Fly Ash Facts for Highway Engineers

Chapter 1 – Fly Ash-An Engineering Material

• Why Fly Ash?produção Manuseamento Características Qualidade Das Cinzas volantes para quê?o que é cinzas volantes? Cinzas volantes é o resíduo finamente dividido que resulta da combustão de carvão pulverizado e é transportado da câmara de combustão por gases de escape. Mais de 61 milhões de toneladas métricas (68 milhões de toneladas) de cinzas voadoras foram produzidas em 2001.de onde vêm as cinzas voadoras? As cinzas voadoras são produzidas por usinas elétricas a carvão e geradoras de vapor. Normalmente, o carvão é pulverizado e soprado com ar para a câmara de combustão da caldeira, onde imediatamente incendeia, gerando calor e produzindo um resíduo mineral derretido. Os tubos da caldeira extraem calor da caldeira, arrefecendo os gases de combustão e fazendo com que o resíduo mineral derretido endureça e forme cinzas. As partículas de cinzas grosseiras, referidas como cinzas de fundo ou escória, caem para o fundo da câmara de combustão, enquanto as partículas de cinzas finas mais leves, denominadas cinzas voadoras, permanecem suspensas no gás de combustão. Antes de se esgotarem os gases de Combustão, as cinzas volantes são removidas por Dispositivos de controlo das emissões de partículas, tais como precipitadores electrostáticos ou filtros de mangas (ver Figura 1-1).onde são utilizadas cinzas volantes? Atualmente, mais de 20 milhões de toneladas métricas (22 milhões de toneladas) de cinzas voadoras são usadas anualmente em uma variedade de aplicações de engenharia. As aplicações típicas de engenharia de estradas incluem:: betão de cimento portland (PCC), estabilização da base do solo e da estrada, enchimento flowable, garoupas, enchimento estrutural e enchimento de asfalto.o que torna as cinzas voadoras úteis? Fly ash é mais comumente usado como um pozzolan em aplicações PCC. Os pozzolanos são materiais siliciosos ou siliciosos e Aluminosos que, em forma finamente dividida e na presença de água, reagem com hidróxido de cálcio a temperaturas ordinárias para produzir compostos cimenticiosos.

  a forma esférica única e a distribuição granulométrica das cinzas volantes fazem dela um bom reservatório mineral em aplicações de asfalto de mistura quente (HMA) e melhora a fluidez do enchimento e da calda fluíveis. A consistência e abundância de cinzas volantes em muitas áreas apresentam oportunidades únicas de uso em enchimentos estruturais e outras aplicações de Rodovias.benefícios ambientais. A utilização de cinzas volantes, especialmente em concreto, tem benefícios ambientais significativos, incluindo: (1) aumentar a vida útil das estradas e estruturas de betão melhorando a durabilidade do betão, (2) redução líquida da utilização de energia e dos gases com efeito de estufa e outras emissões atmosféricas adversas quando as cinzas volantes são utilizadas para substituir ou deslocar cimento fabricado, (3) Redução da quantidade de produtos de combustão de carvão que devem ser eliminados em aterros e (4) conservação de outros recursos naturais e materiais.

  figura 1-1: o método de transferência de cinzas volantes pode ser seco, húmido ou ambos.

  

  quadro 1-1: 2001 produção e utilização de cinzas volantes.

  	Milhões de Toneladas Métricas	milhoes de Toneladas	Porcentagem
  Produzido	61.84	68.12	100.0
  Usado	19.98	22: 00h	32.3

  Conforme mostrado na Tabela 1-1, dos 62 milhões de toneladas (68 milhões de toneladas) de cinzas produzida em 2001, apenas a 20 milhões de toneladas (22 milhões de toneladas), ou 32% do total da produção, foi utilizada. O seguinte é uma quebra de utilização de cinzas volantes, grande parte dos quais é usado na indústria de transporte.

  quadro 1-2: utilização de cinzas volantes.

