ARTICOLO ORIGINALE
JUSTINO, Lucas Diego de Souza [1]
JUSTINO, Lucas Diego de Souza. Fattibilità di utilizzo della cenere di caldaia industriale nel dosaggio del calcestruzzo strutturale. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Anno 06, Ed. 09, Vol. 02, pp. 81-97. Settembre 2021. ISSN: 2448-0959, Link di accesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/ingegneria-civile/calcestruzzo-strutturale, DOI: 10.32749/nucleodoconhecimento.com.br/ingegneria-civile/calcestruzzo-strutturale
RIEPILOGO
L’industrializzazione e la crescita accelerata della popolazione generano effetti collaterali su vari aspetti sociali e la questione ambientale è preoccupante a causa degli impatti causati dall’evoluzione sociale. La gestione dei rifiuti industriali è una grande sfida che coinvolge sia il controllo della loro generazione che il corretto smaltimento, garantendo la sostenibilità ambientale. I residui di cenere della caldaia si trovano in abbondanza nelle fabbriche che utilizzano questa apparecchiatura per la generazione di vapore. Questa abbondanza si verifica a causa della mancanza di un luogo per il corretto smaltimento o riutilizzo del residuo. In considerazione di questo scenario, questo articolo aveva come domanda guida: sarebbe possibile utilizzare questo residuo nella produzione di calcestruzzo strutturale? Lo scopo di questo studio è stato quello di classificare il residuo definendone la possibile forma di utilizzo nel dosaggio del calcestruzzo e di eseguire dosaggi sperimentali con l’utilizzo di ceneri di caldaie industriali per valutarne i possibili contributi tecnici alle proprietà di base del calcestruzzo. Per questo, i campioni sono stati raccolti da un’industria installata nella città di Uberlândia, Stato di Minas Gerais, attiva in diversi settori come l’agricoltura, l’alimentazione animale, farmaceutica e altri. La classificazione delle ceneri della caldaia è stata eseguita applicando le procedure normative brasiliane e i parametri utilizzati per la classificazione dei leganti e degli aggregati per calcestruzzo. Considerando la sua curva granulometrica e la densità, il residuo è stato classificato come aggregato leggero e molto sottile, adottando così la metodologia della sostituzione parziale dell’aggregato sottile con cenere di caldaia. È stato verificato che vi è stata una riduzione della lavorabilità del calcestruzzo allo stato fresco proporzionalmente al contenuto di residui utilizzato. Pertanto, è necessario utilizzare additivi superplastificanti in questi casi per mantenere la lavorabilità prevista. Una riduzione della densità del calcestruzzo è stata notata quando il residuo è stato utilizzato, considerando come necessaria l’attenzione a questa proprietà del calcestruzzo in relazione al contenuto utilizzato del residuo nel dosaggio. È stato anche osservato confrontando i dosaggi con l’uso del residuo al dosaggio standard, che c’era una riduzione della resistenza alla compressione. Tuttavia, non c’è stata una grande variazione nella resistenza alla compressione tra i dosaggi con diversi livelli di sostituzione utilizzati. Si è concluso, quindi, considerando i livelli utilizzati in questo studio, come fattibile l’uso di questo residuo nella produzione di calcestruzzo strutturale.
Parole chiave: Calcestruzzo, Biomassa, Ceneri di caldaie industriali.
1. INTRODUZIONE
La rivoluzione industriale iniziata in Inghilterra nel 18 ° secolo dalla creazione del motore a vapore da parte dell’ingegnere scozzese James Watt, ha stimolato l’industrializzazione britannica al fine di trasformare il sistema di produzione. Questo periodo secondo Cavalcante (2011) “è stato il precursore del capitalismo, cioè la transizione dal capitalismo commerciale al capitalismo industriale”. Ciò significa che, in questo contesto, il regime di fabbricazione, precedentemente utilizzato, viene sostituito dal regime di fatturazione maquino, risultando in processi produttivi molto più agili in grado di mettere in pratica la produzione di massa, garantendo una maggiore fornitura di prodotto e bassi costi di produzione, rispetto allo scenario precedente.
