1. Introdução. 2. Objetivos

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1 Universidade do Minho - Escola de Engenharia MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL Plano de Trabalhos para Dissertação de Mestrado 2016/17 Tema: Betões eco-eficientes com incorporação de cinzas de biomassa Aluno(a): Diogo Manuel Ferreira da Cunha Número do Aluno(a): Orientador(a): Aires Camões Co-orientador(a): Elisabete Teixeira 1. Introdução Com a finalidade de contribuir para a sustentabilidade da construção, é necessário reduzir a produção e o consequente consumo de cimento que deriva da construção. No entanto, a diminuição das quantidades de cimento não deve comprometer as necessidades de desempenho das estruturas de betão, para que seja garantida a manutenção de períodos de vida útil suficientemente alargados. Tendo isso em mente, se a substituição de elevados volumes de cimento por subprodutos industriais, como é o caso das cinzas volantes, se revelar exequível, será extremamente benéfica sob o ponto de vista ecológico e ambiental. O aumento das emissões de dióxido de carbono para a atmosfera, na atualidade, é um fator com cada vez maior importância. Na produção de cada tonelada de cimento Portland é originado uma libertação de uma tonelada de dióxido de carbono e a industria do cimento contribui com cerca de 7% do total de emissões de dióxido de carbono para a atmosfera. No fabrico de cimento também existe um elevado nível de consumo de energia, que é um impacte ambiental a ter em conta. O consumo de energia relacionado com o processo de fabrico do cimento é apenas ultrapassado pela produção de alumínio e de aço, alcançando valores próximos de cerca de 4 GJ por tonelada. Para além dos níveis de emissão de dióxido de carbono e o elevado consumo de energia na produção do fabrico do cimento, existem outros problemas que devem ser encarados como o acréscimo substancial do volume de construção constatado nas ultimas décadas e a insuficiente durabilidade que algumas estruturas de betão tem revelado, com isso irão ocorrer várias intervenções de reparação e manutenção, onde irão ser consumidos vários recursos naturais não renováveis. Como o betão é utilizado na construção em grandes quantidades, pode ser utilizado de maneira a ser incorporado resíduos e subprodutos industriais de forma segura e económica, um exemplo seria a incorporação de cinzas volantes provenientes de centrais termoelétricas. A substituição de grandes quantidades de cimento por cinzas volantes será bastante benéfico sob o ponto de vista da economia, da eficiência energética, da durabilidade e dos benefícios ecológicos e ambientais. A maior percentagem de cinzas de carvão são as cinzas volantes, cerca de 70%, que são as cinzas mais adequadas para a adição pozolânica em betões. No entanto apenas 20% das cinzas volantes disponíveis são utilizadas para o fabrico de cimento e de betão. De forma a assegurar um desenvolvimento sustentável da industria do betão, deve ser incentivado e aumentado o emprego de subprodutos pozolânicos e cimentícios. Com uma maior reutilização de cinzas volantes na industria do betão, que consequentemente irá reduzir as quantidades de cimento utilizado. A incorporação de elevados volumes de cinzas de volantes em betões é um dos possíveis meios de forma a reduzir o impacte ambiental. 2. Objetivos O objetivo deste trabalho é avaliar a possibilidade de produzir betões de desempenho melhorado incorporando elevado volume de cinzas volantes e que possuam os aspetos mencionados, nomeadamente, os aspetos relacionados com a necessidade de contribuir para um desenvolvimento sustentável, com a melhoria do desempenho dos betões e com o fabrico de betões de baixo custo inicial, tornando o produto economicamente competitivo. Pretende-se concretizar os objetivos com recurso à incorporação de materiais correntes de baixo custo disponíveis no mercado nacional, nomeadamente, cinzas volantes. Com isso é necessário caracterizar o desempenho mecânico e a durabilidade dos betões fabricados com quantidades reduzidas de cimento e recorrendo à incorporação adicional de grandes volumes de cinzas de biomassa. 1

