Valorization of Wastepaper Ash and Waste Ceramic Powder as Supplementary Cementitious Materials in Cement Mortar Production

Imagine o mundo da construção como um monstro gigante e faminto que devora quantidades massivas de cimento para construir nossas casas e estradas. Este monstro também é um pouco problemático, arrotando enormes nuvens de dióxido de carbono que aquecem o nosso planeta. Enquanto isso, temos uma pilha de "lixo" parada por aí: papéis de escritório velhos e azulejos cerâmicos quebrados. Normalmente, eles acabam em aterros sanitários ou são queimados, o que é uma má notícia para o ar e o solo.

Este estudo faz uma pergunta simples e curiosa: E se pudéssemos alimentar o monstro do cimento com esse lixo em vez de fabricar cimento novo?

Os pesquisadores pegaram dois tipos específicos de resíduos — cinza de papel residual (WPA) (a cinza que sobra após a queima do papel) e pó de cerâmica residual (WCP) (azulejos triturados) — e os misturaram em uma proporção de 2:1. Eles então tentaram substituir diferentes quantidades do cimento na argamassa (a cola que mantém os tijolos unidos) por esta "mistura de lixo", que chamaram de WPACP. Eles testaram 0%, 5%, 10%, 15% e 20% de substituição.

A Zona "Goldilocks": Encontrando a Mistura Perfeita

Pense na mistura da argamassa como uma massa de bolo. Se você adicionar muita farinha, ela fica seca e esfarelenta. Se adicionar pouco, fica uma bagunça pastosa. Os pesquisadores descobriram que esta mistura de lixo WPACP tinha um ponto ideal muito específico.

• O Declínio da Trabalhabilidade: Assim que começaram a adicionar a mistura de lixo, a argamassa ficou mais "sedenta". Ela precisava de mais água para permanecer lisa e espalhável. Quanto mais lixo adicionavam, mais difícil era de trabalhar. Quando chegaram aos 20%, a argamassa estava ficando rígida e lenta.
• O Surto de Resistência: É aqui que fica emocionante. Quando substituíram 15% do cimento pela mistura WPACP, a argamassa não apenas aguentou; ela ficou mais forte.
  • Aos 28 dias de cura (deixando endurecer), a mistura de 15% foi 25,3% mais forte em compressão do que a mistura de cimento regular.
  • Aos 56 dias, ainda era 16,1% mais forte.
  • No entanto, se fossem longe demais e usassem 20%, a resistência começava a cair de volta. O artigo explicitamente descarta a ideia de que "mais lixo é sempre melhor". A mistura de 20% teve um desempenho pior do que o controle, provando que existe um limite para quanto resíduo você pode trocar antes que a estrutura enfraqueça.

O Escudo Invisível: Durabilidade e Densidade

Por que a mistura de 15% venceu? Imagine a argamassa como uma esponja. Uma esponja comum tem buracos grandes por onde a água pode entrar e causar danos. As partículas de WPACP são super pequenas e angulares. Quando adicionadas no nível de 15%, elas agem como um quebra-cabeça microscópico, preenchendo todos os pequenos vãos e buracos entre os grãos maiores de areia.

• O Efeito "Preenchimento": Isso criou uma estrutura muito mais densa e apertada. A mistura de 15% teve a menor absorção de água e a menor porosidade (menos buracos).
• O Teste Sônico: Eles usaram ondas sonoras (Velocidade de Pulso Ultrassônico) para verificar o interior da argamassa. O som viaja mais rápido através de coisas densas e sólidas e mais devagar através de coisas esponjosas e cheias de buracos. A mistura de 15% permitiu que o som viajasse mais rápido, confirmando que estava compactada. Ao chegar aos 56 dias, esta mistura foi classificada como de "Boa" qualidade, superando o cimento regular.
• O Escudo de Sulfato: Eles até mergulharam as amostras em uma solução de sulfato salina (como água do mar agressiva) para ver se elas se despedaçariam. A mistura de 15% perdeu a menor quantidade de resistência, provando ser a melhor em resistir a ataques químicos.

O Trabalho de Detetive Microscópico

Para ter certeza absoluta do que estava acontecendo lá dentro, os pesquisadores usaram "microscópios" de alta tecnologia que observam calor e luz:

1. Análise Térmica (TGA/DTA): Eles aqueceram as amostras até 900°C para ver o que evaporava. Descobriram que a mistura de 15% teve a menor perda de peso. Isso significa que ela possui a estrutura mais estável e a menor quantidade de água "livre" ou pontos fracos. Também mostrou que a cinza e o pó residuais reagiram com o cimento para criar mais "cola" (gel C-S-H) e consumir as partes mais fracas (hidróxido de cálcio).
2. Espectroscopia de Infravermelho (FT-IR): Isso é como tirar uma impressão digital das substâncias químicas. Os escaneamentos mostraram que a mistura de 15% tinha um sinal muito mais forte para a "super cola" (gel C-S-H) e um sinal mais fraco para as partes mais fracas (hidróxido de cálcio). Isso confirmou que os materiais residuais estavam ajudando ativamente a construir uma matriz mais forte, em vez de apenas ficarem ali como preenchimento.

O Veredito

O artigo conclui que você não pode simplesmente despejar lixo ilimitado no cimento. 20% é demais, e 0% está perdendo os benefícios. Mas 15%? Esse é o número mágico.

Ao substituir 15% do cimento com uma mistura 2:1 de cinza de papel residual e pó de cerâmica residual, você obtém uma argamassa que é:

• Mais forte (até 25,3% mais resistência à compressão aos 28 dias).
• Mais densa (menor absorção de água e porosidade).
• Mais durável (melhor resistência a ataques de sulfato).
• Mais verde (menos cimento necessário, menos resíduos em aterros sanitários).

O estudo sugere que esta é uma opção viável e real para criar materiais de construção que sejam mais fortes para o meio ambiente e mais resistentes no canteiro de obras. No entanto, os autores observam que, embora os resultados de laboratório sejam promissores, pesquisas futuras ainda são necessárias para otimizar isso para o uso em larga escala. Eles não declararam que é um problema resolvido para o mundo inteiro, mas certamente encontraram uma receita muito sólida para o futuro.