Le trasformazioni avvenute durante la Rivoluzione Industriale si sono espanse a livello globale e hanno accompagnato l’evoluzione della società nel tempo, modernizzando e migliorando le pratiche produttive nel corso degli anni. Tuttavia, con il progresso del processo di industrializzazione, la crescita della popolazione mondiale e di conseguenza l’elevata domanda di prodotti, il consumo di risorse naturali cresce proporzionalmente a questa domanda, poiché queste risorse servono come materia prima per i processi di produzione.
Il processo di crescita accelerata genera, quindi, come effetti collaterali, gli impatti ambientali causati dallo sfruttamento delle risorse naturali, senza una corretta gestione focalizzata sul mantenimento e la conservazione dell’ambiente. “Lo sfruttamento delle risorse naturali è diventato predatorio a favore dell’ottenimento di capitali” (GANZALA, 2018).
Gli effetti negativi dell’industrializzazione nel corso del 20 ° e 21 ° secolo legati all’ambiente non sono solo legati al consumo insostenibile di risorse naturali coinvolte nei processi di produzione, ma anche all’inquinamento dell’acqua, del suolo e dell’aria causato da rifiuti o rifiuti generati da processi industriali. Questa realtà è osservata sia nei paesi sviluppati che in quelli in via di sviluppo.
Diversi processi industriali utilizzano apparecchiature chiamate caldaie per la generazione di vapore nel processo di produzione di varie industrie di zucchero e alcol, essiccazione e parboiling fabbriche di cereali, frigoriferi, industria metallurgica, tessile e nel settore della generazione di energia. Il tipo più comune di caldaia attualmente utilizzato è la cosiddetta caldaia a biomassa. Queste caldaie utilizzano come materiale di combustione le diverse forme di biomassa come: pino, eucalipto, lolla di riso e bagassa di canna da zucchero. Dopo aver bruciato la biomassa, la cenere della caldaia viene generata come rifiuto, quindi la cenere della caldaia è costituita dalla parte resistente alle ustioni, presente nella composizione della biomassa utilizzata come combustibile nelle caldaie industriali.
Le industrie che utilizzano le caldaie, puntando all’efficienza energetica e al fattore economico, applicano controlli sui processi di combustione delle biomasse, che riducono il più possibile la generazione di questo tipo di rifiuti. Tuttavia, la generazione di rifiuti è inevitabile in questo processo. Pertanto, la disponibilità di questo residuo diventa abbondante. In queste industrie, grandi depositi di questo materiale si accumulano a causa della mancanza di alternative per la destinazione o il riutilizzo di esso. Questi depositi occupano ampi spazi fisici negli impianti di produzione, che potrebbero essere meglio utilizzati, considerando l’attività finale dell’industria in questione.
Nello scenario riscontrato di elevata disponibilità del residuo grigio della caldaia e mancanza di un sito di smaltimento o di un’attività adeguata per il riutilizzo del residuo, sorge la domanda fondamentale per lo sviluppo di questo studio: sarebbe possibile utilizzare questo residuo nella produzione di calcestruzzo strutturale? Considerando il ritmo accelerato del settore delle costruzioni e la sua ricerca di innovazioni, i rifiuti generati potrebbero essere riutilizzati in questo segmento come alternativa sostenibile, con la possibilità di promuovere benefici tecnici ed economici sia per l’industria produttrice di rifiuti che per le aziende produttrici di calcestruzzo.
Il contributo ambientale è il principale e più significativo risultato con l’utilizzo di residui di ceneri provenienti da caldaie industriali nella produzione di calcestruzzo strutturale, perché ci sarebbe un doppio contributo ambientale per evitare lo smaltimento dei rifiuti nell’ambiente, e, se verificata la possibilità della sua applicazione come parziale sostituzione di aggregati naturali, si eviterebbe l’estrazione di parte di queste risorse naturali, che stanno diventando sempre più scarsi.
Le aziende produttrici di calcestruzzo hanno come caratteristica l’uso di materie prime, cioè senza la necessità di grandi processi di lavorazione, come le sabbie naturali, che vengono estratte da fiumi o depositi, e richiedono una lavorazione semplice come la setacciatura per la rimozione delle impurità e la classificazione granulometrica. Pertanto, l’uso dei rifiuti nella produzione di calcestruzzo ha un contributo economico sia per l’industria generatrice di rifiuti, che fornisce i rifiuti senza la necessità di grandi processi di lavorazione, sia per le aziende produttrici di calcestruzzo, che trarrebbero vantaggio dall’elevata disponibilità di rifiuti e dal loro basso costo, utilizzati come materia prima nella sua produzione.