2 Existem então objetivos, condições e parâmetros a estudar como tentar perceber o efeito da introdução das cinzas de biomassa nas características do betão e tentar encontrar uma solução para o problema da carbonatação de betões com elevado teor de cinzas. Os objetivos, Condições e Parâmetros a estudar estão descritas resumidamente na tabela Metodologia Na realização dos trabalhos irá ser necessário realizar a formulação dos diferentes betões em que diferença entre os diferentes betões será a composição do ligante e a quantidade de água, os agregados serão sempre os mesmos e com a mesma quantidade. Será usado cimento, cinza volante, cal hidratada e cinzas de biomassa nas diferentes composições. As respetivas formulações e diferentes composições de betão estão descritas na tabela 1. Com o objetivo de perceber o efeito da introdução das cinzas de biomassa nas características do betão e tentar encontrar uma solução para o problema da carbonatação de betões com elevado teor de cinzas e de forma a conseguir os resultados com maior significado mais conclusivos é necessário estudar duas curas de betão, uma cura em água e uma cura numa solução saturada em sal. Com o efeito de estudar o comportamento das diferentes composições de betão será necessário submeter o betão a vários ensaios. As diferentes composições de betão irão ser submetidas ao ensaio de resistência à compressão onde serão feitos ensaios a diferentes idades de teste após a cura, 7, 28, 90 e 180 dias. Um outro parâmetro a ser submetido a ensaio será a absorção de água por capilaridade e imersão nas diferentes composições realizadas de betão, com diferentes idades de teste após a cura de 28 e 180 dias. A penetração por cloretos também é um parâmetro a ser ensaiado e terá também diferentes idades de teste após a cura de 28 e 180 dias. Por fim é necessário que as diferentes composições de betão sejam submetidas ao ensaio que determinará a resistência ao parâmetro da carbonatação e os ensaios serão realizados para diferentes idades de teste após a cura, serão ensaiados a 28 e 180 dias. O volume necessário para cada amassadura está descrito e calculado na tabela Resultados Esperados Com a realização deste trabalho pretende-se avaliar a resistência e a durabilidade de betões com incorporação de cinzas de biomassa, de modo a que o betão seja eco-eficiente e sejam aproveitados os resíduos da industria. Com a adição de cinzas de biomassa espera-se que o fabrico deste betão seja um dos principais meios para reduzir o impacte ambiental da industria, no entanto é necessário perceber o efeito da introdução das cinzas de biomassa nas caraterísticas do betão, como resistência à compressão do betão, absorção de água por capilaridade e imersão do betão, penetração por cloretos e deste modo é necessário encontrar uma solução para o problema da carbonatação de betões. Deste modo espera-se que as varias formulações e composições dos betões referidos originem resultados diferentes e será necessário avaliar e tirar conclusões nas diferenças das caraterísticas resultantes na resistência e durabilidade do betão. O resultado fundamental será fornecer algumas respostas sobre as vantagens e desvantagens na incorporação de cinzas de biomassa no betão. 5. Faseamento e Calendarização 5.1 Faseamento Na primeira fase dos trabalhos (Fase I) será realizada uma consulta bibliográfica, onde será recolhida a informação necessária para o desenvolvimento do tema em questão. A pesquisa será realizada com base em certas investigações já efetuadas, é necessário depois da pesquisa efetuar uma analise da informação recolhida. A segunda fase (Fase II) diz respeito à recolha e preparação das amostras para ensaio. A terceira fase (Fase III) é a fase onde se vai realizar os ensaios laboratoriais. 2

3 No que se refere à quarta fase (Fase IV) que corresponde à analise dos resultados que foram obtidos nos ensaios laboratoriais efetuados, com isso podemos comparar os resultados gerados das diferentes formulações adotadas para que seja possível definir as soluções que possuem melhor resistência e durabilidade. Para a quinta fase (Fase V) esta destinado a escrita da Dissertação. 5.2 Calendarização Fase I Consulta bibliográfica Fase II Preparação de materiais e ensaios Fase III Realização dos ensaios laboratoriais Fase IV Analise dos resultados obtidos Fase V Escrita da Dissertação Tempo (semanas) Fase I X X X X X X X X X X X X X X Fase II X Fase III X X X X X X X X X X X X X Fase IV X X X X X X X X X X X X Fase V X X X X X X X X X Referências Bibliográficas Camões Betões de elevado desempenho com elevado volume de cinzas volantes Cam Influência das cinzas volantes no desempenho de betões Bullard et al Mechanisms of cement hydration Books Lea ' s Chemistry of Cement and Concrete Wang, Baxter, Fonseca Biomass fly ash in concrete SEM, EDX and ESEM analysis Rajamma et al Biomass fly ash effect on fresh and hardened state properties of cement based materials Rajamma et al Characterization and use of biomass fly ash in cement-based materials Rajamma Incorporação de cinzas volantes de biomassa em materiais cimentíceos Maschio et al Fly and bottom ashes from biomass combustion as cement replacing components in mortars production Rheological Demis, Tapali, Papadakis An investigation of the effectiveness of the utilization of biomass ashes as pozzolanic materials.pdf Esteves Uso de cinzas volantes da queima de biomassa na mitigação da RAS 3

4 Barbosa et al Concretes containing biomass ashes Mechanical, chemical, and ecotoxic performances Figuras e Tabelas Nomenclatura Ligante % dos ligantes A Cimento -C 100 B Cimento -C + cinza volante - FA C C+FA+ Cal hidratada - HL D C+CV+ Cinza de biomassa- BFA E C+CV+ Cinza de biomassa- BFA F C+CV+ Cinza de biomassa- BFA G C+CV+BFA+HL Tabela 1 Formulações dos betões Objetivo: 1- Perceber o efeito da introdução das BFA nas características do betão; 2- Tentar encontra uma solução para o problema da carbonatação de betões com elevado teor de cinzas (HVFAC) Condições: Estudar duas curas dos betões 1- Cura em água; 2- Cura numa solução saturada em cal Parâmetros estudo: em Ensaios Idade de teste após cura (dias) 1-Resistência à compressão 7,28,90 e Absorção de água por capilaridade e imersão 28 e Penetração por cloretos 28 e Carbonatação 28 e 180 talvez 90 dias Tabela 2 - Objetivo, Condições e Parâmetros a estudar 4

5 1 Molde --> dá origem a 1 provete (P) Volume para cada amassadura 1 Molde --> dá origem a 2 provete (P) 10x10x10 cm3 10x20 cm3 10x10x85.5 cm3 1 Molde --> dá origem a 2 provete (P) Compressão ( ) (12P) Cloretos (28, 180) (6P) Carbonatação (28, 180) (2P) ABS- I+CAP (28, 180) (6P) moldes total=18 moldes total=3 moldes total=1 Volume (mm3) , Total em litros (Lt) Total (mm3) ,24 Volume final (Lt) 36,7 73,3 Tabela 3 - Volume necessário para cada amassadura 5