Low environmental impact and low cost binders based on chemical activation of steel slags

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil
O cimento Portland é o material mais utilizado pela indústria da construção, contudo, a produção do mesmo está associada a elevadas emissões de dióxido de carbono quer de origem química pela calcinação do calcário quer também devido ao consumo energético necessário para a produção industrial deste material. O estudo de novos ligantes de baixo impacto ambiental e também de baixo custo constitui assim uma prioridade no atual contexto de preocupações acrescidas por um desenvolvimento mais sustentável. Uma linha de investigação que se afigura particularmente favorável passará pela produção de novos ligantes alternativos ao cimento Portland e que ao mesmo tempo permitam a valorização de resíduos industriais. Investigações no domínio dos geopolímeros revelam ser tecnicamente possível a obtenção de ligantes a partir de resíduos industriais com recurso a ativadores químicos. Contudo, os referidos ativadores tem um custo elevado e estão associados a elevadas emissões de carbono o que reduz a competitividade ambiental e económica dos novos ligantes face ao cimento Portland. Sabendo que em Portugal a valorização dos resíduos (escórias de aciaria negras) provenientes da produção do aço na siderurgia nacional ainda não se vê como algo potencialmente bem aproveitado e tendo por base alguns estudos já realizados por outros investigadores pelo resto do mundo, pretendeuse nesta dissertação de mestrado avaliar qual o potencial deste resíduo, ativado alcalinamente por pequenas percentagens de óxido de cálcio e hidróxido de cálcio. Pretendeu-se mediante isto analisar o comportamento deste ligante ambientalmente mais apelativo e economicamente bastante aliciante. Foram realizados estudos deste tipo de resíduo usado singularmente e também em algumas misturas associado com diferentes proporções de cinzas volantes de forma a aumentar a reatividade das misturas efetuadas. Os resultados obtidos em termos de resistências mecânicas revelaram um desempenho inferior ao que é usualmente obtido com o cimento Portland. Ainda assim os mesmos foram uteis como forma de perceber a reatividade das misturas utilizadas. A avaliação ambiental, feita através da quantificação do potencial de aquecimento global, confirma que os novos ligantes apresentam melhor desempenho que o cimento Portland. O mesmo sucede relativamente à análise de custos. Porém as baixas resistências mecânicas conferem ao cimento Portland um melhor desempenho em termos do rácio custo/resistência mecânica.
Portland cement is the material most used by the construction industry, however, the production thereof is associated with elevated carbon dioxide or of chemical origin by calcination of limestone also either due to energy consumption required for the industrial production of this material. The study of new low environmental impact binders and also inexpensive so is a priority in the current context of growing concerns for a more sustainable development. A line of research which is particularly favorable will the production of new alternative to Portland cement and binders at the same time allow the valuation of industrial waste. Investigations in the field of geopolymers prove to be technically possible to obtain binders from industrial waste using chemical activators. However these activators have a high cost and are associated with high carbon which reduces the environmental and economic competitiveness of new ligands compared to Portland cement. Knowing that in Portugal the recovery of waste (slag black steel plant) from the production of steel in the domestic steel industry still is not seen as something potentially good, tapped and based on some previous studies by other researchers for the rest of the world it was intended this master's thesis assess what the potential of this waste, alkali-activated by small percentages of calcium oxide and calcium hydroxide. It was intended that by analyzing the behavior of this environmentally more appealing binder and economically quite attractive. Studies were performed this type of waste used singularly and in some mixtures associated with different proportions of fly ash in order to increase the reactivity of the mixtures made. The results in terms of mechanical strength revealed underperformed which is usually obtained with Portland cement still they were useful as a way to understand the reactivity of the mixtures used. From an environmental and economic aspect, it was interesting to see that this material possess good environmental and economic performance, however when this performance is associated with the mechanical performance, shows up clearly that this alternative binder left much to be desired.