L’obiettivo generale di questo studio è quello di eseguire la classificazione preliminare del residuo di cenere della caldaia industriale, definirne le possibili vie di utilizzo nel dosaggio del calcestruzzo, eseguire dosaggi sperimentali per verificare le prestazioni delle proprietà di base del calcestruzzo dosato con l’utilizzo di cenere di sedia, valutando eventuali contributi tecnici e, infine, concludere la fattibilità dell’utilizzo di questo residuo per il dosaggio del calcestruzzo strutturale.
2. METODOLOGIA
La concezione iniziale della possibilità di rendere fattibile l’utilizzo di ceneri di caldaia per la produzione di calcestruzzo nasce dall’idea che, in origine, nella produzione di calcestruzzo venivano utilizzati solo tre materiali di base: cemento, aggregato e acqua. Tuttavia, per prestazioni migliori sia allo stato fresco che indurito, è stato avviato l’uso di additivi chimici. Dopo qualche tempo, l’uso di materiali cementizi di natura organica è stato introdotto in questo contesto come aggiunte alla miscela di calcestruzzo come scorie granulate, pozzolane, fumo di silice e ceneri volanti.
Le ragioni iniziali per l’utilizzo di questi materiali erano solitamente economiche: costavano meno del cemento Portland, spesso perché esistevano in depositi naturali, richiedendo poca o nessuna lavorazione, altre volte perché erano sottoprodotti o scarti di processi industriali (NEVILLE, 1997, p. 81).
“La cenere volante è il risultato di caldaie nel processo di combustione del carbone in cui parte della materia minerale si raggruppa formando cenere di griglia, ma la maggior parte di essa è trascinata dalla corrente di scarico del gas, che è chiamata cenere volante” (MEHTA; MONTEIRO, 1994).
Questo studio è stato condotto nell’aprile 2021, attraverso la ricerca di innovazioni per il segmento della produzione di calcestruzzo nella regione di uberlândia, stato di Minas Gerais, dove è stato osservato un gran numero di industrie installate in questa località, che utilizzavano caldaie come mezzo per generare vapore nei loro processi di produzione e, pertanto, c’era una grande disponibilità di cenere di caldaia, così come la grande necessità di un adeguato smaltimento ambientale o riutilizzo dei rifiuti.
2.1 CAMPIONAMENTO E CARATTERIZZAZIONE DELLE CENERI
Il campione del materiale utilizzato in questo studio è stato fornito da una grande industria installata nel comune di Uberlândia, Stato di Minas Gerais, che opera in diversi settori come l’agricoltura, l’alimentazione animale, farmaceutica e altri. Le ceneri risultanti dal processo di combustione della biomassa di eucalipto vengono miscelate con acqua per evitare la dispersione atmosferica e condotte nel processo di decantazione, dove è stato raccolto il campione. Pertanto, il materiale raccolto presenta un elevato contenuto di umidità, verificato visivamente dall’acqua libera presente superficialmente nel campione raccolto, oltre all’acqua assorbita dal materiale stesso.
Dopo la raccolta del campione e la sua conduzione al laboratorio dei materiali, è stato effettuato il processo di essiccazione del materiale per iniziare la sua caratterizzazione di base. A causa dell’elevato contenuto di umidità osservato nel campione, è stato necessario avviare il processo di essiccazione spargendo il materiale esterno su un rivestimento plastico, evitando contaminazioni e dispersioni dello stesso. Dopo l’essiccazione parziale all’aperto, il materiale è stato portato in serra per completare il processo di essiccazione.
L’indice di finezza è stato determinato dal setaccio numero 200, secondo NBR 11579 ABNT (2012). Durante l’esecuzione di questo test, è stato osservato che nel materiale conservato nel setaccio numero 200, la maggior parte di essi consisteva in materiale fine, ma è stata osservata la presenza di particelle con dimensioni delle particelle più grandi, ma in una piccola proporzione. L’indice di finezza rilevato per il materiale era del 46%. Questo indice è stato considerato elevato, rispetto al cemento Portland, che ha questo indice massimo del 10%, stabilito da NBR 16697 (ABNT, 2018).
