Desempenho mecânico e estabilidade térmica de cimento Portland endurecido

Jul 24, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2036 (2023) Citar este artigo

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Este estudo se concentrou em investigar a possibilidade de usar diferentes proporções (5, 10, 15% em massa) de lodo de alume reciclado (RAS) como substituto parcial do cimento Portland comum (OPC), para contribuir para resolver os problemas encontrados pela produção de cimento, bem como como armazenamento de grandes quantidades de resíduos de lodo tratado com água. Nanopartículas de espinélio (NMFs) de MnFe2O4 foram utilizadas para elaborar as características mecânicas e durabilidade de diferentes blendas OPC-RAS. Os resultados dos ensaios de resistência à compressão, densidade aparente, absorção de água e estabilidade à queima confirmaram a adequação do aproveitamento do resíduo de RAS em substituição ao OPC (limite máximo de 10%). A inclusão de diferentes doses de nanopartículas de NMFs (0,5, 1 e 2% em massa) nas pastas OPC-RAS motiva a configuração de nanocompósitos endurecidos com características físico-mecânicas aprimoradas e estabilidade contra queima. O compósito feito de 90% OPC–10% RAS–0,5% NMFs apresentou as melhores características e considera a escolha ideal para aplicações de construção em geral. Técnicas de análise termogravimétrica (TGA/DTG), análise de difração de raios X (XRD) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). afirmaram o impacto positivo das partículas de NMFs, pois demonstraram a formação de enormes fases como ilvaita (CFSH), hidratos de silicato de cálcio (CSHs), MnCSH, Nchwaningita [Mn2 SiO3(OH)2 H2O], [(Mn, Ca) Mn4O9⋅ 3H2O], hidratos de aluminossilicato de cálcio (CASH), glaucocroita [(Ca, Mn)2SiO4 e hidrato de ferrita de cálcio (CFH). Esses hidratos aumentaram a robustez e a resistência à degradação dos nanocompósitos endurecidos após a queima.

Ultimamente, observou-se um enorme salto no campo da construção, onde as tentativas de pesquisadores tornaram-se extremamente grandes e focadas em como encontrar alternativas convenientes para o cimento (substituído parcial ou totalmente) no concreto1. Aproximadamente ~ 5% das emissões globais de gases de efeito estufa resultam da indústria de cimento (~ 1 tonelada de CO2 é produzida durante a fabricação de uma tonelada de cimento Portland). Adicionalmente, a indústria cimenteira torna-se muito cara e altamente consumida por energia e recursos naturais. Assim, resolver os problemas econômicos e ecológicos da indústria de produção de cimento tornou-se extremamente urgente2,3.

Felizmente, a reciclagem de alguns resíduos industriais torna-se um meio essencial para os desafios cruciais de mitigar os seus riscos no futuro. Assim, o uso desses resíduos no setor da construção civil tem vários retornos que principalmente reduzem a área de aterro, economia de custos, economia de energia, proteção ambiental onde o perigo para a saúde humana é minimizado e economia de recursos4,5,6. Em estudos anteriores e recentes de inúmeros pesquisadores, muitos subprodutos sólidos (resíduos industriais ou agrícolas) têm sido reutilizados em campos de construção sustentável. Resíduos cerâmicos7,8, resíduos de pó de mármore9,10, resíduos de vidro11, cinzas volantes12,13, resíduos de tijolos14, cinzas de bagaço15, cinzas de casca de arroz16 escória (GGBFS)17 e sílica ativa (SF) são exemplos famosos desses subprodutos sólidos18.

O descarte de lodo de tratamento de água (ETA) torna-se um grave problema internacional19. Geralmente, o escoamento do excesso de lodo obtido durante o tratamento da água, seja por meio de despejo em cursos d'água ou em aterros sanitários, é considerado um grande problema ambiental20. As características especiais do lodo de tratamento de água são fortemente incentivadas a seu uso na substituição parcial da argila necessária para a fabricação de clínquer e outros materiais cerâmicos sinterizados para minimizar riscos ambientais, custo-benefício e colaboração na produção sustentada de materiais de construção21. Vários estudos avaliaram a viabilidade do uso de lodo de tratamento de água (WTS) em materiais cimentícios suplementares para concreto22 e argamassa23.

Os compostos de espinélio têm a fórmula DT2O4 (enquanto; D representam cátions divalentes, como: Ca, Mg, Cu, Ni, Fe, Mn, Co e Zn, enquanto T representam metais trivalentes, como Al, Fe e Cr) e são tecnologicamente materiais substanciais por causa de suas características físicas. As ferritas Espinélio possuem uma geometria cristalográfica de [M2+-] tetra [Fe3+]octa O4 onde M2+ representam íons bivalentes como Mg2, Ni2+, Co2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+ e Mn2+2.