Avaliação do uso de resíduos industriais como materiais cimentícios suplementares na produção de concretos sustentáveis

Abstract

A produção de cimento Portland é uma fonte expressiva de emissões de CO2, pesquisas indicam que aproximadamente 7% das emissões globais podem ser atribuídas ao setor de produção de cimento Portland. Esta indicação levou as empresas a buscarem práticas mais sustentáveis, incluindo a incorporação de subprodutos industriais, tais como materiais cimentícios suplementares. O presente estudo explora três resíduos: resíduo de polimento de porcelanato (RPP), cinza de casca de arroz (CCA) e cinza volante (CV), como substitutos parciais do cimento Portland. Foram analisadas as propriedades dos materiais, características físicas e resistência à compressão do concreto, com o intuito de identificar sua proporção ótima entre resíduo e cimento. A substituição do cimento pelo material suplementar foi nas proporções de 10%, 20% e 30% de cada resíduo. As avaliações abrangeram trabalhabilidade, resistência à compressão aos 28 dias, densidade, absorção de água e porosidade. Com resultados divergentes para cada resíduo, verificou-se que a cinza volante apresentou os melhores resultados quanto a resistência mecânica, sendo que até o teor de 20% de substituição, pode ocorrer um aumento de até 6% na resistência à compressão, sem afetar sua trabalhabilidade e demais propriedades. Já o resíduo de polimento de porcelanato, devido as suas características como finura, densificou mais o concreto, reduzindo sua absorção de água, porém apresentou resultados inferiores quanto a trabalhabilidade. Na cinza de casca de arroz, a substituição ideal foi de 10%, evidenciando aumento na resistência, densidade e porosidade, mas com impacto na trabalhabilidade. Os resultados apresentados mostram que é necessária uma dosagem específica para cada resíduo, não existindo uma dosagem única para produção de cimento com material suplementar. No entanto, a viabilidade da substituição desses resíduos no concreto permanece, desde que se adote uma abordagem personalizada.

The production of Portland cement is a significant source of CO2 emissions; research indicates that approximately 7% of global emissions can be attributed to the Portland cement production sector. This realization has prompted companies to seek more sustainable practices, including the incorporation of industrial by-products such as supplementary cementitious materials. This study explores three waste materials: porcelain tile polishing residue (PPR), rice husk ash (RHA), and fly ash (FA), as partial substitutes for Portland cement. The properties of the materials, physical characteristics, and compressive strength of concrete were analyzed to identify the optimal ratio between waste and cement. Cement replacement with the supplementary material was done at proportions of 10%, 20%, and 30% for each waste. Evaluations covered workability, compressive strength at 28 days, density, water absorption, and porosity. With divergent results for each waste, it was found that fly ash exhibited the best mechanical strength outcomes. Up to a 20% substitution rate, there could be an increase of up to 6% in compressive strength without affecting workability and other properties. Porcelain tile polishing residue, due to its fineness, densified the concrete, reducing water absorption but showed inferior workability results. In the case of rice husk ash, the ideal substitution rate was 10%, indicating an increase in strength, density, and porosity but with an impact on workability. The results demonstrate the need for specific dosage for each waste, as there is no one-size-fits-all dosage for the production of cement with supplementary material. However, the feasibility of substituting these wastes in concrete remains, provided a personalized approach is adopted.