  	Milhões de Toneladas Métricas	milhoes de Toneladas	Porcentagem
  Cimento/Betão	12.16	13.40	60.9
  Fluidos de Preenchimento	de 0,73	0.80	3.7
  Estrutural Preenche	2.91	3.21	14.6
  Estrada de Base/Sub-base	0.93	1.02	4.7
  Solo Modificação	0.67	de 0,74	3.4
  Mineral Filler	0.10	0.11	0.5
  Mining Applications	0.74	0.82	3.7
  Waste Stabilization /Solidification	1.31	1.44	6.3
  Agriculture	0.02	0.02	0.1
  Miscellaneous/Other	0.41	0.45	2.1
  Totals	19.98	22.00	100

  Tratamento

  coletados cinzas normalmente é transportado pneumaticamente de controlo electrónico de VELOCIDADE ou de tecido de filtro funis para silos de armazenamento, onde é mantido seco pendente de utilização ou processamento posterior, ou a um sistema onde a seca de cinzas é misturado com água e transmitidas (sluiced) para um site de armazenamento de lagoa.a cinza recolhida a seco é normalmente armazenada e manuseada utilizando equipamentos e procedimentos semelhantes aos utilizados na manipulação de cimento portland.:

  • Fly ash é armazenado em silos, cúpulas e outras instalações de armazenamento em massa
  • Fly ash podem ser transferidos usando ar slides, balde de esteiras e transportadores de parafuso, ou pode ser transportado pneumaticamente através de condutas sob pressão positiva ou negativa condições
  • Fly ash é transportado para os mercados a granel em caminhões-tanque, vagões de trem e barcas/enviado
  • Fly ash pode ser embalados em super sacos ou menor sacos para aplicações especiais

  a Seco coletado cinzas também pode ser umedecido com água e agentes umectantes, quando aplicável, utilizando equipamento especializado (condicionado) e rebocados em camiões do lixo cobertos para aplicações especiais, tais como enchimentos estruturais. Cinza de mosca com água pode ser armazenada em jobsites. O material armazenado exposto deve ser mantido húmido ou coberto com encerados, plástico ou materiais equivalentes para evitar a emissão de partículas.

  características

  tamanho e forma. As cinzas voadoras são normalmente mais finas do que o cimento portland e a lima. As cinzas volantes consistem em partículas do tamanho de lodo que são geralmente esféricas, tipicamente de tamanho entre 10 e 100 mícrons (figura 1-2). Estas pequenas esferas de vidro melhoram a fluidez e a operabilidade do concreto fresco. Fineness é uma das propriedades importantes que contribuem para a reatividade pozzolânica das cinzas voadoras.

  figura 1-2: partículas de cinzas volantes a 2000 x ampliação.

  

  Quadro 1-3: Exemplo de óxido de análises de cinzas e de cimento portland

  Compostos	Cinzas volantes da Classe F	Cinzas volantes da Classe C	Cimento Portland
  SiO2	55	40	23
  Al203	26	17	4
  Fe2O3	7	6	2
  CaO (Cal)	9	24	64
  MgO	2	5	2
  SO3	1	3	2

  Cor. Cinzas voadoras podem ser bronzeadas a cinza escuro, dependendo de seus constituintes químicos e minerais. Cores tan e luz são tipicamente associadas com alto teor de cal. Uma cor acastanhada é tipicamente associada com o teor de ferro. Um cinza escuro a preto é tipicamente atribuído a um elevado teor de carbono não queimado. A cor de cinza voadora é geralmente muito consistente para cada usina e fonte de carvão.

  figura 1-3: cores típicas das cinzas

  qualidade das cinzas volantes

  os requisitos de qualidade para as cinzas volantes variam em função da utilização prevista. A qualidade das cinzas volantes é afectada pelas características do combustível (carvão), pela co-combustão de combustíveis (carvão betuminoso e carvão sub-betuminoso) e por vários aspectos dos processos de depuração/recolha dos gases de combustão e de combustão. As quatro características mais relevantes das cinzas volantes para utilização em betão são a perda por ignição (LOI), a finura, a composição química e a uniformidade.

