04/02/16 UTILIZAÇÃO DA TÉCNICA DE ATIVAÇÃO ALCALINA DE RESÍDUOS NA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO. Objetivo

Transcrição

1 Objetivo UTILIZAÇÃO DA TÉCNICA DE ATIVAÇÃO ALCALINA DE RESÍDUOS NA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO Produção de ligantes alternativos, baseados na ativação alcalina de resíduos industriais, para substituição de ligantes convencionais, com vantagens mecânicas, ambientais e financeiras Duplo efeito: Tiago Miranda (1), Nuno Cristelo (2) (1) ISISE, Universidade do Minho (2) CQVR, Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Redução de impactes ambientais relacionados com a produção de ligantes convencionais Reintrodução de resíduos na cadeia de valor Precursores atuais Cinzas volantes de centrais termo-elétricas (Classe C ou F) mineiro Resíduos Construção e Demolição Escórias de Resíduos Sólidos Urbanos Resíduos de produção de alumínio - Produção de uma matriz cimentícia através da copolimerização de componentes de sílica e alumina, quando matérias-primas ricas em aluminossilicatos são dissolvidas em elevado ph - O geopolímero é essencialmente um polímero mineral 3D aluminossilicatado, formado por várias fases amorfas a semi-cristalinas (tetraedros SiO4 e AlO4, ligados alternadamente e partilhando todos os oxigénios) - Os iões de cálcio são também libertados na solução, sendo que a sua proporção relativamente aos aluminossilicatos condiciona o tipo de gel formado: C-S-H / N-A-S-H - O ativador consiste numa solução altamente alcalina, normalmente baseada em Na ou K, e simples (hidróxido ou silicato) ou composta (hidróxido+silicato) - Investigação recente aponta para utilização de precursores constituídos por resíduos industriais - Os precursores aluminossilicatos reativos mais comuns são: o Cinzas volantes Com história térmica! o Escórias de alto-forno - É fundamental a desidroxilação prévia do precursor, para remoção dos iões hidroxilo (OH)- e transformação da estrutura cristalina em amorfa (alteração da coordenação do Al com oxigénio) - Com o aumento significativo do ph, a elevada concentração de OH- facilita a quebra das ligações covalentes Si-O e Al-O do precursor 1

2 - Os catiões metálicos alcalinos (Na+ ou K+) (ativador) compensam o excesso de cargas negativas associado à alteração da coordenação do Al - Os produtos resultantes acumulam e formam uma sopa de iões de elevada mobilidade, com consequente aglutinação e formação do gel - Nucleação e precipitação das espécies Si e Al (e Na ou K do ativador) em torno dos núcleos, partilhando os oxigénios e formando ligações Si- O-Al e Si-O-Si O produto final é influenciado por vários fatores, entre os quais se destacam: - Composição do precursor (sobretudo rácio Si/Al) - Percentagem de massa vítrea no precursor - Composição do ativador (concentração NaOH) - Grau de polimerização - Concentração de iões de cálcio na solução - Temperatura e humidade de cura cinzas volantes (SEM-EDS) Propriedades da matriz endurecida: - Elevada resistência à compressão (até 50-60MPa sem cura térmica) - Resistência a ataques ácidos - Estável até 800ºC - Reduzida permeabilidade - Elevada capacidade de contenção de metais pesados cinzas volantes (SEM) cinzas volantes (SEM) 2

3 Aplicações (Inclusão de rejeitados mineiros em aterros) o Pouca sílica e alumina em termos de AA (25% no total, quando nas cinzas são normais 70% a 80%) o Cálcio quase inexistente o Muito ferro Pirite! o Muito enxofre Dificilmente ativável!!! 90% Areia 10% Cinza 90% 10% Cinza 80% 20% Cinza 50% Areia 45% 5% Cinza 50% Areia 40% 10% Cinza Aplicações (Melhoramento solos com colunas) 3

4 Field results Field results Field results Aplicações (Melhoramento solos com colunas V2.0) Cement 1 (200kg/m3) Equipment Qualified labour Diesel Titan bars Cement General charges Total Fly ash 1 (186kg/m3) (*) Equipment Qualified labour Diesel Titan bars Fly ash (***) Sodium hydroxide Sodium silicate General charges Total Fly ash 2 (186kg/m3) (**) (*) Domestic retail price set (**) International price set (***) Average distance of 150km between supplier and site Equipment Qualified labour Diesel Titan bars Fly ash (***) Sodium hydroxide Sodium silicate General charges Total Days Days /day /day Days /day Lm /lm Lm /lm Lm /lm kg /kg Kg /kg Kg /kg Total ( ) Total ( ) Total ( )

5 Aplicações (Fundações de pavimentos) Cylindrical specimens Admixtures Cement Alkali acfvated fly ashes Crushed aggregate Crushed aggregate Soil Soil Compression tests Indirect tracfon tests PrismaFc specimens ElasFc modulus Aplicações (Construção em terra) q Construções em que a terra crua é o material de construção principal. q Tipo de construção antigo (utilizado desde há anos). q BTC q Presente em praticamente todo o mundo. PATRIMÓNIO MUNDIAL CONSTRUÍDO EM TERRA Grande Muralha da China (4000 ac) q Extensas secções construídas em taipa, muitas vezes forradas com pedras. CONSTRUÇÃO NOVA EM TERRA Vantagens q Baixo consumo de energia no fabrico e transporte do material (terra local). q Reduzido impacto ambiental. q Resistente ao fogo. q Baixo custo do material (terra local). q Elevada inércia térmica e bom desempenho acústico. q Controlo da humidade do ar interior. 5

6 CONSTRUÇÃO NOVA EM TERRA Desvantagens q Falta de solos locais adequados à construção (exige transporte de solos adequados e/ou estabilização química do solo local). q Comportamento mecânico inferior ao de materiais convencionais (ex: betão, alvenaria de tijolo cerâmico, etc.). q Os custo de mão de obra pode ser elevado (Países desenvolvidos). CONSTRUÇÃO NOVA EM TERRA Materiais sustentáveis q Estabilização com ativação alcalina de cinzas volantes. Terra Material afvável (cinzas volantes) Terra estabilizada Geopolímero AFvador q Necessidade de manutenção mais frequente. q Elevada vulnerabilidade à ação dos sismos e da chuva. q Falta de regulamentação adequada na maioria dos países. q Elevada resistência mecânica. q Elevada durabilidade. q O material final pode incorporar 100% resíduo. q Caracterização mecânica q Caracterização funcional 6

7 INVESTIGAÇÃO NA UMINHO Neste momento q 1700 BTC produzidos Conclusões - A ativação alcalina de resíduos apresenta inequivocamente potencial para substituição de ligantes convencionais - Existe claramente uma grande margem de evolução da técnica, não só no que respeita aos materiais-base já testados, mas também no que respeita à incorporação de novos resíduos - Necessidade de equipas multi-disciplinares - Essencial o acompanhamento por parte de parceiros industriais 7