Uma imagem de microscópio eletrônico de varredura mostra partículas esféricas em cinzas volantes do tipo C usadas pelos engenheiros da Rice University para fazer aglutinante sem cimento para concreto. Crédito:Laboratório de Materiais Multiescala
Os engenheiros da Rice University desenvolveram um aglutinante composto feito principalmente de cinzas volantes, um subproduto de usinas movidas a carvão, que pode substituir o cimento Portland em concreto.
O material não tem cimento e é ecologicamente correto, de acordo com o cientista de materiais do arroz Rouzbeh Shahsavari, que o desenvolveu com o estudante de graduação Sung Hoon Hwang.
O aglutinante de cinzas volantes não requer o processamento de alta temperatura do cimento Portland, no entanto, os testes mostraram que ele tem a mesma resistência à compressão após sete dias de cura. Também requer apenas uma pequena fração dos produtos químicos de ativação à base de sódio usados para endurecer o cimento Portland.
Os resultados são relatados no Jornal da American Ceramic Society .
Mais de 20 bilhões de toneladas de concreto são produzidas em todo o mundo a cada ano em um processo de fabricação que contribui com 5 a 10 por cento do dióxido de carbono para as emissões globais, superados apenas por transporte e energia como os maiores produtores do gás de efeito estufa.
Os fabricantes costumam usar uma pequena quantidade de cinzas volantes ricas em silício e alumínio como suplemento ao cimento Portland no concreto. "A indústria normalmente mistura 5 a 20 por cento de cinzas volantes em cimento para torná-lo verde, mas uma porção significativa da mistura ainda é cimento, "disse Shahsavari, professor assistente de engenharia civil e ambiental e de ciência dos materiais e nanoengenharia.
Uma imagem de microscópio eletrônico de varredura mostra em bruto, partículas de cinzas volantes do tipo C feitas principalmente de óxido de cálcio como um subproduto de usinas de energia movidas a carvão. Os engenheiros da Rice University fizeram um material sem cimento, aglutinante ambientalmente correto para concreto que mostra potencial para substituir o cimento Portland em muitas aplicações. Crédito:Laboratório de Materiais Multiescala
As tentativas anteriores de substituir totalmente o cimento Portland por um composto de cinza volante exigiram grandes quantidades de ativadores à base de sódio caros que anulam os benefícios ambientais, ele disse. "E no final era mais caro do que cimento, " ele disse.
Os pesquisadores usaram a análise de Taguchi, um método estatístico desenvolvido para estreitar o grande espaço de fase - todos os estados possíveis - de uma composição química, seguido de otimização computacional para identificar as melhores estratégias de mistura.
Isso melhorou muito as qualidades estruturais e mecânicas dos compósitos sintetizados, Shahsavari disse, e levou a um equilíbrio ideal de cinzas volantes ricas em cálcio, nanossílica e óxido de cálcio com menos de 5 por cento de um ativador à base de sódio.
"A maioria dos trabalhos anteriores focou nas chamadas cinzas volantes do tipo F, que é derivado da queima de carvão antracito ou betuminoso em usinas de energia e tem baixo teor de cálcio, "Shahsavari disse." Mas globalmente, existem fontes significativas de carvão de qualidade inferior, como linhita ou carvões sub-betuminosos. Queimá-los resulta em alto teor de cálcio, ou tipo C, cinzas volantes, que tem sido mais difícil de ativar.
"Nosso trabalho fornece um caminho viável para a ativação eficiente e econômica desse tipo de cinza volante com alto teor de cálcio, pavimentando o caminho para a fabricação de concreto ambientalmente responsável. Trabalhos futuros avaliarão propriedades como comportamento de longo prazo, encolhimento e durabilidade. "
Shahsavari sugeriu que a mesma estratégia poderia ser usada para transformar outros resíduos industriais, como escória de alto-forno e cascas de arroz, em materiais cimentícios ecológicos sem o uso de cimento.
