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Title: Utilização da lignina alcalina como aditivo em pastas de cimento Portland classe G e sua influência no processo de carbonatação
Authors: Leão, Anderson Luiz Soares
Keywords: Cimento Portland;CO2;Carbonatação;Aditivos;Polímero
Issue Date: 24-May-2019
Citation: LEÃO, Anderson Luiz Soares. Utilização da lignina alcalina como aditivo em pastas de cimento Portland classe G e sua influência no processo de carbonatação. 2019. 106f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019.
Portuguese Abstract: O cimento Portland é um material mundialmente utilizado em poços de petróleo, como também em poços de projetos de captura e estocagem de carbono - CCS (Carbon Capture and Storage). O cimento Portland é muito reativo com o dióxido de carbono (CO2), substância encontrada em larga escala nos mais diversos tipos de reservatórios de petróleo, inclusive nas formações do Pré-sal. As reações do cimento Portland com o CO2 resultam na formação de carbonatos e bicarbonatos, resultando na degradação e consequente perda de resistência mecânica do cimento. A lignina alcalina é um polímero natural que possuí uma cadeia tridimensional longa com grupos funcionais ativos que alteram as energias de superfície nos grãos de cimento modificando as interações de determinadas fases do cimento com o CO2. Nesse estudo, a lignina alcalina da SIGMA foi adicionada em formulações com cimento Portland Classe G nas concentrações de 0.3% e 0.5% em peso de cimento (BWOC). As amostras foram divididas em dois grupos, um grupo mantido em banho de água doce à 70°C sem exposição ao CO2 e no outro as amostras foram submersas em água e expostas por 90 dias ao reator autoclave nas condições de 15.17 MPa (2200 psi) de pressão de CO2 e 70° C (158° F). Ambos os grupos foram comparados com amostras de formulação padrão/referência (cimento e água). Resultados de análises de indicador de pH, difração de raios X, espectroscopia de infravermelho, microscopia eletrônica de varredura e análise termogravimétrica demonstraram que a adição da lignina aumentou a resistência de determinadas fases do cimento frente às reações com o CO2, reduzindo o avanço da frente de carbonatação. O trisulfoaluminato de cálcio hidratado (AFt) e o silicato de cálcio hidratado (C-S-H) apresentaram significativas interações com o aditivo. As amostras com 0.5% BWOC de aditivo apresentaram na área da secção longitudinal das amostras uma média de 87% de preservação na alcalinidade e, nas amostras padrão, média de 65% respectivamente. Os resultados de DRX demonstram uma significativa redução na formação de aragonita e carbonatação dos silicatos de cálcio hidratados nas amostras com lignina. O aditivo aparentemente não altera o consumo do Ca(OH)2 no processo de carbonatação.
Abstract: Portland cement is a binder used globally in oil wells, as well as carbon capture and storage (CCS) and Carbon Capture and Storage (CCS) wells. Portland cement is highly reactive with carbon dioxide, a substance found on a large scale in the most diverse types of oil reservoirs, including pre-salt formations. The reactions of the Portland cement with the CO2 result in the formation of carbonates and bicarbonates, causing the degradation of the cement and consequent loss of mechanical resistance. Alkaline lignin is a natural polymer that has a long three-dimensional chain with active functional groups that change the cement grains surface energies and interactions of certain cement phases with CO2. In this study, SIGMA alkaline lignin was added in formulations with Portland Class G, at concentrations of 0.3% and 0.5% by weight of cement (BWOC). The samples were divided into two groups, one group maintained in a bath without exposure to CO2 and, in the other, the samples were submerged in water and exposed for 90 days to the reactor under conditions of 15.7 MPa (2200 psi) CO2 and 70° C (158° F). Both groups were compared with samples of standard/reference formulation (cement and water). Results of pH, X-ray diffraction, infrared, scanning electron microscopy and thermogravimetric analyzes showed that the addition of lignin improved the cement resistance to reactions with CO2, reducing the advance of the carbonation front. Ettringite (AFt) and calcium silicate hydrate (C-S-H) presented significant interactions with the additive. The samples with 0.5% BWOC of additive presented in the area of longitudinal section an average of 87% preservation in the alkalinity and, the standard samples, average of 65% preservation of the alkalinity. The XRD results show a significant reduction in the formation of aragonite and carbonation of the hydrated calcium silicates in the samples with lignin. The additive does not appear to change the consumption of Ca(OH)2 in the carbonation process.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28080
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