ALKALI-ACTIVATED PASTE BASED ON BIOMASS ASH

Abstract

The increasing demand for sustainable alternatives in civil construction has spurred the development of cementitious materials with reduced environmental impact. In this context, alkali-activated materials have emerged as a promising solution, enabling the partial replacement of Portland cement with industrial by-products, such as biomass ash and fly ash. This paper investigates the use of biomass ash from the ceramic industry (CBA) and the cellulose industry (PBA), in binary mixtures with fly ash (FA), in the production of alkaline-activated cementitious pastes. Mini-slump, setting time, compressive strength, water absorption and scanning electron microscopy (SEM) tests were performed. CBA with a high calcium content (86.23%), showed greater reactivity and better mechanical performance in the pastes. In contrast, PBA, characterized by a high silica content (65.9%) and a low calcium content (6.54%), exhibiting higher compressive strength (30,66 MPa), but lower workability indices. The results demonstrate that these ashes are viable alternatives to Portland cement, contributing to sustainability and the circular economy by reusing industrial waste. However, the variability in ash properties requires strict control to ensure consistency and optimization of composites.

A crescente demanda por alternativas sustentáveis na construção civil tem estimulado o desenvolvimento de materiais cimentícios com menor impacto ambiental. Nesse contexto, os materiais álcali-ativados têm surgido como uma solução promissora, possibilitando a substituição parcial do cimento Portland por subprodutos industriais, como cinzas de biomassa e cinzas volantes. Este trabalho investiga o uso de cinzas de biomassa da indústria cerâmica (CBA) e da indústria de celulose (PBA), em misturas binárias com cinzas volantes (FA), na produção de pastas cimentícias álcali-ativadas. Foram realizados ensaios de mini-slump, tempo de pega, resistência à compressão, absorção de água e microscopia eletrônica de varredura (MEV). CBA com alto teor de cálcio (86,23%), apresentou maior reatividade e melhor desempenho mecânico nas pastas. Em contrapartida, PBA, caracterizado por alto teor de sílica (65,9%) e baixo teor de cálcio (6,54%), apresentou maior resistência à compressão (30,66 MPa), porém menores índices de trabalhabilidade. Os resultados demonstram que essas cinzas são alternativas viáveis ao cimento Portland, contribuindo para a sustentabilidade e a economia circular por meio do reaproveitamento de resíduos industriais. No entanto, a variabilidade nas propriedades das cinzas requer controle rigoroso para garantir a consistência e a otimização dos compósitos.

La creciente demanda de alternativas sostenibles en la construcción civil ha impulsado el desarrollo de materiales cementantes con menor impacto ambiental. En este contexto, los materiales alcalinamente activados han surgido como una solución prometedora, permitiendo la sustitución parcial del cemento Portland por subproductos industriales, como las cenizas de biomasa y las cenizas volantes. Este trabajo investiga el uso de ceniza de biomasa proveniente de la industria cerámica (CBA) y de la industria de la celulosa (PBA), en mezclas binarias con ceniza volante (FA), para la producción de pastas cementicias alcalinamente activadas. Se realizaron ensayos de asentamiento en mini-slump, tiempo de fraguado, resistencia a la compresión, absorción de agua y microscopía electrónica de barrido (SEM). La CBA, con un alto contenido de calcio (86,23%), mostró una mayor reactividad y mejor desempeño mecánico en las pastas. En contraste, la PBA, caracterizada por un alto contenido de sílice (65,9%) y bajo contenido de calcio (6,54%), presentó una resistencia a la compresión más elevada (30,66 MPa), pero menores índices de trabajabilidad.Los resultados demuestran que estas cenizas son alternativas viables al cemento Portland, contribuyendo a la sostenibilidad y a la economía circular mediante la reutilización de residuos industriales. Sin embargo, la variabilidad en las propiedades de las cenizas requiere un control riguroso para garantizar la consistencia y la optimización de los compuestos.