La massa specifica apparente è stata determinata secondo NM 52 ABNT (2009). La cenere presentava una massa specifica apparente di 0,26 g/cm³. Per Bauer (2008), gli aggregati possono essere classificati in base al loro peso specifico. Pertanto, la cenere è stata classificata, sotto questo aspetto, come aggregato leggero, e il peso specifico riscontrato era equivalente al peso specifico degli aggregati leggeri noto, come esempio di aggregato leggero alla vermicusite, che ha un peso specifico di 0,3 g/cm³.
La caratterizzazione granulometrica è stata eseguita secondo NBR NM 248 ABNT (2003). La cenere presentava una distribuzione granulometrica secondo la Tabella 1, modulo di finezza di 0,74 e dimensione massima di 1,2 mm.
Tabella 1 – Distribuzione granulometrica grigio caldaia
| Setaccio # (mm) | Mantenuto (%) | Accumulato (%) |
| 2,4 | 0,80 | 0,80 |
| 1,2 | 2,47 | 3,27 |
| 0,6 | 5,74 | 9,01 |
| 0,3 | 12,23 | 21,24 |
| 0,15 | 18,43 | 39,67 |
| Fondoschiena | 60,33 | *** |
Fonte: Autore (2021).
Sulla base delle caratteristiche di base verificate, abbiamo cercato di assegnare la classificazione iniziale della cenere per definire la sua forma di applicazione in dosaggi di calcestruzzo. Inizialmente sono state prese in considerazione due possibilità descritte di seguito.
La prima possibilità di utilizzare la cenere sarebbe quella di incorporarla nel dosaggio del calcestruzzo come aggiunta, partendo come riferimento le aggiunte di materiali come esempio di silice attiva, ampiamente utilizzata nella produzione di calcestruzzo ad alte prestazioni e per potenziare proprietà specifiche del calcestruzzo, come le resistenze meccaniche, principalmente. Tuttavia, a causa del profilo verificato della cenere nella determinazione del suo indice di finezza e della distribuzione granulometrica, questa possibilità è stata esclusa a causa dell’incompatibilità delle sue caratteristiche con questo tipo di aggiunta.
Come seconda possibilità di utilizzare la cenere, è stata verificata la sua possibile introduzione come sostituzione degli aggregati nel dosaggio del calcestruzzo. Sono stati osservati i risultati ottenuti in relazione al peso specifico e, come già riportato, è stato inquadrato come un aggregato leggero. Un’altra caratteristica analizzata, considerando questa possibilità di utilizzo è stata la classificazione della cenere in relazione all’intervallo granulometrico in cui è stata inquadrata, sulla base della Tabella 2.
Tabella 2 — Classificazione delle sabbie per intervalli granulometrici
| Percentuali mantenute | ||||
| Setacci (mm) | Traccia 1 – Molto sottile | Traccia 2 – Sottile | Traccia 3 – Media | Traccia 4 – Spessa |
| 6,3 | Da 0 a 3 | Da 0 a 7 | Da 0 a 7 | Da 0 a 7 |
| 4,8 | Da 0 a 5 | Da 0 a 10 | Da 0 a 11 | Da 0 a 12 |
| 2,4 | Da 0 a 5 | Da 0 a 15 | Da 0 a 25 | Da 5 a 40 |
| 1,2 | Da 0 a 10 | Da 0 a 25 | Da 10 a 45 | Da 30 a 70 |
| 0,6 | Da 0 a 20 | Da 21 a 40 | Da 41 a 65 anni | Da 66 a 85 |
| 0,3 | Da 50 a 85 | Da 60 a 88 anni | Da 70 a 92 | Da 80 a 95 |
| 0,15 | Da 85 a 100 | Da 90 a 100 | 90 a100 | 90 a 1 |
Fonte: Bauer (2008).
La distribuzione granulometrica delle ceneri presentata nella tabella 1 non è stata completamente inquadrata in nessuno degli intervalli di classificazione descritti nella tabella 2. Tuttavia, sono state notate caratteristiche simili alla distribuzione classificata come traccia 1 – Molto sottile, adattando in questo intervallo le percentuali trattenute nei setacci con apertura 2,4 mm, 1,2 mm e 0,6 mm. Negli altri setacci, le percentuali trattenute sono rimaste inferiori a quelle specificate nella tabella 2.Un’alta concentrazione di materiale è stata osservata nella parte inferiore della serie di setacci, cioè il passaggio di materiale nel setaccio con un’apertura di 0,15 mm.
