Study of palm biomass ash as a supplementary cementitious material in concrete production

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i10.18590

Keywords:

Concrete; Waste; Ash; Palm; Sustainability.

Abstract

The valorization of by-products and/or waste from different production chains has been shown as an alternative in the incorporation as supplementary cementitious material (SCM), either in the production of cement, in addition, or replacement to the cement matrix. Such studies are important since the search for sustainable materials and less impactful to the environment is growing. Thus, this work aims to contribute to the study of new MCS through the use of ash from palm oil extraction waste, since such waste (mesocarp fiber, endocarp, and empty clusters) are used as biomass in the boilers of processing and refining of palm oil, generating large amounts of ash. To analyze the technical feasibility of this material, conventional concrete was produced as a substitute for Portland cement at 7.5% and 15%. The dosage method used was IPT/EPUSP and the water/binder ratio was set at 0.45 and 0.60. A reference mix (without replacement) was adopted for the concrete and the evaluation of mechanical properties was performed through strength tests (axial compression, tension by diametrical compression, flexural tension, and modulus of elasticity), where it was possible to observe that in compression strength the concrete with replacement did not overcome the strength obtained by the reference mix, but achieved similar results with the 15% substitution content associated with a water/binder ratio of 0.60. Moreover, it was possible to verify that the tensile strength and modulus of elasticity did not show significant results influenced by the ash content.

Author Biographies

Brenno Pires Percy, Universidade Federal do Pará

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Pará(2019). Tem experiência na área de Engenharia Civil.

Camila Pereira de Oliveira, Universidade Federal do Pará

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Pará (2019). Pós-Graduação em Segurança do Trabalho pela Universidade Federal do Pará (em curso)

Isaura Nazaré Lobato Paes, Universidade Federal do Pará

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Pará(1996), mestrado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Goiás(2000) e doutorado em Estruturas e Construção Civil pela Universidade de Brasília(2004). Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Construção Civil. Atuando principalmente nos seguintes temas:argamassa, revestimento, transporte de umidade, estrutura de poros.

Luciana de Nazaré Pinheiro Cordeiro, Universidade Federal do Pará

Pesquisadora na área materiais e componentes de construção, atua nas seguintes linhas de pesquisas: desenvolvimento de compósitos inovadores; gestão e aproveitamento de resíduos; desempenho das edificações e durabilidade de materiais convencionais e não convencionais. Além de líder do grupo de pesquisa GPMAC, atua atualmente é Coordenadora do GT Resíduos, Diretora da Faculdade de Engenharia Civil e Docente nos cursos de Graduação em Engenharia Civil, Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental, Pós Graduação em Infraestrutura e Desenvolvimento Energético e Pós graduação em Arquitetura e Urbanismo da UFPA. Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Pará (2006), mestrado em Engenharia (Meio Ambiente) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2009) e doutorado em Engenharia (Construção) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2013).

Paulo Sérgio Lima Souza, Universidade Federal do Pará

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Pará (1991), mestrado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1994) e doutorado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2003). Atualmente é professor associado III da Universidade Federal do Pará. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Materiais e Componentes de Construção, atuando principalmente nos seguintes temas: materiais (concreto, pozolanas, etc..), processo construtivo, aproveitamento de resíduo e patologias.

References

ABNT (2009) - NBR NM 53: Agregado graúdo - Determinação da massa específica, massa específica aparente e absorção de água. Associação Brasileira de Normas Técnicas.

ABNT (2003) - NBR NM 248: Agregados - Determinação da composição granulométrica. Associação Brasileira de Normas Técnicas.

ABNT (2017) - NBR 16605: Cimento Portland e outros materiais em pó - Determinação da massa específica. Associação Brasileira de Normas Técnicas.

ABNT (2016) - NBR 5738: Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Associação Brasileira de Normas Técnicas.

ABNT (2020) - NBR 16889: Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Associação Brasileira de Normas Técnicas.

ABNT (2015) - NBR 12655: Concreto de cimento Portland - Preparo, controle, recebimento e aceitação - Procedimento. Associação Brasileira de Normas Técnicas.

ABNT (2018) - NBR 5739: Concreto - Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos. Associação Brasileira de Normas Técnicas.

ABNT (2011) - NBR 7222: Concreto e argamassa - Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos de prova cilíndricos. Associação Brasileira de Normas Técnicas.

ABNT (2017) - NBR 8522: Concreto - Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação à compressão. Associação Brasileira de Normas Técnicas.

ABNT (2015) - NBR 12653: Materiais pozolânicos - Requisitos. Associação Brasileira de Normas Técnicas.

ABNT (2014) - NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto — Procedimento. Associação Brasileira de Normas Técnicas.

Abrão, P. C. R. A. (2018). O uso de pozolanas como materiais cimentícios suplementares: disponibilidade, reatividade, demanda de água e indicadores ambientais (Doctoral dissertation, Universidade de São Paulo).

Awal, A. A., & Shehu, I. A. (2013). Evaluation of heat of hydration of concrete containing high volume palm oil fuel ash. Fuel, 105, 728-731.

Da Palma, D. Ó. (2018). Diagnóstico da produção sustentável da palma de óleo. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento

Fernandes, A. V. B., & Amorim, J. R. R. (2014). Concreto sustentável aplicado na construção civil. Caderno de Graduação-Ciências Exatas e Tecnológicas-UNIT-SERGIPE, 2(1), 79-104.

