Como funciona o concreto de cinzas volantes

Quando você pensa em materiais de construção verdes , o carvão é provavelmente a última coisa que vem à mente. O carvão não é, na maioria das aplicações práticas, nem verde nem um material de construção. Pelo contrário, o carvão é responsável por grande parte das emissões de gases de efeito estufa e poluição do ar que é produzida em todo o mundo. Mas, ironicamente, o carvão também é responsável pelo surgimento do concreto de cinzas volantes, um novo material de construção que pode ajudar a reduzir as emissões de carbono na indústria da construção.

As cinzas volantes são produzidas quando o carvão é queimado, e as leis ambientais nos Estados Unidos exigem que as empresas de energia as capturem e descartem adequadamente. A eliminação apresenta um desafio devido à grande quantidade de cinzas de carvão produzidas por usinas termoelétricas a carvão e também porque os metais pesados ​​no carvão tornam as cinzas volantes uma substância potencialmente perigosa. As usinas de carvão nos EUA também não têm o histórico mais limpo em lidar com o descarte de cinzas de carvão, já que vários grandes derramamentos de cinzas de carvão foram relatados nos últimos anos.

Para lidar com esses dois problemas, a indústria da construção teve a ideia inteligente de começar a formular concreto a partir de cinzas volantes, substituindo as cinzas volantes pelo cimento Portland (o ingrediente principal na maioria dos concretos ). Surpreendentemente, a cinza volante tem várias características que a tornam um ingrediente perfeito para o concreto: tem grande resistência e durabilidade (embora ainda estejamos esperando para ver como ela se comporta a longo prazo) e, claro, é barata. E por ser um material reciclado, ajuda a evitar que as empresas de concreto minerem desnecessariamente outros materiais para fazer concreto.

Todo mundo ganha, certo? De muitas maneiras, o concreto de cinzas volantes parece um vencedor, mas ainda existem algumas preocupações persistentes sobre a segurança de nos cercar com muita cinza volante. O carvão é um material cheio de substâncias nocivas, e ainda há algumas dúvidas sobre se os metais pesados ​​seriam capazes de lixiviar do concreto feito com cinzas de carvão. Preocupações também foram levantadas sobre se o uso de cinzas volantes exporia os construtores a ações judiciais e os isentaria da cobertura de seguro. Continue lendo para saber mais sobre como o concreto de cinzas volantes é feito e para descobrir se é realmente seguro.

1. O que é cinza volante?
2. Como as cinzas volantes são usadas
3. Benefícios ambientais do concreto de cinzas volantes
4. Perigos potenciais de cinzas volantes
5. Nota do autor

Nos Estados Unidos, mais de 50% de nossa eletricidade vem de usinas termelétricas a carvão, onde o carvão é moído em um pó fino, colocado em uma caldeira e queimado a temperaturas muito altas. O calor da caldeira produz vapor, que é usado para girar uma turbina e produzir eletricidade. A queima de carvão é um processo muito sujo, mas as usinas de carvão modernas têm equipamentos de controle de poluição que impedem que todo o material particulado saia das chaminés. Quando esse equipamento é limpo, ficamos com cinzas de carvão [fonte: Dewan ].

Como a energia do carvão é tão amplamente utilizada, as cinzas volantes são um dos subprodutos industriais mais abundantes na Terra. Então, em vez de colocá-lo em tanques de armazenamento que estão apenas esperando para derramar, faz sentido para as empresas usá-lo como material de construção . O uso de cinzas volantes no concreto evita que esses metais pesados ​​sejam liberados de volta ao meio ambiente, mas também impede que os fabricantes de cimento minerem novas matérias-primas.

Como você pode esperar, as cinzas de carvão são um coquetel de produtos químicos tóxicos - contém os mesmos metais pesados ​​que são encontrados no carvão, apenas em concentrações mais altas. As cinzas volantes normalmente contêm metais pesados ​​como arsênico, chumbo e selênio, que são conhecidos por causar câncer e outros problemas de saúde. Por causa dos riscos conhecidos, os ambientalistas há muito lutam para que as cinzas volantes sejam classificadas como um material perigoso, mas enfrentam forte resistência da indústria de energia e agora da indústria da construção.

