Desempenho mecânico e estabilidade térmica do cimento Portland endurecido

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 2036 (2023) Citar este artigo

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Este estudo teve como objetivo investigar a possibilidade de utilização de diferentes proporções (5, 10, 15% em massa) de lama de alúmen reciclado (RAS) como substituição parcial do cimento Portland comum (OPC), para contribuir na solução dos problemas encontrados também pela produção de cimento. como armazenamento de grandes quantidades de resíduos de lamas tratadas com água. Nanopartículas de espinélio MnFe2O4 (NMFs) foram utilizadas para elaborar as características mecânicas e durabilidade de diferentes blendas OPC-RAS. Os resultados dos testes de resistência à compressão, densidade aparente, absorção de água e estabilidade à queima garantiram a adequação do aproveitamento dos resíduos de RAS para substituição do 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 melhores características físico-mecânicas e estabilidade à queima. O compósito feito de 90% OPC – 10% RAS – 0,5% NMFs apresentou as melhores características e é considerado a escolha ideal para aplicações gerais de construção. Técnicas de análise termogravimétrica (TGA/DTG), análise de difração de raios X (XRD) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). afirmaram o impacto positivo das partículas de NMFs, pois demonstraram a formação de enormes fases como ilvaíta (CFSH), hidratos de silicato de cálcio (CSHs), MnCSH, Nchwaningita [Mn2 SiO3(OH)2 H2O], [(Mn, Ca) Mn4O9⋅ 3H2O], hidratos de aluminossilicato de cálcio (CASH), glaucocroíta [(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 dos pesquisadores tornaram-se extremamente grandes e focadas em encontrar alternativas convenientes para o cimento (parcial ou totalmente substituído) no concreto1. Aproximadamente ~ 5% das emissões globais de gases de efeito estufa resultam da indústria do cimento (~ 1 tonelada de CO2 é produzida durante a fabricação de uma tonelada de cimento Portland). Além disso, a indústria cimenteira torna-se muito cara e altamente consumida por energia e recursos naturais. Assim, a resolução dos problemas económicos e ecológicos da indústria de produção de cimento tornou-se extremamente urgente2,3.

Felizmente, a reciclagem de alguns resíduos industriais torna-se uma forma essencial para os desafios cruciais mitigarem os seus riscos no futuro. Assim, a utilização destes resíduos no sector da construção tem vários retornos que reduzem principalmente a área de aterro, poupança de custos, poupança de energia, protecção ambiental onde o perigo para a saúde humana é minimizado e poupança de recursos4,5,6. Em estudos anteriores e recentes de numerosos investigadores, muitos subprodutos sólidos (resíduos industriais ou agrícolas) foram 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 escórias (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, a drenagem do excesso de lodo obtido durante o tratamento da água, seja por descarregamento em cursos de água ou em aterros, é considerada um grande problema ambiental20. As características especiais das lamas de tratamento de água são fortemente encorajadas a sua utilização na substituição parcial da argila necessária para o fabrico de clínquer e outros materiais cerâmicos sinterizados para minimizar os riscos ambientais, o custo-benefício e a colaboração na produção sustentada de materiais de construção21. Diversos estudos avaliaram a viabilidade do uso de lodo de tratamento de água (ETA) em materiais cimentícios complementares para concreto22 e argamassa23.

Os compostos de espinélio têm a fórmula DT2O4 (enquanto; D representa cátion divalente, como: Ca, Mg, Cu, Ni, Fe, Mn, Co e Zn, enquanto T representa metal trivalente, como Al, Fe e Cr) e são tecnologicamente materiais substanciais devido às suas características físicas. As ferritas Spinel possuem uma geometria cristalográfica de [M2+-] tetra [Fe3+]octa O4 onde M2+ representa íons divalentes como Mg2, Ni2+, Co2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+ e Mn2+2.