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Document Type: Dissertação
Title: Efeito da porosidade, da morfologia superficial e do fíler carbonático na carbonatação de compósitos cimentícios reforçados com fibra de celulose
Authors: Santos, Handellon Kleyton de Jesus
Issue Date: 26-Aug-2026
Advisor: Souza, Rui Barbosa de
Co-advisor: Santos, Hericles Campos dos
Resumo : Após a revolução industrial, a humanidade intensificou as emissões dos gases do efeito estufa, principalmente o dióxido de carbono (CO2), proveniente de várias fontes como a queima de combustíveis fósseis. Na construção civil, o cimento é o maior responsável pelas emissões de carbono do setor. Na fabricação do cimento Portland, principalmente na etapa de clinquerização, ocorre o processo de descarbonatação, no qual, pela decomposição do carbonato de cálcio é liberado gás carbônico. Além disso, os combustíveis fósseis usados para aquecer o forno também contribuem para as emissões de carbono. Visando reduzir os impactos ambientais gerados pela indústria da construção civil, a captura de carbono pelo processo de carbonatação em compósito cimentício reforçado com fibra (fibrocimento) de celulose, em formato de placas, surge como um mecanismo promissor, pois devido ao seu formato esbelto e maior área de exposição das placas, estas podem se tornar reservatórios de carbono, além de não se ter a preocupação com a despassivação do aço, pois geralmente as placas utilizam fibras naturais ou artificiais para sua estabilização. Sendo assim, entender como maximizar a captura de carbono nessas placas pode ajudar a construção civil a se tornar mais ecoeficiente. O objetivo geral dessa pesquisa é analisar a cinética de incorporação de CO2 em compósitos cimentícios reforçados com fibra de celulose, variando suas características morfológicas e incorporação do fíler carbonático (como nucleador), observando os impactos nas propriedades e ecoeficiência dos compósitos. Para atingir esse objetivo, foram produzidas placas cimentícias reforçadas com fibras de celulose, cortadas em corpos de prova prismáticos (16 x 4 x 1,5 cm) nas seguintes variações: corpo de prova de referência (sem fibras); corpo de prova poroso (fibrocimento de superfície plana porosa); corpo de prova rugoso (superfície com geometria modificada) e com incorporação do fíler carbonático (corpo de prova com adição mineral do fíler carbonático). Para avaliar o efeito da variação de morfologia superficial e adição do fíler carbonático, as composições foram mantidas em processo de carbonatação. Os corpos de prova foram mantidos a uma temperatura em torno de 25 °C, umidade de 70 % e 5 % de concentração de CO2, posteriormente foram coletados em tempos de carbonatação de 0, 1, 3, 7 e 14 dias. Também foi realizada carbonatação natural nos mesmos períodos para comparação entre os métodos (carbonatação natural e em câmara). Os corpos de prova foram posteriormente caracterizados por meio de ensaios físico-mecânicos, depois da carbonatação, além de indicadores de carbonatação, ecoeficiência e retração por carbonatação. Ao fim dessa pesquisa pôde-se concluir que ao incorporar 6 % de celulose houve uma melhora na captura de carbono, associada a uma maior porosidade, já para as amostras com modificação de área superficial os resultados de captura de carbono foram semelhantes aos da superfície lisa, sendo atribuído ao processo de formação da rugosidade que diminuiu a porosidade e consequentemente menor absorção de CO2, mas obteve bons indicadores de ecoeficiência, o que no geral apresentou um melhor desempenho comparado a outras amostras. Na adição do fíler carbonático as amostras também mostraram um bom desempenho na captura de carbono, semelhante ao aumento de porosidade. Quanto às propriedades mecânicas, ao adicionar 6 % de celulose a resistência à flexão reduziu 46,64 %, o que era esperado pela maior porosidade, no entanto, para as formulações com incorporação parcial do fíler carbonático e rugosa os valores foram semelhantes aos com 3 % de celulose.
Abstract: Since the Industrial Revolution, humanity has intensified greenhouse gas emissions primarily carbon dioxide (CO2) stemming from sources such as the burning of fossil fuels. In the construction industry, cement is the primary source of carbon emissions. During Portland cement manufacturing, specifically the clinkerization stage, a decarbonation process occurs wherein the decomposition of calcium carbonate releases carbon dioxide. Furthermore, the fossil fuels used to heat the kiln also contribute to carbon emissions. Aiming to mitigate the environmental impacts of the construction industry, carbon capture via the carbonation process in cellulose fiber-reinforced cementitious composites (fiber-cement) specifically in board form—emerges as a promising mechanism. Due to their slender profile and large surface area, these boards can serve as carbon reservoirs; additionally, there is no concern regarding steel depassivation, as these boards typically rely on natural or artificial fibers for stabilization. Thus, understanding how to maximize carbon capture in these boards can help the construction sector become more eco-efficient. The general objective of this research is to analyze the kinetics of CO2 uptake in cellulose fiber-reinforced cementitious composites by varying their morphological characteristics and incorporating a carbonate filler (acting as a nucleating agent), while observing the resulting impacts on the composite’s properties and eco-efficiency. To achieve this, cellulose fiber-reinforced cementitious boards were produced and cut into prismatic specimens (16 x 4 x 1.5 cm) representing the following variations: a reference specimen (fiber-free); a porous specimen (fiber-cement with a porous flat surface); a rough specimen (surface with modified geometry); and a specimen incorporating a carbonate filler (with the addition of carbonate filler as a mineral admixture). To evaluate the effects of varying surface morphology and adding carbonate filler, the compositions were subjected to a carbonation process. The specimens were kept at a temperature of approximately 25 °C, 70 % humidity, and a 5 % CO2 concentration; samples were subsequently collected after 0, 1, 3, 7, and 14 days of carbonation. Natural carbonation was also carried out over the same periods to compare the two methods (natural vs. chamber carbonation). Following carbonation, the specimens underwent physical-mechanical testing, as well as assessments of carbonation indicators, eco-efficiency, and carbonation shrinkage. The study concluded that incorporating 6 % cellulose improved carbon capture, a result linked to increased porosity. For samples with modified surface areas, carbon capture results were like those of smooth-surfaced samples; this was attributed to the roughness formation process, which reduced porosity and consequently lowered CO2 absorption, though these samples achieved good eco-efficiency indicators and generally performed better than other samples. Samples with added carbonate filler also demonstrated good carbon capture performance, comparable to that seen with increased porosity. Regarding mechanical properties, adding 6 % cellulose reduced flexural strength by 46.64 % an expected outcome given the higher porosity whereas formulations incorporating carbonate filler or featuring a rough surface yielded values like those of samples with 3 % cellulose.
Keywords: Carbonatação
Captura de carbono
Cinética de carbonatação
Carbonation
Carbon capture
Carbonation kinetics
Subject CNPQ: ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Language: por
Institution: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Program Affiliation: Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citation: SANTOS, Handellon Kleyton de Jesus. Efeito da porosidade, da morfologia superficial e do fíler carbonático na carbonatação de compósitos cimentícios reforçados com fibra de celulose. 2026. 131 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/26189
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Civil

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