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Title in Portuguese: Avaliação do uso dos subprodutos da dessulfurização semi-seca dos gases da combustão da termelétrica do Pecém como insumo para a construção civil
Author: Santana, Raphael Arlego de Alcântara
Advisor(s): Cabral, Antonio Eduardo Bezerra
Keywords: Engenharia de estruturas
Usinas termoelétricas - Resíduos
Cinzas volantes
Resíduos como material de construção
Thermoelectric wastes
Fly ash
Flue gas desulphurization
Spray dryer ash
Issue Date: 19-Nov-2018
Citation: SANTANA, Raphael Arlego de Alcântara. Avaliação do uso dos subprodutos da dessulfurização semi-seca dos gases da combustão da termelétrica do Pecém como insumo para a construção civil. 2018. 120 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil)-Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: Usinas termelétricas contribuem para diminuir a forte dependência nacional das hidrelétricas, permitindo a melhora da qualidade da distribuição de energia e a independência com relação à distância entre a fonte geradora e os centros urbanos. No entanto, os gases do efeito estufa que tais usinas podem liberar, além de variados resíduos sólidos que podem comprometer fontes subterrâneas e superficiais de água, motivam diversas pesquisas científicas, especialmente sua aplicação em concreto e argamassa, que são dois insumos muito usados na construção civil. Estudos anteriores indicam que alguns desses resíduos sólidos melhoram as propriedades mecânicas e aspectos de durabilidade desses compósitos cimentícios, sendo uma possível alternativa para uma diminuição do passivo ambiental e contribuição para um desenvolvimento mais sustentável. Na usina termelétrica Pecém I (UTE Pecém I), ao contrário do que é feito na maioria das usinas da China e da Europa, onde há uma pré-coleta das cinzas volantes, permitindo sua separação dos resíduos sulfurosos, o sistema de dessulfurização dos gases da combustão (FGD) semi-seca foi instalado antes dos coletores de cinzas, à semelhança das usinas dos Estados Unidos, gerando um resíduo chamado de Spray Dryer Ash (SDA). Este trabalho visa avaliar o uso, dentro da construção civil, da SDA da UTE Pecém I. Para isso, a SDA da usina em questão foi caracterizada física e quimicamente e classificada ambientalmente segundo a ABNT NBR 10004:2004. Em seguida, foi avaliado o uso desse resíduo como adição mineral em concretos ao fazer traços de fck de 25 MPa com 0% (referência), 5%, 10% e 20% de SDA com relação à massa de cimento, realizando ensaios físicos, químicos e mecânicos em corpos de prova dos concretos produzidos. Por fim, foi avaliado o uso da SDA como substituição da cal em argamassas mistas de revestimento externo ao fazer um traço de referência (0% de SDA) e com substituições de 33%, 67% e 100%, em volume. Foram feitos ensaios no estado fresco, uma análise reológica pelo método do squeeze-flow, e ensaios no estado endurecido. Os resultados mostraram que a SDA da UTE Pecém I é um resíduo não perigoso e não inerte (classe II-A), que não pode ser classificado como pozolana classe C, dentre outros motivos, por apresentar elevado teor de enxofre. As resistências mecânicas dos traços de concreto, ou não sofreram influência ou aumentaram com o aumento do teor de SDA. O mesmo ocorreu com as resistências dos traços de argamassa com SDA. Um destaque pode ser dado para o traço de argamassa com 67% de SDA, que apresentou resistências superiores aos demais, um aumento do módulo de elasticidade e da absorção de água por capilaridade, bem como uma diminuição do teor de ar incorporado. Conclui-se que o uso da SDA como adição mineral em concreto, conforme os ensaios realizados, não possui restrição técnica. Em argamassas é possível fazer a substituição de cal por SDA, mas com ressalvas, pois algumas das propriedades tendem a piorar com o aumento do teor de SDA, tendo que ser controladas para não terem efeitos deletérios ao ser usado na construção civil.
Abstract: Thermoelectric power plants contribute to reduce the strong national dependence on hydroelectric power dams, allowing the improvement of quality of energy distribution and the independence with respect to distance between generating source and urban centers. However, greenhouse gases that such plants release, as well as various solid wastes that may compromise underground and surface water sources, motivate several scientific research works, especially its application in concrete and mortar, which are two major materials used in civil construction. Previous works indicate that some of these solid wastes improve the mechanical properties and aspects of durability of these cementitious composites, being a possible alternative for a reduction of environmental liabilities and contributing to a more sustainable development. In Pecém I thermoelectric power plant (UTE Pecém I), contrarily to what is done in most of the plants in China and Europe, where there is a pre-collector of fly ash, allowing its separation from sulfurous residues, the flue gas desulphurization system (FGD) was installed before the ash collectors, similarly to United States plants, generating a residue called Spray Dryer Ash (SDA). The objective of this work is to evaluate, within civil construction, the use of SDA from UTE Pecém I. For this, the SDA of the plant in question was physically and chemically characterized and was classified according to ABNT NBR 10004: 2004. Then, the use of this waste as a mineral addition in concretes was evaluated by preparing mixtures with fck of 25 MPa with 0% (reference), 5%, 10% and 20% SDA relative to the cement mass, performing physical, chemical and mechanical properties characterization. Finally, the use of SDA was evaluated as a substitution of lime in external rendering mortars when making a reference mixture (0% SDA) and with substitutions of 33%, 67% and 100%, by volume. Fresh state tests, rheological analysis by squeeze-flow method, and hardened state tests were performed. The results showed that the SDA from UTE Pecém I is a non-hazardous non-inert waste (class II-A), which cannot be classified as class C pozzolan, among other reasons, because it has a high sulfur content. The mechanical strengths of the concrete mixtures were either not influenced or increased with increasing SDA content. The same occurred with the resistance of the mixtures of mortar with SDA. A highlight can be given to the mortar mixtures with 67% SDA, which presented superior resistance to the others, increased elasticity modulus and water absorption by capillarity, as well as a reduction of the entrained air content. It is concluded that the use of SDA as a mineral addition in concrete, according to the tests performed, has no technical restriction. In mortars it is possible to replace lime by SDA, but with caveats, since some of the properties tend to worsen with increase in the content of SDA, having to be controlled not to have deleterious effects when being used in civil construction.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/38217
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