Cinza do bagaço da cana-de-açúcar : avanços no desenvolvimento de produtos verdes para a construção civil

Abstract

RESUMO: A utilização tecnicamente controlada da cinza do bagaço da cana-de-açúcar (CBC) como adição mineral em substituição à areia e ou como adição pozolânica em substituição parcial ao cimento Portland vem apresentando-se como uma excelente alternativa para obtenção de produtos verdes para a construção civil. Estas aplicações promovem, respectivamente, as reduções das extrações naturais da areia e do calcário, além da redução de CO2 na cadeia de produção do cimento. Nesta tese, foram assumidas duas hipóteses investigativas tendo como objetos de pesquisa as CBC's de cinco usinas do estado do Paraná, dos tipos pesado, leve e misto. Em um primeiro momento foram caracterizadas as propriedades físicas e químicas da CBC com o intuito de avaliar a existência de padrões entre elas. Objetivou-se, assim, direcionar as possíveis aplicações, em consonância com a primeira hipótese de investigação. Entre os principais métodos de ensaio desta fase, foram realizadas as análises de: massa específica e granulometria, espectrometria de fluorescência de raios X, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, análise termogravimétrica com análise térmica diferencial e análise de fisissorção de N2. No final desta etapa foram realizadas avaliações do desempenho médio e/ou referencial de onze indicadores quantitativos e qualitativos elencados a partir dos principais resultados das investigações. Para isso, foram realizadas análises estatísticas do desvio relativo máximo (DRM) e do intervalo de confiança (IC) com nível de significância de 5% para os indicadores quantitativos. Já os indicadores qualitativos foram avaliados pelos padrões de repetição e por embasamento de referências de literaturas internacionais. No segundo momento, o plano experimental promoveu a verificação do potencial da atividade pozolânica das cinzas micronizadas por air jet mills, sem tratamento térmico para o desempenho de ações em prol da verificação da segunda hipótese. Para esta fase foram realizados ensaios pelo método físico de resistência à compressão descrito na norma ABNT NBR 5752 (2014) e pelo método químico de Chapelle Modificado para investigar a reatividade, orientado pela norma ABNT NBR 15895 (2010). No final foi apresentada a proposta de um método computacional para identificação de pozolanicidade em argamassas. Os resultados de caracterização confirmaram que existem padrões entre características das amostras das usinas, em 7 dos 11 indicadores. Com isso, destaca-se que os referidos padrões, possibilitam direcionamentos para aplicações da CBC como adição mineral, sem distinção do tipo coletado nas usinas. A amostra CBC2M, a única do tipo leve e com característica estrutural amorfa, apresentou resultados pozolânicos satisfatórios, com IDP28 de 120% e ICa(OH)2 de 607 miligramas de Ca(OH)2 fixado por gramas de material pozolânico. Portanto, a preparação por micronização por air jet mills é capaz de promover as condições necessárias para o desempenho pozolânico prospectado para amostras de cinza leve de característica amorfa. Realça-se que os primeiros resultados do modelo computacional apresentaram convergência com os indicadores normalizados. Sobretudo, destaca-se que as duas hipóteses são verdadeiras

ABSTRACT: The technically controlled use of the sugarcane bagasse ash (SCBA) as a mineral addition in substitution for sand and or as a pozzolanic addition in partial replacement to Portland cement has been presented as an excellent alternative to obtain green products for civil construction. These applications promote, respectively, the reductions of the natural extraction of sand and limestone, as well as the reduction of CO2 in the cement production chain. In this thesis two investigative hypotheses were assumed, where the research objects were the SCBA's of five plants in the state of Paraná, of the types bottom, fly and mixed. At first, the physical and chemical properties of SCBA were characterized in order to evaluate the existence of patterns between them. The objective was to conduct the respective types of ashes to the possible applications in consonance with the first hypothesis of investigation. Therefore, the following analyses were performed: granulometric and specific mass analyses, X-ray fluorescence spectrometry, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis with differential thermal analysis and N2 physisorption analysis. At the end of this stage, evaluations of the average and or referential performance of eleven quantitative and qualitative indicators were carried out based on the main results of the investigations. For this purpose, statistical analyses of the maximum relative deviation and the confidence interval with a significance level of 5% were performed for the quantitative indicators. On the other hand, the qualitative indicators were evaluated by the repetition patterns and by reference bases of international literatures. After that, the experimental plan promoted the verification of the pozzolanic activity potential of the ashes micronized by air jet mills without thermal treatment for the performance of actions in favor of the verification of the second hypothesis. For this stage, tests were carried out by physical method of compressive strength as described in ABNT NBR 5752 (2014) and by Modified Chapelle chemical method to investigate the reactivity, guided by ABNT NBR 15895 (2010). In the end, a new proposal of a computational method for identification of pozzolanicity in mortars was presented. The characterization results confirmed that there are characteristics patterns among the samples of the plants, in 7 of the 11 indicators. It is noteworthy that these standards make possible to target SCBA applications as a mineral addition, regardless of the type collected at the plants. The SCBA2M sample, the only of fly ash type and with an amorphous structural characteristic, presented satisfactory pozzolanic results, with IDP28 of 120% and ICa(OH)2 of 607 milligrams of Ca(OH)2 fixed per grams of pozzolanic material. Therefore, the preparation by the micronization by air jet mills is able to promote the necessary conditions for the prospective pozzolanic performance for fly ash samples of amorphous characteristic. It is emphasized that the first results of the computational model presented convergence with the normalized indicators. Above all, both hypotheses are true