Si è verificato, quindi, che la cenere presentava una distribuzione granulometrica molto vicina alla banda 1 – Molto sottile, ma con una percentuale significativa di materiale più sottile di quanto previsto in questo intervallo granulometrico, cioè tendente ad un intervallo precedente, se ci fosse.
Il modulo di finezza di 0,74, ottenuto dalla caratterizzazione granulometrica della cenere, come già riportato, ha rafforzato la classificazione delle ceneri in un intervallo precedente alla banda 1 – Molto sottile, poiché il modulo di finezza minima per la classificazione in questo intervallo sarebbe 1,35 (BAUER, 2008).
A causa dell’incompatibilità della cenere con l’indice di finezza delle aggiunte tradizionalmente utilizzate e della loro parziale classificazione come aggregato molto sottile, abbiamo scelto, quindi, di studiare la possibilità di sostituire aggregati molto sottili con ceneri nel dosaggio del calcestruzzo.
2.2 CORSA STANDARD E LIVELLI DI SOSTITUZIONE
La definizione del tratto da utilizzare come standard si basava sulle caratteristiche della cenere, precedentemente determinate. Il tratto predefinito dovrebbe contenere nella sua composizione l’aggregato classificato come molto sottile, che verrebbe sostituito dal grigio.
L’aumento del consumo di acqua nel dosaggio dovuto all’aggiunta di cenere è stato un punto di attenzione nella definizione del tratto standard, perché tenendo conto dell’avvertimento di Neville (1997) “la cenere di paglia di riso ha forme complesse, secondo la pianta di origine e, quindi, richiede molta acqua.”, è stato osservato il tempo necessario per asciugare il campione di cenere della caldaia e si è ritenuto che a causa della sua origine e superficie specifica, possibilmente l’aggiunta di cenere aumenterebbe il consumo di acqua al dosaggio in relazione al dosaggio standard.
Per combattere l’aumento del consumo di acqua in dosaggi con l’aggiunta di cenere, è raccomandato da Neville (1997) di utilizzare additivi superplastificanti per ottenere la lavorabilità prevista. Pertanto, abbiamo scelto di definire il tratto standard con l’uso di questo tipo di additivo.
La corsa standard è stata adottata con resistenza alla compressione richiesta di 25 MPa e scattering tra 600 e 650mm, determinata secondo NBR 15823-2 ABNT (2017). Per il tratto di massa unitaria sono state riscontrate le seguenti proporzioni: 1 : 0,59 : 2,21 : 1,11 : 2,60 , con rapporto a/c pari a 0,58, è stato ottenuto il quantitativo per la miscelazione secondo la Tabella 3.
Tabella 3 — Traccia standard 25,0 MPa Allargamento da 600 a 650 mm
| Cemento | 10 | Kg |
| Sabbia finissima | 5,88 | Kg |
| Sabbia centrale | 22,10 | Kg |
| Ghiaia 0 | 11,12 | Kg |
| Ghiaia 1 | 25,96 | Kg |
| Additivo plastificante | 0,035 | L |
| Superplastificante Additivo | 0,10 | L |
| Acqua | 5,8 | L |
Fonte: Autore (2021).
L’aggregato denominato “sabbia finissima” nella tabella 3 era l’aggregato adottato come sostituibile dal frassino della caldaia. L’aggregato presentato nella sua distribuzione granulometrica, modulo di finezza di 1,42, classificando nell’intervallo granulometrico 1, che comprende aggregati con modulo di finezza compreso tra 1,35 e 2,25. Pertanto è stato classificato come aggregato molto sottile (BAUER, 2008).
La sostituzione dell’aggregato finissimo con la cenere è stata parzialmente eseguita, cioè adottando livelli di sostituzione casuali e progressivi, al fine di provocare l’osservazione delle possibili influenze causate dalla sostituzione dell’aggregato con la cenere della caldaia. Come punto di partenza, sono stati adottati livelli di sostituzione del 10%, 20% e 30% sulla massa aggregata molto fine presente nel dosaggio del tratto standard già presentato nella Tabella 3.
