Efeito do teor de CaO na cinza volante Classe C nas propriedades de deformação de concreto totalmente graduado

Transformando Resíduos de Usinas em Barragens Mais Fortes

Barragens modernas e outras estruturas maciças de concreto consomem quantidades enormes de material. Ao mesmo tempo, usinas termelétricas a carvão geram montes de cinza volante, um pó fino e acinzentado geralmente tratado como resíduo. Este estudo investiga se uma forma de cinza volante rica em cálcio pode substituir com segurança parte do cimento em concreto para grandes barragens, ajudando a reduzir custos, diminuir o impacto ambiental e ainda manter as estruturas resistentes a fissuras ao longo de décadas de uso.

Por que Esta Cinza Importa para Grandes Estruturas de Concreto

A cinza volante se forma quando o carvão queima e partículas minerais se fundem em pequenas esferas vítreas. Engenheiros já utilizam um tipo comum, conhecido como cinza volante Classe F, para melhorar o concreto e reduzir o uso de cimento. Em regiões da China como Xinjiang, no entanto, grande parte da cinza disponível é rica em cálcio. Essa cinza Classe C se comporta de modo diferente: seu cálcio extra pode ajudar a reagir mais intensamente com o cimento, mas também pode mascarar formas instáveis de cal que podem causar inchaço ou fissuração do concreto com o tempo. Para aproveitar bem esse recurso local em grandes projetos de barragens, é preciso entender em detalhe seu efeito sobre como o concreto se alonga, retrai e se mantém estável.

Como a Equipe Testou o Concreto

Os pesquisadores coletaram cinza volante de várias usinas com teores de óxido de cálcio (CaO) variando de muito baixo até cerca de 16,5 por cento, e também acompanharam quanto desse cálcio estava presente na forma particularmente reativa “livre”. Misturaram essas cinzas em dois tipos de concreto para barragens: um com quatro tamanhos de pedra e brita, e outro com três tamanhos. Essas misturas totalmente graduadas são projetadas para empacotar as partículas de agregado de forma densa, o que é importante para reduzir vazios internos e fissuras. A equipe então realizou uma série de ensaios laboratoriais para monitorar a estabilidade volumétrica (sonoridade), até que ponto o concreto pode se alongar antes de rachar (deformação última por tração), rigidez (módulo elástico), variação volumétrica natural sem secagem (deformação autógena) e variação volumétrica quando o concreto seca (retração por secagem).

O que Descobriram Sobre Estabilidade e Fissuração

Uma preocupação central era se um teor mais alto de cálcio causaria expansão instável. O estudo constatou que quando a cinza Classe C tem teor de CaO entre cerca de 5,1 e 16,5 por cento, e mesmo quando substitui até 70 por cento do cimento, o concreto ainda atende aos limites padrão de sonoridade. Nos ensaios mecânicos, o concreto com mais CaO na cinza apresentou capacidade de deformação por tração ligeiramente maior e um módulo elástico mais alto, ou seja, tornou-se um pouco melhor em resistir a fissuras, embora também um pouco mais rígido. Ao mesmo tempo, a variação volumétrica autógena que ocorre conforme cimento e cinza reagem internamente tendia a tornar-se mais propensa à retração à medida que o CaO aumentava, especialmente no concreto com quatro tamanhos de agregado. Apesar dessas tendências, a influência geral do nível de CaO nas deformações permaneceu modesta.

Por que a Graduação dos Agregados Faz Diferença

A comparação entre concreto quatro-graded e três-graded revelou que como as pedras são dimensionadas e misturadas pode importar tanto quanto a composição da cinza. As misturas quatro-graded, com uma gama mais ampla de tamanhos de partículas, toleraram maior deformação por tração antes de fissurar e apresentaram retração por secagem ligeiramente menor do que as misturas três-graded. Sua rigidez mudou de forma mais estável ao longo do tempo, sugerindo uma estrutura interna mais estável. Para a variação volumétrica autógena, contudo, o concreto quatro-graded retraiu um pouco mais que a versão três-graded, particularmente quando o teor de CaO na cinza volante era maior. Imagens microscópicas confirmaram que cinzas com mais cálcio podem produzir produtos de reação mais densos, mas também podem criar pequenas falhas ao redor de partículas não reagidas se o teor de cálcio for excessivo.

O que Isso Significa para Barragens Futuras

Para não-especialistas, a mensagem principal é tranquilizadora: dentro de uma faixa de cálcio bem definida, a cinza Classe C local estudada aqui pode substituir com segurança uma grande parcela do cimento em concreto para barragens sem causar expansão perigosa ou fissuração excessiva. Níveis de CaO cuidadosamente selecionados, combinados com graduação de agregados bem projetada, permitem que engenheiros construam estruturas maciças e estáveis enquanto fazem melhor uso de subprodutos industriais e reduzem a demanda por cimento novo. O trabalho também destaca a necessidade de mais testes sob condições mais realistas de temperatura, umidade e carregamento, mas aponta para um futuro em que o que antes era resíduo do carvão se torne um ingrediente confiável em infraestrutura hidráulica duradoura.

Citação: Qin, L., Gong, M., Zhang, H. et al. Effect of CaO content in Class C fly ash on the deformation properties of fully-graded concrete. Sci Rep 16, 8122 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38630-4

Palavras-chave: concreto com cinza volante, construção de barragens, retração e fissuração, substituição de cimento, resíduo industrial rico em cálcio