Por conter metais pesados, armazenar e descartar com segurança as cinzas volantes representa um grande desafio para as empresas de energia. Normalmente é misturado com água e armazenado em tanques de cinzas que podem ser expostos a tempestades e causar derramamentos. Atualmente, existem cerca de 600 depósitos de cinzas de carvão em 35 estados do país, e muitos deles sofreram vazamentos nos últimos anos [fonte: Merchant ]. O maior derramamento de cinzas volantes da história dos EUA ocorreu em 2008 na Kingston Fossil Plant, que fica a cerca de 40 milhas a oeste de Knoxville, Tennessee. uma catástrofe ambiental [fonte: Living on Earth ].

Uma solução potencial para o problema de armazenamento e descarte que pode ajudar a evitar derramamentos como o do Tennessee é usar cinzas volantes como material de construção. Quando usado em concreto , acredita-se que as cinzas volantes sejam bastante seguras. Embora muitas vezes contenha substâncias cancerígenas conhecidas, acredita-se que os efeitos nocivos sejam neutralizados quando as cinzas volantes são adicionadas às misturas de concreto.

OK, vamos colocar nossos jalecos por um minuto e descer à química de como as cinzas volantes funcionam e o que as torna especiais. Continuamos dizendo que as cinzas volantes são um bom substituto para o cimento Portland, mas o que exatamente é o cimento Portland? Engraçado você perguntar. É apenas o tipo de cimento mais comum em uso em todo o mundo e o principal ingrediente na maioria dos tipos de concreto . Cal e sílica compõem a maior parte do cimento Portland, e também inclui alumínio e ferro. A maioria dos tipos de cimento Portland contém uma mistura de calcário, giz, conchas e uma variedade de argila, xisto e areia. A produção de cimento Portland é um processo que consome muita energia e recursos, e é por isso que faz sentido procurar um bom substituto [fonte: Portland Cement Association ].

O concreto geopolimérico é o nome técnico para cinzas volantes ou qualquer outro tipo de concreto feito de materiais sintéticos de aluminossilicato (materiais feitos de alumínio, silício e oxigênio). Quando a cinza volante é adicionada a uma mistura de cimento, ela não é apenas um enchimento, ela realmente reage com os outros compostos que estão no cimento Portland e se torna parte da matriz. É rico em alumina e silicato, o que faz com que reaja com soluções alcalinas para produzir um gel de aluminossilicato de ligação. O produto resultante é um excelente substituto para o tradicional cimento Portland comum [fonte: van Riessen ].

Hoje, misturas de concreto nas quais até 25% do cimento é substituído por cinzas volantes são comuns, e alguns fabricantes de concreto estão substituindo até 50%. Mas concentrações mais altas de cinzas volantes exigem mais testes, porque os resultados podem variar.

Do ponto de vista de um construtor, a coisa mais importante sobre o concreto de cinzas volantes é seu desempenho, e ele não decepciona. A adição de cinzas volantes à mistura tem a capacidade de melhorar o concreto, porque alterar a composição do concreto pode adicionar resistência e durabilidade. O material resultante é menos poroso que o cimento Portland típico e é mais resistente à corrosão e deterioração prematura [fonte: Ideker ]. Além de ser mais durável que o cimento Portland comum, o concreto de cinzas volantes é mais resistente a ácidos e fogo , e demonstrou maior resistência à compressão e tração (alongamento).

De muitas maneiras, o concreto de cinzas volantes é o paradoxo final. As cinzas volantes vêm de uma das maiores fontes de poluição do ar e emissões de dióxido de carbono na Terra e, no entanto, são consideradas um material verde. Qual é o problema? A principal razão pela qual as cinzas volantes são consideradas ecologicamente corretas quando usadas na construção é porque é um material reciclado. Se as empresas de energia vão queimar carvão e produzir cinzas volantes de qualquer maneira, faz sentido fazer bom uso disso, especialmente se puder economizar dinheiro e energia no setor de construção.

Fazer cimento a partir do zero é um processo que consome muita energia. Estimativas conservadoras dizem que a produção de concreto contribui entre 5 e 8 por cento das emissões de gases de efeito estufa em todo o mundo, mas pode ser ainda maior. Atualmente, produzimos mais de 2,6 bilhões de toneladas de cimento Portland por ano, e esse número deve aumentar à medida que as populações aumentam, a menos que surja alguma opção mais verde para substituí-lo.