La tabella 4 mostra i tratti unitari di massa adottati per ogni contenuto di sostituzione stabilito.
Tabella 4 – Tracce di unità di massa adottate in funzione del contenuto di sostituzione dell’aggregato molto fine mediante cenere di caldaia
| Contenuto aggregato di sostituzione per le ceneri | Tratto dell’unità di massa |
| 10% | 1 : 0.06 : 0.53 : 2.21 : 1.11 : 2.60 a/c = 0.58 |
| 20% | 1 : 0.12 : 0.47 : 2.21 : 1.11 : 2.60 a/c = 0.58 |
| 30% | 1 : 0.18 : 0.41 : 2.21 : 1.11 : 2.60 a/c = 0.58 |
Fonte: Autore (2021).
2.3 DOSAGGI SPERIMENTALI E VALUTAZIONI EFFETTUATE
I dosaggi sperimentali sono stati eseguiti in laboratorio utilizzando betoniera elettrica stazionaria. In primo luogo, il tratto standard è stato dosato nella Tabella 3, e poi gli altri tratti con i rispettivi livelli di sostituzione adottati, presentati nella Tabella 4.
Come principale criterio di valutazione, sono state adottate le possibili influenze dell’introduzione di cenere di caldaia nei dosaggi in relazione alle proprietà: lavorabilità del calcestruzzo allo stato fresco, densità e resistenza alla compressione.
Per valutare l’influenza dell’introduzione di ceneri sul dosaggio in relazione alla lavorabilità del calcestruzzo allo stato fresco, il test è stato eseguito in tutti i dosaggi per determinare la consistenza iniziale mediante l’abbattimento del tronco del cono, secondo NBR 16889 ABNT (2020). La consistenza iniziale adottata di serie era compresa tra 40 mm e 60 mm. Dopo aver raggiunto la consistenza iniziale, l’additivo superplastificante è stato aggiunto ai dosaggi con l’obiettivo di aumentare la lavorabilità e raggiungere lo spread tra 600 e 650mm, che è stato determinato in tutti i dosaggi secondo NBR 15823-2 ABNT (2017).
Per quanto riguarda la densità, è stata determinata secondo NBR 9833 ABNT (2008).
La valutazione della resistenza alla compressione è stata eseguita attraverso stampature di campioni cilindrici con dimensioni di 10x20mm, secondo NBR 5738 ABNT (2016). Due campioni di ciascuna serie sono stati sottoposti al test per determinare la resistenza alla compressione assiale all’età di 7 giorni, 14 giorni e 28 giorni, secondo NBR 5739 ABNT (2018).
2.4 RISULTATI E DISCUSSIONI
Nel dosaggio del tratto standard, è stato osservato che l’acqua prevista nel tratto era sufficiente per raggiungere la consistenza iniziale, perché è stato ottenuto l’indice di coerenza iniziale di 52 mm. Pertanto, l’additivo superplastificante è stato introdotto nella miscela e il tempo di miscelazione di 8 minuti dopo il dosaggio dell’additivo superplastificante è stato stabilito. Questo tempo di miscelazione è il tempo medio determinato dal produttore per contemplare il pieno effetto dell’additivo. Dopo il tempo di miscelazione, è stata determinata la diffusione e di conseguenza si è ottenuto 620 mm, cioè entro i parametri precedentemente stabiliti.
Dopo il dosaggio standard delle tracce, la traccia è stata dosata con un contenuto sostitutivo del 10% dell’aggregato molto sottile mediante cenere di caldaia. In questo dosaggio, utilizzando la stessa quantità di acqua in relazione al tratto standard, è stato ottenuto un indice di consistenza iniziale di 49mm. Si è notato, quindi, che l’introduzione della cenere ha causato un leggero calo della consistenza iniziale del calcestruzzo. Tuttavia, essendo ancora entro i parametri inizialmente stabiliti, l’additivo superplastificante è stato dosato e rispettando il tempo standard di 8 minuti per la miscelazione, è stata successivamente determinata la diffusione e sono stati ottenuti 600 mm di apertura.
