Study of the technical viability in the use of bof slags as a Mineral admixture in cement

A reciclagem de resíduos apresenta-se como uma alternativa adequada com relação à preservação dos recursos naturais e do meio ambiente. As escórias de aciaria são resíduos siderúrgicos originados na fabricação do aço, e são geradas em grandes quantidades. Estes resíduos são estocados nos pátios siderúrgicos, onde permanecem, na sua maioria, sem qualquer destino. Normalmente, as escórias de aciaria são volumetricamente instáveis, apresentando características expansivas, e por esta razão, a aplicação das mesmas em materiais de construção torna-se restrita. Esta pesquisa tem como objetivo estudar a viabilidade técnica do uso das escórias de aciaria LD como adição em cimentos, propondo um método de estabilização por meio de granulação por resfriamento brusco destas escórias, buscando, desta forma, a eliminação do fenômeno da expansão, e visando a melhoria das características destes resíduos. No processo de estabilização, a escória líquida foi granulada em uma usina siderúrgica. Estudos complementares de granulação foram realizados nos laboratórios da UFRGS, empregando-se escórias refundidas. A granulação por resfriamento brusco favoreceu a redução do CaOlivre, a eliminação do MgO na forma de periclásio, e a eliminação do bC2S das escórias, considerados agentes causadores da expansão. No entanto, a elevada basicidade da escória LD dificulta a formação da estrutura vítrea e a separação da fração metálica após o resfriamento brusco. Foram realizados ensaios de expansão das escórias, atividade pozolânica, e resistência mecânica de argamassas com escórias granuladas. O resfriamento brusco proporcionou a eliminação da expansão e o desenvolvimento das propriedades pozolânicas/cimentícias da escória granulada. Como adição em cimentos, do ponto de vista da resistência mecânica, as argamassas compostas com escórias granuladas e clínquer apresentaram níveis de resistência à compressão axial compatíveis com as especificações referentes ao cimento Portland composto, apesar destes resultados serem inferiores aos obtidos para as argamassas de referência.The recycling process of waste appears as an appropriated alternative to dumping and provides many environment benefits. Steel slag is metallurgical waste generated during the steelmaking process and is normally dumped in open areas. Steel slag, however, generally exhibit volumetric instability and show expansion with age, which is considered a limiting factor when used in civil construction. This report evaluates the use of BOF slag as a mineral admixture in cement, and proposes stabilization of the slag through a granulation by quenching method. The objective is to eliminate expansive characteristics and to improve mechanical performance when slag is used as a Portland cement component. In the stabilization process, liquid slag was granulated in a steel plant. Supplemental investigation of the re-melted steel slag was undertaken in the laboratory. The granulation by quenching method reduced traces of free lime in the slag, and improved elimination of periclase and bC2S, which are considered causes of expansion. The high basicity of BOF slag, however, makes it difficult to convert its crystalline structure into an amorphous and the metallic fraction separation. Expansion tests, pozzolanic activity, and mechanical performance of the granulated slag were evaluated. Quenching provided an elimination of expansion and improved slag’s pozzolanic activity. Results of the axial compression test, indicate that the mortars with granulated slags are satisfactory relative to Portland cement composite specifications containing blast-furnace slags. These results, however, are minor when compared to reference mortars