Estudo do uso de resíduo do polimento de porcelanato em concreto autoadensável

Abstract

O Brasil é o segundo maior produtor mundial de revestimentos cerâmicos, gerando anualmente 60.000 ton de resíduo de polimento do porcelanato (RPP). Este material pode apresentar elevada atividade pozolânica, tendo potencial para melhorar as propriedades dos concretos nos estados fresco e endurecido, além de reduzir o consumo de cimento dos mesmos. Neste trabalho, foram preparadas pastas e concretos autoadensáveis (CAAs) com diferentes teores de substituição do cimento Portland por dois RPPs, e um fíler calcário (material de referência). Nas pastas, preparadas sem superplastificante (SP), as propriedades no estado fresco foram avaliadas por meio de reometria rotacional e mini slump. A cinética de hidratação e atividade pozolânica do resíduo foram avaliadas respectivamente por meio de calorimetria isotérmica e análise termogravimétrica (TG). Nos concretos, as propriedades no estado fresco foram avaliadas por meio dos ensaios de campo slump flow, T500, funil V e anel J, e de reometria rotacional. A resistência à compressão dos CAAs foi determinada aos 28, 91 e 365 dias. Por fim, foi feita uma análise ambiental (emissão de CO2-eq/m³ de concreto) e econômica (R$/MPa.m³) para cada CAA. Os resultados em pasta mostraram que a elevada superfície específica do RPP aumentou a viscosidade e tensão de escoamento das misturas. O mini slump apesentou boa correlação com tensões de escoamento de até 60 Pa. A calorimetria isotérmica mostrou que a presença do RPP potencializou a hidratação do cimento e a TG confirmou a atividade pozolânica dos resíduos. Nos concretos, foi constatado que a substituição de até 20% do cimento por RPP melhorou ligeiramente as propriedades dos CAAs no estado fresco (fluidez, habilidade passante e consumo de SP). O slump flow e T500 não apresentaram boas correlações com os parâmetros reológicos, enquanto o funil V e relação anel J/slump flow avaliaram bem a viscosidade e habilidade passante das misturas, respectivamente. As resistências dos concretos contendo RPP atingiram até 95% da resistência da referência aos 91 dias, e 98% aos 365 dias. A incorporação dos RPPs aumentou a eficiência do cimento, chegando a valores da ordem de 4 kg/m³.MPa aos 365 dias. Ainda, para uma resistência de 70 MPa aos 91 dias, a incorporação de RPP resulta na redução de até 17% na emissão de CO2-eq/m³ de concreto e 18% no custo do material (30% de substituição), além de permitir a incorporação de 127 kg do resíduo/m³ de concreto.

Abstract: Brazil is the second largest producer of ceramic tiles in the world, generating annually 60,000 tons of porcelain polish residue (PPR). This material may have high pozzolanic activity, having potential to improve the concrete properties in the fresh and hardened states, besides reducing their cement consumption. In this work, pastes and self-compacting concrete (SCCs) with different replacement levels of Portland cement by two PPRs and a limestone filler (reference material) were prepared. In the pastes, which were prepared without superplasticizer (SP), the fresh state properties were evaluated by rotational rheometry and the mini slump test. The hydration kinetics and pozzolanic activity of the PPR were evaluated respectively by isothermal calorimetry and thermogravimetric analysis (TG). In the concretes, the fresh state properties were evaluated by the workability tests slump flow, T500, V-funnel and J-ring, and by rotational rheometry. The compressive strength of the SCCs was determined at 28, 91 and 365 days. Finally, environmental (CO2-eq / m³ concrete) and economic (R$/MPa.m³) analyzes were performed for each SCC. The paste results showed that the high specific surface area of the PPR increased the viscosity and yield stress of the pastes. The mini slump results showed good correlation with yield stresses up to 60 Pa. The isothermal calorimetry showed that the presence of PPR enhanced the hydration of the cement and TG confirmed the pozzolanic activity of the residue. In the concretes, it was verified that up to 20% replacement of cement by PPR resulted in SCCs with slightly better fresh properties (flowability, passing ability and SP consumption) compared with the reference. The slump flow and T500 did not show good correlations with the rheological parameters, while the V-funnel and J-ring/slump flow ratio adequately evaluated the viscosity and passing ability of the mixtures, respectively. The compressive strength of the concretes containing PPR reached up to 95% of the reference at 91 days, and 98% at 365 days. The incorporation of the PPRs increased the cement efficiency, reaching values of about 4 kg/m³.MPa at 365 days. In addition, for a compressive strength of 70 MPa at 91 days, the incorporation of PPR would reduce the emission of CO2-eq/m³ of concrete by up to 18%, and the cost of the concrete by up to 16%, besides allowing the incorporation of 127 kg of the residue/m³ of concrete (for 30% replacement).