Efeito do consumo de cimento na permeabilidade e ecoeficiência do concreto

Abstract

Resumo: O concreto é um dos materiais de construção mais utilizados no mundo, sendo amplamente empregado em obras de infraestrutura, edificações e sistemas estruturais. Para sua produção é necessária a utilização do cimento Portland, que atua como ligante hidráulico responsável por promover a coesão entre os agregados e possibilitar o desenvolvimento das propriedades mecânicas e de durabilidade do material após as reações de hidratação. Segundo Scrivener, John e Gartner (2018), o concreto é o segundo material mais consumido no mundo, sendo superado apenas pela água em termos de utilização global. Esse elevado consumo está associado à sua versatilidade, à ampla disponibilidade de matérias-primas e à capacidade de ser moldado em diferentes geometrias e sistemas estruturais, além de apresentar um custo relativamente baixo quando comparado a outros materiais utilizados na construção civil. Entretanto, a sua produção está associada a elevadas emissões de CO2 na atmosfera, contribuindo para o efeito estufa que afeta diretamente o clima em que vivemos. O presente estudo tem por objetivo investigar o efeito do consumo de cimento na permeabilidade do concreto, mantendo a relação água/cimento normatizada pela ABNT NBR 12655:2022. As análises foram realizadas através dos ensaios de resistência à compressão, módulo de elasticidade dinâmico, resistência à tração por compressão diametral e permeabilidade ao CO2 (carbonatação). Os resultados indicam que, para relações água/cimento variando entre 0,45 e 0,65, a redução de 30 kg/m³ no consumo de cimento não comprometeu o desempenho dos concretos produzidos com relações água/cimento de 0,45 e 0,55. Entre as composições avaliadas, o traço com relação água/cimento 0,45 apresentou os melhores indicadores de desempenho mecânico e de durabilidade, evidenciando maior resistência à carbonatação e melhor desempenho global do material. A análise integrada mostrou que a redução de cimento só é ecoeficiente quando não aumenta a profundidade de carbonatação. O traço produzido com cimento CP II-F 40 proposto, com relação água/cimento de 0,45, apresentou o menor indicador de ecoeficiência (kgCO2/MPa) e profundidade de carbonatação não detectada no período de ensaio. Em relações água/cimento mais elevadas, observou-se penalidade de durabilidade, evidenciando que a otimização ambiental depende do equilíbrio entre emissões e resistência à penetração de CO2, indicando a existência de um limiar de consumo de cimento próximo a 280 kg/m³, abaixo do qual a carbonatação aumenta de forma significativa.

Abstract: Concrete is one of the most widely used construction materials in the world and is extensively employed in infrastructure works, buildings, and structural systems. Its production requires the use of Portland cement, which acts as a hydraulic binder responsible for promoting cohesion among aggregates and enabling the development of the material's mechanical and durability properties after hydration reactions occur. According to Scrivener, John, and Gartner (2018), concrete is the second most consumed material in the world, surpassed only by water in terms of global use. This high level of consumption is associated with its versatility, the wide availability of raw materials, and its ability to be molded into different geometries and structural systems, in addition to presenting a relatively low cost when compared to other construction materials. However, its production is associated with significant CO2 emissions into the atmosphere, contributing to the greenhouse effect that directly affects the global climate. The present study aims to investigate the effect of cement consumption on the permeability of concrete while maintaining water-to-cement ratios in accordance with ABNT NBR 12655:2022. The analyses were performed through compressive strength tests, dynamic modulus of elasticity, splitting tensile strength, and CO2 permeability (carbonation). The results indicate that, for water-to-cement ratios ranging from 0.45 to 0.65, a reduction of 30 kg/m³ in cement consumption did not compromise the performance of concretes produced with water-to-cement ratios of 0.45 and 0.55. Among the evaluated compositions, the mixture with a water-to-cement ratio of 0.45 presented the best mechanical and durability performance indicators, showing higher resistance to carbonation and better overall material performance. The integrated analysis showed that cement reduction is only eco-efficient when it does not increase carbonation depth. The proposed mixture produced with CP II-F 40 cement and a water-to-cement ratio of 0.45 presented the lowest eco-efficiency indicator (kgCO2/MPa) and no detectable carbonation depth during the test period. At higher water-to-cement ratios, a durability penalty was observed, indicating that environmental optimization depends on the balance between emissions and resistance to CO2 penetration. The results suggest the existence of a cement consumption threshold close to 280 kg/m³, below which carbonation increases significantly.