  LOI é uma medição do carbono não queimado (carvão) remanescente nas cinzas e é uma característica crítica das cinzas voadoras, especialmente para aplicações concretas. Elevado teor de carbono, o tipo de carbono (i.é., activado), a interação dos íons solúveis em cinzas, e a variabilidade do teor de carbono, podem resultar em significativas ar-arrastamento problemas no concreto fresco e pode afetar a durabilidade do concreto. AASHTO e ASTM especificam limites para a LOI. No entanto, alguns departamentos de transportes do estado especificarão um nível inferior para a LOI. O carbono também pode ser removido das cinzas voadoras.algumas utilizações de cinzas volantes não são afectadas pela lei. Enchimento em asfalto, enchimento flowable, e preenchimentos estruturais podem aceitar cinzas voadoras com elevado teor de carbono.a finura das cinzas volantes está mais estreitamente relacionada com o estado de funcionamento dos trituradores de carvão e com a granulometria do próprio carvão. Para utilização de cinzas volantes em aplicações em betão, a finura é definida como a percentagem, em peso, do material retido no peneiro de 0,044 mm (n. o 325). Uma gradação coarser pode resultar em uma cinza menos reativa e pode conter maior conteúdo de carbono. Os limites de finura são abordados pelas especificações da ASTM e do Departamento de transportes do estado. As cinzas volantes podem ser processadas por rastreio ou classificação de ar para melhorar a sua finura e reactividade.algumas aplicações não-concretas, como enchimentos estruturais, não são afetadas pela finura de cinzas volantes. No entanto, outras aplicações, como o asfalto, são muito dependentes da finura de cinzas voadoras e sua distribuição granulométrica.a composição química das cinzas volantes está directamente relacionada com a química mineral da hulha precursora e com quaisquer combustíveis ou aditivos adicionais utilizados nos processos de combustão ou pós-combustão. A tecnologia de controlo da poluição que é utilizada pode também afectar a composição química das cinzas volantes. As Centrais Eléctricas queimam grandes volumes de carvão a partir de fontes múltiplas. As brasas podem ser misturadas para maximizar a eficiência de geração ou para melhorar o desempenho ambiental da estação. A química das cinzas volantes é constantemente testada e avaliada para aplicações de uso específico.algumas estações queimam selectivamente carvão específico ou modificam a sua formulação de aditivos para evitar degradar a qualidade das cinzas ou para transmitir uma química e características de cinzas volantes desejadas.a uniformidade das características das cinzas volantes, desde a expedição até à expedição, é imperativa para fornecer um produto coerente. A química e as características das cinzas voadoras são normalmente conhecidas com antecedência, pelo que as misturas de concreto são projetadas e testadas para o desempenho.

  Table 1-4: Guidance documents used for fly ash quality assurance.

  ACI 229R

  Controlada de Baixa Resistência do Material (CLSM)

  ASTM C 311

  de Amostragem e Testes de Cinzas volantes ou Natural Pozzolans para Uso como um Mineral Mistura em Portland Concreto de Cimento

  AASHTO M 295
  ASTM C 618

  Cinzas e matéria prima, ou Calcinado Pozolana Natural para Uso como um Mineral Mistura em Portland Concreto de Cimento

  ASTM C 593

  Cinzas volantes e Outros Pozzolans para Uso Com Cal

  ASTM D 5239

  a Prática Padrão para Caracterização de Cinzas para Uso em Estabilização de Solos

  ASTM E 1861

  Guia para o Uso de derivados de combustão de carvão em preenche os critérios de garantia de qualidade e controlo de qualidade para cada uso de cinzas volantes de Estado para estado e fonte para fonte. Alguns estados exigem amostras certificadas do silo numa base específica para ensaios e aprovação antes da sua utilização. Outros mantêm listas de fontes aprovadas e aceitam certificações de qualidade de cinzas voadoras de fornecedores de projetos. O grau de requisitos de controlo de qualidade depende da utilização prevista, das cinzas volantes específicas e da sua variabilidade. Os requisitos de ensaio são normalmente estabelecidos pelas agências de especificação individuais.figura 1-4: fotografias microscópicas de cinzas volantes (à esquerda) e de cimento portland (à direita).

  

  quadro 1-5. Especificações para cinzas volantes em PCC.
  AASHTO M 295 (ASTM C 618) – Classe F e C

  			Classe F	Classe C
  Requisitos Químicos	SiO2 + Al2O3 + Fe2O3	min%	701	50
  	SiO3	max%	5	5
  	Teor de Umidade	max.%	3	3
  	Perda por ignição (LOI)	max%	51	51
  Opcional Química Requisitos	Disponível álcalis	max.%	1.5	1.5
  Requisitos Físicos	Finura (+Malha 325)	max%	34	34
  	Pozolânicas atividade/cimento (7 dias)	min%	75	75
  	Pozolânicas atividade/cimento (28 dias)	min%	75	75
  	a necessidade de Água	max.%	105	105
  	Autoclave expansão	max%	0.8	0.8
  	Uniforme requirements2: densidade	max.%	5	5
  	Uniforme requirements2: Finura	max%	5	5
  Opcional Requisitos Físicos	Vários factor (LOI x finura)		255	—
  	Aumento de secagem retração	max.%	.03	.03
  	requisitos de Uniformidade: Ar entraining agente	max.%	20	20
  	Cimento/Alcalóide Reação: Argamassa de expansão (14 dias)	max.%	0.020	—

  Observações:

  1. ASTM requisitos são de 6%
  2. a densidade e O grau de amostras individuais não deve variar a partir da média estabelecida por 10 testes anteriores, ou por todos os testes anteriores, se o número for menor que 10, por mais que o máximo percentagens indicadas.