É aí que entra o concreto de cinzas volantes. O concreto de cinzas volantes tem a capacidade de reduzir simultaneamente as emissões globais de carbono enquanto desenvolve uma infraestrutura melhor e mais durável que não precisaria ser reconstruída com tanta frequência. Na verdade, um estudo até observou que os tijolos de cinzas volantes também têm a capacidade de armazenar dióxido de carbono do meio ambiente, acrescentando outro benefício verde [fonte: Liu ].

O US Green Building Council parece concordar com a credibilidade verde das cinzas volantes; o árbitro preeminente de todos os assuntos relacionados a questões de construção verde, Liderança em Energia e Design Ambiental (LEED) , créditos substituindo o concreto de cinzas volantes por pelo menos 40% do cimento Portland comum [fonte: Portland Cement Association ]. Uma avaliação do ciclo de vida, que é uma análise de todas as etapas da produção, do berço ao túmulo, mostra que a substituição do cimento Portland comum por concreto de cinzas volantes pode diminuir as emissões de carbono em até 90%. Isso ocorre principalmente porque as cinzas volantes são um material reciclado e a substituição do novo cimento Portland por cinzas volantes evita emissões desnecessárias de dióxido de carbono e, como é mais durável, não precisa ser rasgado e substituído com tanta frequência [fonte:Salton ].

Claro, cinzas volantes não são isentas de controvérsia. Como as cinzas volantes são um subproduto do carvão, que em si está cheio de metais pesados ​​e toxinas que podem ser perigosas, foi levantada a preocupação de que edifícios feitos de concreto de cinzas volantes possam ser prejudiciais às pessoas.

O maior desafio para as cinzas volantes veio em 2008, após o grande derramamento de cinzas volantes na Fábrica de Fósseis Kingston, no Tennessee (veja a barra lateral). Então, algumas semanas depois, houve outro vazamento menor de cinzas volantes no Alabama que manteve as cinzas volantes no noticiário. Esses derramamentos e a limpeza resultante e a cobertura de notícias colocaram as cinzas no radar da Agência de Proteção Ambiental (EPA) e levaram os ativistas ambientais a exigir regulamentações mais rígidas. Desde então, a EPA tem ponderado se deve ou não classificar as cinzas volantes como resíduos perigosos e, embora a agência tenha declarado que tal classificação não afetaria as cinzas volantes usadas para fazer concreto, observadores da indústria da construção têm sido céticos. fonte: Purdy ].

Mas é realmente seguro morar em um prédio feito de carvão? A segurança das cinzas volantes no concreto tem sido muito debatida. Embora tenha sido comprovado que o concreto geopolimérico lixivia elementos perigosos como arsênico, cromo e selênio, pelo menos um estudo mostrou que a adição de cálcio pode ajudar a reduzir a lixiviação de metais pesados ​​[fonte: Sanusi ]. No entanto, muitas questões ainda permanecem sobre o que acontecerá com os metais pesados ​​e outras substâncias nas cinzas volantes quando o concreto quebrar e for descartado [fonte: Post ].

A indústria de concreto está preocupada que mesmo uma lei híbrida que classifique apenas cinzas volantes armazenadas como um material perigoso ainda estigmatize o concreto de cinzas volantes, colocando-o em um nível semelhante ao do amianto ou da tinta à base de chumbo . Mesmo que seja seguro em aplicações concretas, a classificação perigosa para cinzas volantes pode tornar as empresas de construção mais vulneráveis ​​a ações judiciais.

Derramamento do Tennessee

Em dezembro de 2008, um dique falhou na fábrica de fósseis TVA Kingston em Roane County, Tennessee, liberando mais de 5,4 milhões de jardas cúbicas de cinzas volantes do aterro sanitário local. O derramamento cobriu mais de 300 acres de terra e água. O Departamento de Meio Ambiente e Conservação do Tennessee e a Agência de Proteção Ambiental vêm trabalhando desde então para limpar as áreas afetadas.

Escrevi bastante sobre edifícios verdes e construção ao longo dos anos, mas admito que quando vi as palavras "cinzas volantes" na tela quando recebi esta tarefa, fiquei em branco. Estou interessado em ver o que vai acontecer com essas coisas. Por enquanto, o concreto parece ser um uso perfeitamente bom para as cinzas volantes, mas na melhor das hipóteses, continuaremos nos livrando do carvão até o ponto em que o descarte de cinzas volantes não seja um problema.

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