blog

Jul 22, 2023

Efeitos de processos de mistura prolongados nas propriedades frescas, endurecidas e duráveis ​​de sistemas de cimento que incorporam cinzas volantes

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6091 (2023) Citar este artigo 1058 Acessos 3 Citações Detalhes das métricas Especificações que correspondem ao desempenho do sistema podem garantir a adição

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6091 (2023) Citar este artigo

1058 acessos

3 citações

Detalhes das métricas

Especificações que correspondem ao desempenho do sistema podem garantir a agregação de valor. A maioria das especificações para concreto pré-misturado aborda limites de tempo de descarga e contagem de revoluções do caminhão-tambor. Esses limites foram desenvolvidos para concreto convencional. À medida que os usos de materiais de cimentação suplementares (SCMs) se tornam onipresentes, é importante determinar se essas especificações são aplicáveis ​​aos SCMs, ou seja, sistemas contendo cinzas volantes. Este artigo apresenta resultados dos efeitos do tempo de mistura e da rotação do misturador nas características de pastas e argamassas fabricadas em laboratório contendo 20% e 50% de cinza volante. Suas características avaliadas incluem concentrações de íons variantes no tempo, tempo de presa, fluxo, resistência à compressão, porosidade e coeficiente de difusividade aparente do cloreto. Os resultados indicam que com o aumento do tempo de mistura e da contagem de rotações do misturador, as misturas com substituição de cinzas volantes apresentam melhores características tanto frescas quanto endurecidas. Quando misturado por 60 minutos ou 25.505 rotações, as resistências à compressão de 28 dias de misturas contendo 20% e 50% de cinza volante são 50% a 100% maiores do que o cimento puro. Sugere-se que cinzas volantes sejam adotadas nos processos de mistura estendidos de sistemas de cimento.

As cinzas volantes são um subproduto pozolânico do processo de combustão do carvão usado para gerar eletricidade. Atualmente, o processo de combustão do carvão é responsável por cerca de 50 a 55% da geração total de energia dos Estados Unidos1,2. Aproximadamente 75 por cento dos subprodutos desta operação são cinzas volantes3,4,5. Consequentemente, prevê-se que 500-550 milhões de toneladas de cinzas volantes sejam produzidas anualmente em escala global6,7. Muitos setores empregam cinzas volantes, incluindo as indústrias agrícola e de cimento e concreto. Verificou-se que o emprego de cinzas volantes nas indústrias de cimento e concreto melhora as características de desempenho dos produtos hidratados8,9. A principal utilização das cinzas volantes para a produção de compósitos de concreto modernos, levando a novas soluções inovadoras neste campo, como nanomateriais10, ligantes quaternários e ternários11,12,13 e sementes ativas14,15. As novas soluções inovadoras podem oferecer produtos de concreto customizados para diversas aplicações. No entanto, mais de 70 por cento das cinzas volantes recolhidas nas centrais eléctricas não são utilizadas, o que representa um grave desafio de eliminação16,17. As instalações eléctricas alimentadas a carvão incorrem em despesas adicionais devido à eliminação de cinzas volantes. O custo anual deverá ser de cerca de 1,2 mil milhões de dólares18. Portanto, são necessárias mais pesquisas e inovações que possam ampliar o uso de cinzas volantes, principalmente nos setores de cimento e concreto. Além de reduzir os custos de eliminação, isto pode melhorar as características de desempenho das misturas de concreto.

O concreto é a segunda substância mais utilizada no mundo, depois da água19. Tem havido esforços significativos para limitar as emissões de CO2 dos sectores do cimento e do betão devido a preocupações ambientais. No entanto, as emissões de CO2 destas empresas continuam a ser notavelmente elevadas e são necessários mais esforços. A American Coal Ash Association (ACAA)20 calculou que o uso de cinzas volantes como fonte de material de cimentação suplementar (SCM) em concreto pode economizar emissões de CO2 em 10 a 14 toneladas/ano somente nos EUA. A substituição parcial das cinzas volantes não só pode promover a sustentabilidade ao reduzir as emissões de CO2, como também diminui as despesas associadas à produção de betão e à eliminação das cinzas volantes. As regras da Administração Rodoviária Federal (FHWA) incentivam sistemas de concreto contendo cinzas volantes. Isto é especialmente verdadeiro quando o preço do concreto com cinzas volantes é comparável ou inferior ao do concreto de cimento Portland (PCC)21. Portanto, nem todo cimento deve ser substituído por cinzas volantes em uma determinada mistura. Além dos benefícios ambientais e económicos, reconhece-se que a substituição do cimento Portland (CP) por cinzas volantes melhora as propriedades frescas e o desempenho de endurecimento do produto hidratado. Como material pozolânico, o hidróxido de cálcio (Ca (OH2)) pode reagir para produzir hidratos de silicato de cálcio que aumentam a resistência (CS – H). Esses hidratos resultam em uma zona de transição interfacial (ITZ) densificada e microestruturas de concreto melhoradas na interface da pasta de cimento e agregados22,23. Consequentemente, o desempenho dos sistemas de betão que incorporam cinzas volantes pode ser superior ao dos sistemas de betão convencionais, e isto pode incluir betão pronto.