In sequenza, la traccia è stata dosata con un contenuto di sostituzione del 20% dell’aggregato molto sottile da cenere di caldaia. Con la stessa quantità di acqua utilizzata nei dosaggi precedenti, è stato ottenuto l’indice di consistenza iniziale di 50 mm. Con il dosaggio dell’additivo superplastificante e la fine del tempo di miscelazione standard, l’apertura di 600mm è stata diffusa, cioè un comportamento molto simile al dosaggio precedente, con un contenuto di sostituzione del 10 % dell’aggregato molto fine da cenere di caldaia.
Infine, la traccia è stata dosata con un contenuto di sostituzione del 30% dell’aggregato molto fine mediante cenere di caldaia. Mantenendo la quantità di acqua dei dosaggi precedenti, è stato ottenuto l’indice di consistenza iniziale di 38mm, cioè al di sotto del parametro iniziale stabilito. In questo caso, è stato osservato che l’introduzione di cenere nella miscela interferiva nella consistenza iniziale come avvertito da Neville (1997), ma abbiamo optato per la sequenza di dosaggio perché l’indice di consistenza iniziale ottenuto era molto vicino al limite inferiore stabilito, che era di 40 mm. Dopo il dosaggio dell’additivo superplastificante e la fine del tempo di miscelazione, sono stati distribuiti 560 mm. Quindi al di sotto del parametro inizialmente.
Nel caso specifico del dosaggio con un contenuto di sostituzione del 30% dell’aggregato finissimo da cenere di caldaia, si è deciso di aumentare il dosaggio dell’additivo superplastificante al fine di ottenere il minimo di mirroring predeterminato. Pertanto, il dosaggio dell’additivo superplastificante è stato aumentato dall’1% all’1,5% sul peso del cemento. Dopo questa aggiunta di additivo la miscela e rispettato nuovamente il tempo di miscelazione per l’azione totale dell’additivo, è stata ottenuta la diffusione di 610mm, cioè adattandosi ai parametri prestabiliti.La lavorabilità è una proprietà molto importante, perché “una miscela di calcestruzzo che non può essere facilmente gettata o densa nella sua interezza non fornirà le caratteristiche di resistenza e durata previste” (MEHTA; MONTEIRO, 1994).
Le densità trovate secondo NBR 9833 ABNT (2018) sono presentate nella Tabella 5.
Tabella 5 – Densità determinate
| Identificazione della serie | Densità (kg/m³) |
| Corsa standard | 2335 |
| Cruscotto con 10% di grigio | 2078 |
| Dash con 20% di grigio | 2070 |
| Dash con 30% di grigio | 2066 |
Fonte: Autore (2021).
È stato osservato che c’è stato un calo dell’11% di densità, confrontando la traccia standard con la traccia con il contenuto di sostituzione del 10% dell’aggregato molto fine da cenere di caldaia. Per i tratti successivi, con livelli di sostituzione del 20% e del 30%, le diminuzioni di densità registrate sono state dell’ordine dello 0,4% e dello 0,2%, rispettivamente, confrontando il tratto analizzato con il tratto precedente, considerando l’ordine graduale e progressivo del contenuto di sostituzione dell’aggregato molto sottile con cenere di caldaia.
I risultati trovati nei test per determinare la resistenza alla compressione assiale sono presentati nella Tabella 6.
Tabella 6 — Resistenza alla compressione (MPa) per serie
| Resistenza alla serie/età/compressione (MPa) | 7 giorni | 14 giorni | 28 giorni |
| Corsa standard | 18,1 | 21,0 | 30,3 |
| Cruscotto con 10% di grigio | 14,6 | 18,0 | 19,6 |
| Dash con 20% di grigio | 15,2 | 18,3 | 20,2 |
| Dash con 30% di grigio | 14,6 | 18,5 | 19,8 |
Fonte: Autore (2021).
E’ stato verificato dai risultati ottenuti che i dosaggi con l’utilizzo di ceneri di caldaia hanno mostrato resistenze alla compressione inferiori rispetto al tratto standard adottato in tutte le età testate. Il calo medio della resistenza alla compressione delle tracce che utilizzano la cenere della caldaia in relazione alla corsa standard è stato presentato come mostrato nella tabella 7.
Tabella 7 – Percentuale di calo della resistenza alla compressione rispetto alla corsa standard
| Tratto/Età | 7 giorni | 14 giorni | 28 giorni |
| Cruscotto con 10% di grigio | 19% | 14% | 35% |
| Dash con 20% di grigio | 16% | 13% | 33% |
| Dash con 30% di grigio | 19% | 12% | 35% |
Fonte: Autore (2021).
