Preparação de ganga de carvão ceramsite alta

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 16369 (2022) Citar este artigo

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O uso de ganga de carvão (CG) como material de construção não apenas reduz o descarte de resíduos industriais e promove a utilização de recursos de resíduos sólidos, mas também resolve o consumo excessivo de areia e pedra na construção. Este estudo investigou experimentalmente a calcinação de ceramisitas de matérias-primas CG e as propriedades mecânicas do concreto de ceramsita CG foram estudadas. Além disso, as alterações físicas, químicas e de composição do CG antes e após a calcinação foram observadas por meio de microscopia eletrônica de varredura e análise de difração de raios-X (XRD). Os resultados experimentais revelam que a calcinação pode reduzir a densidade, aumentar a resistência, aumentar a porosidade do CG e alterar a microestrutura e a composição mineral do CG. Finalmente, existem grandes diferenças entre o concreto de ceramsite de ganga de carvão e o concreto comum na variação da resistência à compressão com o tempo e na relação entre o módulo de elasticidade e a resistência à compressão. Neste trabalho, a fórmula existente é modificada de acordo com os dados experimentais.

A ganga de carvão (CG) é um tipo de resíduo sólido industrial produzido pelo processo de escavação e separação do carvão1,2,3. Geralmente, uma tonelada de CG é descartada para cada 10 toneladas de carvão produzido4,5. As estatísticas mostram que 5 a 6 bilhões de toneladas de CG estão agora armazenadas, e o acúmulo aumenta a uma taxa de 150 a 200 milhões de toneladas por ano na China6,7. Atualmente, a maior parte do CG é disposta por empilhamento simples, e existem aproximadamente 2.600 colinas de CG de grande escala na China, que totalizam aproximadamente 15.000 hectares8,9,10. Isso não resulta apenas no desperdício de recursos, mas também causa poluição ambiental e ameaça a saúde e o bem-estar das comunidades locais11. Com a implementação da estratégia de desenvolvimento verde e sustentável da China, a utilização racional e abrangente de CG trará notáveis ​​benefícios econômicos, ambientais e sociais.

As pesquisas existentes sobre os principais métodos de aplicação de CG em materiais de construção incluem pesquisas sobre a produção de cimento, tijolos queimados, blocos vazados de concreto e concreto aerado12,13. Embora existam diferentes tipos de CG com diferentes propriedades devido às diferentes origens dos CG, a maioria dos componentes químicos e minerais são semelhantes aos agregados naturais (NAs). Portanto, um método mais direto e eficaz de usar o CG é usá-lo como agregado graúdo ou miúdo no concreto após a britagem14,15,16. No entanto, os agregados CG (CGAs) têm estrutura mais frouxa e exibem propriedades físicas mais baixas em comparação com os NAs. Portanto, a resistência do concreto com agregado CG é menor que a do concreto com agregado NA na mesma proporção de mistura17,18,19. Portanto, para melhorar as propriedades mecânicas do concreto CGA e permitir sua adoção em mais campos da construção, é necessário melhorar as propriedades físicas e mecânicas do CGA.

Embora a composição química do CG seja complexa, o CG é composto principalmente de silício e alumínio e contém mais de uma dúzia de elementos. Geralmente, o CG é composto principalmente por óxidos, como SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, NaO e K2O20,21,22. O CG calcinado é um método eficaz para melhorar as propriedades dos agregados. O carbono e vários outros componentes do CG podem ser removidos durante a calcinação na faixa de temperatura de 500 a 800 °C, e a caulinita do CG também pode ser gradualmente transformada em metacaulim23,24. Zhang et al.25, Cao et al.13 e Guo et al.26 apontaram que o CG tem alta atividade após calcinação na temperatura de 700–800 °C. A reação de hidratação secundária do metacaulim e dos produtos de hidratação do cimento (hidróxido de cálcio) pode melhorar as propriedades mecânicas do concreto CGA. Yang et al.27 descobriram que a calcinação em alta temperatura pode causar a reação química interna do CG, eliminar componentes instáveis ​​no CG, gerar substâncias estáveis ​​e causar alterações correspondentes nas propriedades físicas do CG. Por calcinação, o CGA pode ser convertido em um agregado de ceramsite leve e de alta resistência5,28. Comparado com o concreto comum, o concreto de agregado leve ceramsite tem excelentes propriedades, como baixa densidade, alta resistência à compressão do cilindro, alta porosidade, alto coeficiente de amolecimento, boa resistência ao gelo e excelente resistência aos álcalis agregados29,30,31. Muitos estudos32,33,34,35,36 investigaram a preparação e o desempenho do concreto de ceramsite com o objetivo de melhorar ainda mais seu desempenho. Para melhorar o desempenho do concreto de agregado leve de ceramsita CG (CGCLAC), é necessário melhorar as propriedades físicas e mecânicas das ceramsitas de ganga de carvão. No entanto, a pesquisa sobre a preparação de ceramsite de alta resistência a partir de matérias-primas de CG ainda é relativamente rara, e os estudos sobre as propriedades constitutivas do CGCLAC são ainda menores.