Estudo da influência das características da cinza volante nas propriedades do concreto no estado fresco e endurecido: proposta de método simplificado em argamassa

Abstract

A Cinza Volante (CV) tem sido cada vez mais utilizada para produção de concreto em substituição parcial ao cimento Portland. Porém, por se tratar de um subproduto das termelétricas, seu desempenho pode ser variável em função de sua origem e beneficiamento, comprometendo o seu uso quando realizado sem um controle de suas características. Frente a esta situação, foram estudadas nesta dissertação as diversas CV geradas no Complexo Termelétrico Jorge Lacerda (CTJL) das Usinas Termelétricas UTL A, UTL B e UTL C. Estas CV foram investigadas sob diferentes condições de suas partículas na forma natural, sua fração retida na peneira 45 µm, a fração passante na malha 45 µm e nela retida, submetida à moagem em moinho de bolas até a obtenção da área específica de Blaine da sua fração passante. Foram realizadas caracterização química e física, além da determinação da capacidade de fixar o Ca(OH)2, de cada CV-condição das partículas. Também foi realizado um estudo em argamassa utilizando a areia padrão como agregado, e outro utilizando a combinação de areia grossa de britagem e areia fina de cava objetivando verificar a influência do tipo e teor da CV na demanda de água das e resistência à compressão das misturas. Posteriormente foram realizados ensaios em nove famílias de concreto, com os mesmos objetivos, a fim de estabelecer correlações com os estudos em argamassa. Estes estudos foram realizados com 10, 20, 30 e 35% de substituição ao cimento em volume absoluto. Como resultado desse estudo, pôde-se concluir que a capacidade de fixação do Ca(OH)2 é expressivamente influenciada pela finura do Materiais Cimentícios Suplementares (MCS) e pelo teor de SiO2, Al2O3 e Fe2O3. O uso de areia padrão para avaliação do desempenho das MCS por meio de estudos em argamassa não é o mais indicado, pois os teores de ar incorporados são muitos altos. Observou-se que a demanda de água do concreto pode ser prevista pelos estudos em argamassa pela mesa flow com boa precisão. O teor de argamassa do concreto pode ser reduzido com o uso de CV e a melhora em seu indicador de bombeabilidade é considerável, além de apresentar expressivo aumento da resistência à compressão em idades superiores a 28 dias. Com os resultados obtidos foi possível propor um método de avaliação da Suplementares MCS em concreto por meio de estudos em argamassa. Desta forma, os resultados mostraram que o uso de CV com baixo teor de carbono e com partículas menores que 45 µm contribuem para a melhora das propriedades tanto no estado fresco quanto endurecido do concreto. Verificou-se que o desempenho de MCS em concreto pode ser previsto satisfatoriamente com ensaios em argamassa. Além disso, concluiu-se que a CV com maior potencial de utilização, com menor necessidade de beneficiamento, é a proveniente da mistura das CV UTL B e UTL C.

Abstract : Fly Ash (FA) has been increasingly used in production of concrete as partial replacement of Portland cement. However, due to the provenience of FA as a by-product of thermoelectric plants, there are still some concern when using it, since its performance can be affected by its origin and pre-treatments, imposing a challenge of application when carried out without a control of its characteristics. For this reason, this dissertation studies the various FA generated in the Jorge Lacerda Thermoelectric Complex (CTJL) of the UTL A, UTL B and UTL C Thermoelectric Power Plants. The CTJL s FA were investigated under different conditions of their particles, being: the natural form, the retained fraction in 45 µm mesh, the passing fraction of 45 µm mesh and the grinded retained, which was ground in a ball mill until the same Blaine s specific area of the passing fraction was achieved. Chemical and physical characterization were performed, as well as the ability to fix Ca(OH)2, for each fraction of these FA samples. Two mortar studies were carried out, the first using standard sand as aggregate and the second using the combination of coarse milled sand and fine mined sand, aiming on determine the effect of FA type and content on the needed water volume and the compression resistance of the concrete mixtures. Subsequently, tests with the same purpose were performed on nine concrete families to establish correlations with the mortar studies, which were conducted using 10, 20, 30 and 35% of total volume cement replacement. Accordingly, it was possible to conclude that the Ca(OH)2 fixation capacity is significantly influenced by the Supplementary Cementitious Materials (SCM) particle size and the SiO2, Al2O3 and Fe2O3 content. The use of standard sand for Supplementary Cementitious Materials (SMC) evaluation on mortar studies is not the preferred one because the air contents within are very high. It was determined that the needed water for the concrete can be predicted by the mortar studies on the Flow Table with reseanable precision. The concrete s mortar content can be reduced by using FA and the improvement of pumpability is considerable, besides an expressive increase of the compressive resistance for curing times higher than 28 days. By using the obtained results, it was possible to suggest an evaluation method for the influence of each SCM employing mortar studies. Hence, the results showed that the use of FA <45 µm with low carbon content contribute to the enhancement of both the fresh and hardened concrete properties. It was verified that the performance of concrete SMC can be predicted by mortar testing with enough precision. Furthermore, it was determined that the FA with greater potential, with less pretreatment required is the one coming from the mixture of the UTL B and UTL C fly ashes.