Fernandes, S. E., Tashima, M. M., Moraes, J. C. B. D., Istuque, D. B., Fioriti, C. F., Melges, J. L. P., & Akasaki, J. L. (2015). Cinza de bagaço de cana-de-açúcar (CBC) como adição mineral em concretos para verificação de sua durabilidade. Matéria (Rio de Janeiro), 20, 909-923.

Foreing Agriculture Service do United States Department of Agriculture (USDA), 2016. <https://www.fas.usda.gov/>

Furlan Júnior, J. (2006). Dendê: manejo e uso dos subprodutos e dos resíduos. Embrapa Amazônia Oriental-Documentos (INFOTECA-E).

Hamada, H. M., Jokhio, G. A., Yahaya, F. M., Humada, A. M., & Gul, Y. (2018). The present state of the use of palm oil fuel ash (POFA) in concrete. Construction and Building Materials, 175, 26-40.

Recena, F. A. P. (1992). Dosagem e controle da qualidade de concretos convencionais de cimento Portland. Edipucrs.

Hoppe, J., Souza, D. J., Medeiros, M. D., Pereira, E., & Portella, K. F. (2015). Ataque de matrizes cimentícias por sulfato de sódio: adições minerais como agentes mitigadores. Cerâmica, 61, 168-177.

IBGE (2017). Produção Agrícola – Lavoura permanente de 2017 – Estado do Pará. <https://cidades.ibge.gov.br/brasil/pa/pesquisa/15/11934?loc alidade2=150275&localidade1=150795>

Islam, M. M. U., Mo, K. H., Alengaram, U. J., & Jumaat, M. Z. (2016). Mechanical and fresh properties of sustainable oil palm shell lightweight concrete incorporating palm oil fuel ash. Journal of cleaner production, 115, 307-314.

Jaturapitakkul, C., Kiattikomol, K., Tangchirapat, W., & Saeting, T. (2007). Evaluation of the sulfate resistance of concrete containing palm oil fuel ash. Construction and Building Materials, 21(7), 1399-1405.

Johari, M. M., Zeyad, A. M., Bunnori, N. M., & Ariffin, K. S. (2012). Engineering and transport properties of high-strength green concrete containing high volume of ultrafine palm oil fuel ash. Construction and Building Materials, 30, 281-288.

Koche, J. C. (2011). Fundamentos de metodologia científica.

Mehta, P. K., & Monteiro, P. (2014). Concreto-Microestrutura, Propriedades e Materiais, Ibracon.

Neville, A. M. (2013). Tecnologia do concreto. Bookman Editora.

Pereira, A. M., Silva, C. A. R. D., Queiroz, D. C. D. A., Moraes, M. J. B. D., Melges, J. L. P., Tashima, M. M., & Akasaki, J. L. (2015). Estudo das propriedades mecânicas do concreto com adição de cinza de casca de arroz. Matéria (Rio de Janeiro), 20, 227-238.

Civil, E. (2018). Gabriela de Castro Polisseni (Doctoral dissertation, UFRJ-Rio).

Pereira, A. M., Silva, C. A. R. D., Queiroz, D. C. D. A., Moraes, M. J. B. D., Melges, J. L. P.,

Raisdorfer, J. W. (2015). Influência da adição ou substituição de adições minerais ao cimento Portland: efeitos na carbonatação, absorção capilar e resistividade de concretos.

Ribeiro, J. L. D., & Caten, C. T. (2001). Projeto de experimentos. Porto Alegre: FEEng/UFRGS.

Tashima, M. M., & Akasaki, J. L. (2015). Estudo das propriedades mecânicas do concreto com adição de cinza de casca de arroz. Matéria (Rio de Janeiro), 20, 227-238.

Zeyad, A. M., Johari, M. A., Bunnori, N. M., Ariffin, K. S., & Altwair, N. M. (2013). Characteristics of treated palm oil fuel ash and its effects on properties of high strength concrete. In Advanced Materials Research (Vol. 626, pp. 152-156). Trans Tech Publications Ltd.

Zeyad, A. M., Johari, M. M., Tayeh, B. A., & Yusuf, M. O. (2016). Efficiency of treated and untreated palm oil fuel ash as a supplementary binder on engineering and fluid transport properties of high-strength concrete. Construction and building materials, 125, 1066-1079.

Downloads

Published

18/08/2021

How to Cite

PERCY, B. P. .; OLIVEIRA, C. P. de .; QUEIROZ, L. C.; PAES, I. N. L. .; CORDEIRO, L. de N. P. .; SOUZA, P. S. L. Study of palm biomass ash as a supplementary cementitious material in concrete production. Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 10, p. e425101018590, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i10.18590. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/18590. Acesso em: 14 nov. 2024.

Issue

Vol. 10 No. 10

Section

Engineerings

License

Copyright (c) 2021 Brenno Pires Percy; Camila Pereira de Oliveira; Luciana Carvalho Queiroz; Isaura Nazaré Lobato Paes; Luciana de Nazaré Pinheiro Cordeiro; Paulo Sérgio Lima Souza

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Authors who publish with this journal agree to the following terms:

1) Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.

2) Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.

3) Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work.