È stato osservato che in tutti i tratti con l’uso di cenere, la percentuale di calo della resistenza alla compressione in relazione alla corsa standard si comportava in modo simile indipendentemente dal contenuto di sostituzione utilizzato.
Per quanto riguarda il colore dei calcestruzzi dosati, si è riscontrato che sia allo stato fresco che indurito, il contenuto di sostituzione di aggregati molto fini con cenere di caldaia ha influenzato evidentemente in questo aspetto visivo, perché a causa del colore della cenere della caldaia simile a quello del cemento Portland, i calcestruzzi con livelli più elevati di utilizzo di ceneri sono stati visivamente presentati come calcestruzzo con un consumo di cemento più elevato, cioè, con il colore più scuro maggiore è il contenuto sostitutivo adottato.
3. CONSIDERAZIONI FINALI
Il frassino della caldaia industriale è stato classificato come leggero e con intervallo granulometrico leggermente inferiore al range molto sottile, entrambe le classificazioni sono applicate agli aggregati, quindi la sua applicazione è stata conclusa come aggregato leggero e molto sottile.
Con un aumento del contenuto della sostituzione aggregata con ceneri di caldaia industriale nel dosaggio, c’è stata un’influenza sulla lavorabilità del calcestruzzo, osservata dalla riduzione dell’abbattimento iniziale e sullo scattering finale. Pertanto, si è conclusa l’importanza di adottare il metodo di sostituzione parziale dell’aggregato per l’uso di ceneri di caldaie industriali, poiché è stata adottata la sostituzione totale dell’aggregato, probabilmente ci sarebbe un impatto ancora maggiore su questa proprietà del calcestruzzo allo stato fresco.
Si è concluso l’importante contributo dell’additivo superplastificante nei dosaggi con l’utilizzo di ceneri di caldaia industriale, con l’obiettivo di compensare la perdita di lavorabilità causata dall’utilizzo di ceneri di caldaia. Si è capito che con gli additivi plastificanti, non sarebbe stato possibile ottenere una lavorabilità soddisfacente nei calcestruzzi dosati con la cenere della caldaia industriale a causa della natura della cenere e della sua grande superficie specifica, che si traduce in un maggiore consumo di acqua nei dosaggi.
Per quanto riguarda la densità, si è concluso che con la sostituzione dell’aggregato con ceneri di caldaia industriale, si è verificata una diminuzione della densità correlata all’aumento del contenuto di sostituzione, cioè maggiore è il contenuto di sostituzione dell’aggregato con il frassino della caldaia industriale, minore è la densità verificata. È stato considerato molto importante nei dosaggi futuri osservare l’influenza causata dall’uso di ceneri di caldaie industriali nei dosaggi in relazione a questa proprietà del calcestruzzo.
Le prestazioni di resistenza alla compressione dei calcestruzzi dosati con ceneri di caldaie industriali sono state simili indipendentemente dalle variazioni del contenuto di sostituzione dell’aggregato. Tuttavia, c’è stata una diminuzione di questa proprietà in relazione al tratto standard, cioè senza l’uso del residuo. Pertanto, questa riduzione della resistenza dovrebbe essere considerata nei dosaggi futuri quando si tratta di dosaggio-dosaggio rispetto senza l’uso di residui.
Si è concluso, pertanto, che l’utilizzo di ceneri di caldaie industriali nella misura del calcestruzzo strutturale è fattibile, perché sono state raggiunte caratteristiche soddisfacenti in relazione alla lavorabilità e alle prestazioni di resistenza alla compressione secondo parametri normativi. Pertanto, attraverso questo studio, è stato possibile identificare i comportamenti iniziali del calcestruzzo dosato con cenere di caldaia e dimostrare la fattibilità dell’utilizzo di questo residuo.
Resta inteso che sarà necessario continuare la ricerca di miglioramenti, garantendo le buone prestazioni del calcestruzzo allo stato fresco e indurito, nonché durante la vita utile degli edifici.
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[1] Laureato in Ingegneria Civile. ORCID: 0000-0003-2630-8866
Inviato: Agosto, 2021.
Agosto: Settembre 2021.
