A cinza volante é um dos principais resíduos das usinas termelétricas a carvão. Suas propriedades físicas têm grande impacto na ciência dos materiais. Propriedades como densidade e tamanho das partículas influenciam seu uso em materiais de construção e seu impacto ambiental. O estudo das propriedades físicas da cinza volante é aprofundado, e seu potencial na ciência dos materiais está sendo explorado. Isso pode fornecer novas soluções sustentáveis para a proteção ambiental.
Propriedades físicas da cinza volante, como densidade e tamanho das partículas:
A cinza volante possui propriedades físicas como densidade, densidade aparente e finura. Essas propriedades são reflexos macroscópicos de sua composição química e mineral. A cinza volante tem uma densidade de 1,9 a 2,9 g/cm³. Sua densidade aparente varia de 0,531 a 1,261 g/cm³. Sua área superficial específica varia de 800 a 19.500 cm²/g por adsorção de nitrogênio e de 1.180 a 6.530 cm²/g por permeabilidade ao ar. A finura e o tamanho das partículas da cinza volante pulverizada são importantes, pois afetam diretamente sua atividade e outras propriedades. Quanto mais fina a cinza volante pulverizada, maior a proporção de pó fino e, consequentemente, maior sua atividade.
Influência das propriedades físicas das cinzas de combustível pulverizado no desempenho do material:
As propriedades físicas da cinza volante afetam significativamente seu desempenho em materiais. Por exemplo, a finura e o tamanho das partículas da cinza volante podem afetar a hidratação do cimento. Isso, por sua vez, afeta a resistência e a durabilidade do material. Estudos mostram que a adição de cinza volante pulverizada afeta materiais com alto teor de água. Ela altera o tempo de pega, a densidade e o teor de umidade, o que, consequentemente, afeta suas propriedades de engenharia. Adicionar mais cinza volante reduz a resistência máxima de materiais com alto teor de água, mas aumenta sua resistência residual. Os módulos de elasticidade e de deformação também diminuem. Além disso, a atividade pozolânica da cinza volante pode reagir com os produtos da hidratação do cimento, formando um gel C-S-H. Isso aumenta a resistência e a densidade da pasta.
Aplicação de cinzas volantes no desenvolvimento de novos materiais:
A cinza volante, proveniente da atividade vulcânica, tem sido utilizada na fabricação de novos materiais de construção. Por exemplo, pode ser usada como aditivo para cimento, melhorando seu desempenho, reduzindo o consumo e os custos. No concreto, a cinza volante pode melhorar a trabalhabilidade, a fluidez e a operabilidade, além de aumentar a resistência e a durabilidade a longo prazo. A cinza volante também é utilizada na produção de geopolímeros, cerâmicas sintéticas e isolantes refratários, bem como em novos materiais de construção inteligentes.
Como a atividade pozolânica das cinzas volantes afeta a reação de hidratação do cimento?
A cinza volante possui atividade vulcânica. Ela reage com o hidróxido de cálcio (Ca(OH)₂) proveniente da hidratação do cimento. Essa reação produz substâncias cimentícias, como silicato de cálcio hidratado e aluminato de cálcio hidratado. Esses produtos podem fortalecer e aumentar a resistência do concreto, além de conferirem resistência à corrosão. O SiO₂ e o Al₂O₃ ativos presentes na cinza volante reagem com o Ca(OH)₂ no ambiente alcalino após a hidratação do cimento, formando substâncias cimentícias endurecidas. Essas substâncias preenchem os capilares do concreto e melhoram sua estrutura interna, resultando em aumento da densidade e da resistência do concreto.
Diversos fatores afetam a atividade das cinzas volantes, incluindo sua composição química, área superficial, tamanho das partículas e temperatura de calcinação. O SiO2 e o Al2O3 vítreos presentes nas cinzas volantes são as principais fontes de atividade vulcânica. Eles reagem com o Ca(OH)2 durante a hidratação, formando géis de silicato de cálcio hidratado e aluminato de cálcio hidratado. Esses géis são essenciais para a resistência do concreto.
Além disso, a atividade pozolânica da cinza volante pulverizada também está relacionada à sua forma física. As microesferas de vidro presentes na cinza volante possuem uma superfície lisa e densa. Elas reduzem a necessidade de água, densificam e homogeneizam o concreto, melhorando sua fluidez. Também auxiliam na hidratação inicial do cimento e melhoram as propriedades do concreto endurecido.
A influência da atividade pozolânica das cinzas volantes na reação de hidratação do cimento também se reflete nos seguintes aspectos:
1. Melhorar a uniformidade da pasta de cimento. Aumentar sua consistência. Reduzir a exsudação e a estratificação.
2. As cinzas volantes podem melhorar a fluidez e a bombeabilidade do concreto. Isso é especialmente verdadeiro para concretos com baixa relação água/cimento.
3. A reação pozolânica da cinza volante retarda a taxa de hidratação do cimento. Isso, por sua vez, reduz o aumento da temperatura no concreto devido ao calor de hidratação. Ajuda a prevenir fissuras térmicas no concreto.
4. Os componentes ativos da cinza volante reagem com a etringita presente no cimento. Isso reduz a quantidade de etringita gerada e aumenta a formação de outros produtos de hidratação. Essas alterações afetam a estrutura da etringita, diminuindo, assim, a resistência à compressão de materiais com alto teor de água.
Em resumo, as cinzas pulverizadas de combustíveis vulcânicos reagem com o Ca(OH)₂ proveniente da hidratação do cimento, criando mais produtos de hidratação. Estes, por sua vez, melhoram a resistência, a durabilidade e a estrutura interna do concreto, aprimorando suas propriedades.
Conclusão
Estudar as propriedades físicas da cinza volante é vital. Isso ajuda a aumentar seu valor na ciência dos materiais. Pesquisas futuras podem incluir: a classificação detalhada da cinza volante, a melhoria de seu uso em cimento e concreto, o desenvolvimento de usos de alto valor agregado e a exploração de novas aplicações em trabalhos ambientais e na agricultura. Esses estudos podem aprimorar o uso da cinza volante, além de impulsionar a proteção ambiental e o desenvolvimento sustentável.