Utilização de sinterização de micro-ondas otimizada para produzir uma sinterização segura e sustentável

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 4611 (2023) Citar este artigo

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O hidróxido de sódio (NaOH) como ativador alcalino apresenta uma limitação vital na produção em massa de aglutinantes ativados por álcali devido ao seu grave efeito na segurança dos usuários. Neste estudo, misturas seguras e sustentáveis ​​de escória ativada por meio de álcali (OP-AAS) foram preparadas através de uma eficiente sinterização por micro-ondas para uma mistura de escória de alto-forno granulada moída amorfa ativa (GGBFS) e pó de hidróxido de sódio (NaOH). Diferentes pós sinterizados por micro-ondas foram preparados usando energia de micro-ondas de potência de 900 W para a mistura em diferentes períodos de tratamento (10, 20 e 30 min). As propriedades frescas e endurecidas de diferentes misturas OP-AAS foram estudadas. Além disso, a composição de fase e microestrutura foram investigadas usando análise de difração de raios X (XRD) e microscópio eletrônico de varredura (SEM). O teste de citotoxicidade/viabilidade foi realizado para avaliar a morte celular induzida pelos materiais desenvolvidos para medir sua segurança para o usuário. De acordo com a resistência à compressão, análise de citotoxicidade/viabilidade, impacto ambiental e cálculo de custo do OP-AAS desenvolvido, conclui-se que empregar sinterização por micro-ondas por um curto período de tempo é suficiente para produzir ligantes seguros com propriedades mecânicas adequadas para aplicações comerciais na construção setor.

Ligantes ativados por álcalis (AABs) têm sido amplamente estudados como ligantes alternativos ao cimento Portland (PC) na indústria de concreto devido a considerações de sustentabilidade, ambientais e econômicas1,2,3,4,5. Os AABs são uma alternativa sustentável aos PCs, preparados a partir de resíduos ou subprodutos que ajudam a conservar os recursos naturais utilizados na indústria de PCs6,7. Além disso, a utilização de resíduos economiza a grande área necessária em caso de descarte ou armazenamento8,9,10. Ambientalmente, os AABs apresentam uma pegada ambiental baixa em comparação com o PC, que produz cerca de (0,5 a 0,82) kg de CO2 para cada kg de PC produzido11,12,13,14,15. Economicamente, são produzidos a partir de materiais de baixo custo (subprodutos) sem necessidade de alto consumo de energia, na maioria das vezes, durante a fabricação16,17,18. Os AABs são formados por um processo de geopolimerização resultante da mistura de materiais de base contendo alto percentual de sílica e alumina (fonte de aluminossilicato) em meio alcalino (ativador alcalino)19,20,21. A fonte de aluminossilicato pode ser obtida de fontes geológicas como metacaulim (MK) ou subprodutos industriais como GGBFS da indústria siderúrgica e cinzas volantes (FA) da combustão de carvão betuminoso ou antracito22,23,24. O ativador alcalino comumente usado pode ser hidróxido de sódio/potássio (Na/KOH), silicato (Na2/K2Si2O3), carbonato (Na2/K2CO3) e óxido (Na2/K2O)25,26. Depois de muitos estudos sobre materiais ativados por álcalis, os AABs podem ser classificados de acordo com o método de produção em dois sistemas principais: um sistema AAB de duas partes e um sistema AAB de uma parte, conforme esclarecido na Fig. 1.

Classificação da produção de aglutinantes alcalinos ativados.

O sistema AAB tradicional de duas partes é a principal técnica para a produção de AABs em que o material aluminossilicato amorfo ativo é combinado com a solução alcalina forte previamente preparada27,28,29,30. AABs de duas partes têm propriedades significativas; apresentam elevadas propriedades mecânicas em termos de resistência à compressão31,32,33, resistência de união30,34 e resistência a cargas de fadiga35,36. Além disso, possuem maior durabilidade do que o PC em termos de resistência a ácidos37,38,39, produtos químicos40,41, ciclos de congelamento e degelo42,43 e temperatura elevada44,45,46. Apesar dos benefícios dos AABs de duas partes, a presença do ativador alcalino na forma de solução é um dos principais desafios que enfrentam sua escalabilidade devido às dificuldades de transporte, mistura e colocação do concreto. Além disso, algumas das soluções alcalinas utilizadas apresentam problemas econômicos e ambientais.