Misturas de cinza volante e cal de carbureto : comportamento da resistência à compressão simples frente à moagem da cinza volante

Abstract

O emprego de resíduos da indústria como materiais alternativos na Engenharia vem sendo tópico recorrente em pesquisas de desenvolvimento de novos materiais, devido a uma maior consciência da opinião pública quanto ao impacto ambiental oriundo da produção industrial. Buscando colaborar com esta discussão, esta pesquisa procurou inserir dois resíduos (cinza volante e cal de carbureto), gerados na região metropolitana de Porto Alegre, como alternativa de solução em Engenharia. Analisando-se a microestrutura da cinza volante, observa-se que ela é formada por esferas ocas e plerosferas (esferas ocas preenchidas por esferas menores). Foi estudado o ganho de resistência da mistura promovido pela moagem da cinza volante em um moinho de bolas cerâmicas, visando uma potencialização da reatividade do material. A fim de possibilitar a utilização destes resíduos, é necessário um estudo do seu comportamento mecânico decorrente da cimentação proporcionada pela mistura e compactação destes materiais. A presente pesquisa busca fornecer subsídios para que seja possível determinar o seu comportamento, através do uso da relação porosidade (η)/teor volumétrico de cal (LV) obtidas a partir da identificação e quantificação das variáveis mais importantes no controle da resistência da mistura dos dois resíduos, com e sem o processo de moagem da cinza, levando a formulação de equações para previsão da resistência à compressão simples do material cimentado para cinza volante com diferentes tempos de moagem e cura acelerada. Para isso, foram realizados ensaios de compressão simples em corpos de prova com 5, 10 e 15% de cal, com peso específico aparente seco de 11, 12 e 13 kN/m3, curados por 7 dias, com umidade de 18% para os tempos de moagem 0, 2 e 6h nas temperaturas 23 e 40°C, e 0 e 6h a 60°C. Os resultados apontam que o aumento do teor de cal gerou ganhos de resistência para as maiores temperaturas de cura; a diminuição da porosidade proporcionou um ganho de resistência para todas as combinações; o aumento da temperatura foi importante no ganho de resistência entre 23oC e 40oC; a moagem da cinza por 2h promoveu ganhos significativos de resistência em relação à não moída, porém, para 6h de moagem os ganhos não foram significativos para as temperaturas de cura de 23oC e 60oC. A relação η/LV, ajustada por um expoente [η/(Lv)0,07], mostrou-se adequada na formulação de equações na previsão da resistência do material cimentado para todas as temperaturas e tempos de moagem estudados. Além disso, a existência de relações únicas e distintas no controle da resistência à compressão simples em função da porosidade, teor volumétrico de cal, temperatura de cura e tempo de moagem, mostraram-se úteis para formulações de dosagem. Os resultados foram submetidos à análise de variância que comprovou que todos os fatores controláveis escolhidos para o experimento são significativos, assim como todas suas interações.

The use of industry by-products as alternative materials in Engineering has been a recurring topic of research in development of new materials, mainly, due to a larger public conscience regarding the environmental impact of industrial production of waste. Aiming to contribute on this discussion, this research sought to introduce two by-products (fly ash and carbide lime), produced on the metropolitan area of Porto Alegre, as an alternative Engineering solution. Analyzing the microstructure of the fly ash, it is observed that it is composed by void spheres and plerospheres (void spheres filed with smaller ones). Having that in mind, it was studied the admix strength gain promoted by the grinding of de fly ash on a ceramic ball mill, aiming an enhancement of the reactivity of the material. In order to enable the use of these byproducts, it is necessary the study of its mechanical behavior due to the cementation provided by the mixture and compaction of these materials. The current research seeks to provide subsides in order to determine its behavior, through the use of the ratio porosity (η)/ volumetric lime content (LV), obtained from the identification and quantification of the most important variables on the control of the strength of the admixes of both by-products, with or without the process of fly ash grinding. This means, the formulation of equations for the simple compressive strength forecast of the cemented material for the fly ash with different grinding times and accelerated curing temperature. In order to do so, it were realized simple compression tests with 5, 10 and 15% of lime, with a specific dry unit weight of 11, 12 and 13 kN/m3, cured for 7 days, with water content of 18% for the grinding times of 0, 2 and 6h to the curing temperatures of 23 and 40oC, and 0 and 6h to 60oC. The results show that, the increase of lime content provided strength gains for the higher temperatures; the decrease of porosity generated strength gain to all the combinations; the increase in curing temperature was important on the strength gain between 23oC and 40oC; the grinding of fly ash for 2h promoted significant strength gains when compared to the not ground samples, however, for 6h of grinding the strength gain wasn’t significant for the 23oC and 60oC curing temperatures. The η/LV ratio, adjusted by an exponent [η/(LV)0,07], presented itself adequate for the formulation of the equations for the forecast of the strength gain of the cemented material to all the studied temperatures and grinding times. Besides that, the existence of unique and distinct relationships on the control of the simple compression strength depending on the porosity, volumetric lime content, curing temperature and grinding time, have been shown useful for the dosage formulation. The results were submitted to variance analysis, which demonstrated that all the factors chosen on the experiment were significant, as all their interactions.