo de partícula da distribuição (Dmax), resultando em concretos com diferentes características porosas e fluidodinâmicas. As diferenças foram associadas a parâmetros de empacotamento de partículas no concreto. Os resultados indicaram que o aumento da distância de separação entre as partículas da matriz (IPS) e a diminuição da distância entre as partículas de agregado (MPT) foram responsáveis pelo aumento exponencial observado para as constantes de permeabilidade k1 e k2 e pela redução linear no tempo de secagem dos concretos. Formulações com distribuição acumulada tendo maior coeficiente de Andreasen (q = 0,31) e distribuição discreta com tamanho máximo de grão de Dmax = 4,75 mm foram as mais permeáveis e tiveram o menor tempo de secagem.

In this work, the relationship between permeability and drying parameters was evaluated for high-alumina ultra-low cement refractory castables prepared according to different particle size distributions. Variations in the cumulative and discrete distributions were carried out by changing respectively the Andreasen's coefficient (q) and the maximum grain size (Dmax). The performance of 9 different compositions were related to particle packing parameters, such as the separation distances between the fine matrix particles (IPS) and between the coarse aggregate grains (MPT). Results revealed that the simultaneous increase in IPS and reduction in MPT were the causes of an exponential increase in the permeability constants k1 and k2 of Forchheimer's equation and also of a linear decrease in the drying time. The formulation with higher Andreasen's coefficient (q = 0,31) and the maximum grain size (Dmax) of 4,75 mm were the most permeable and with the lowest drying time.

Um dos principais fatores limitantes na utilização dos concretos refratários é a necessidade de longos ciclos de secagem, uma vez que taxas de aquecimento elevadas podem ocasionar explosão, principalmente quando são utilizadas baixas temperaturas de cura (<21 ºC). Neste trabalho, estudou-se a influência da temperatura de cura na resistência à explosão de concretos refratários de alta alumina com ultrabaixo teor de cimento. Os resultados indicaram que a ocorrência de explosão nos concretos curados em baixas temperaturas não pode ser atribuída unicamente à desidratação das fases do cimento, uma vez que a água livre se mostrou como a principal responsável pela pressurização da estrutura durante a secagem.

One of the main limiting factors in the processing of refractory castables is the long drying schedule required, since high heating rates can cause mechanical damage or even the explosion of the refractory, especially when low curing temperatures (<21 ºC) are employed. In this work, the influence of the curing temperature on the explosion tendency of high-alumina ultra-low cement refractory castables is evaluated. The results show that the explosion during the drying process of castables cured at low temperatures cannot be associated only to the dehydration of low-density cement phases, since the free water appeared to be the main responsible for the pressurization of the structure.