Assessing Engineering Properties of Concrete Produced with Broken Earthenware as a Partial Replacement of Coarse Aggregate

Resumo Técnico: Avaliação das Propriedades de Engenharia do Concreto com Substituição Parcial de Agregado Graúdo por Cerâmica Partida

Problema
A indústria da construção enfrenta desafios significativos relacionados ao esgotamento rápido dos recursos naturais e ao aumento dos custos associados à extração de agregados. O concreto, o segundo material mais consumido globalmente depois da água, depende fortemente de agregados, que constituem 75–80% de seu volume. Em nações em desenvolvimento como o Gana, a extração excessiva leva à degradação ambiental e à poluição dos ecossistemas. Concomitantemente, as indústrias cerâmica e de louça geram uma quantidade substancial de resíduos; aproximadamente 30% das matérias-primas na produção cerâmica e 2% dos produtos acabados são descartados como sucata. Este resíduo frequentemente acaba em aterros sanitários, onde pode interagir negativamente com as águas subterrâneas. O estudo aborda a necessidade dupla de reduzir os custos de construção e mitigar o impacto ambiental, investigando a viabilidade do uso de tigelas de cerâmica partidas como substituição parcial para os agregados graúdos tradicionais (granito britado) na produção de concreto.

Metodologia
A pesquisa empregou uma abordagem experimental para avaliar as propriedades mecânicas, físicas e de durabilidade do concreto.

• Materiais: O estudo utilizou Cimento Portland Comum (GHACEM Super Strong 42.5R), areia de cava, granito britado e tigelas de cerâmica partidas. A água seguiu as normas BS EN 1008:2002.
• Dosagem da Mistura: Uma resistência alvo de 25 N/mm² foi estabelecida usando uma proporção de mistura de 1:2:4 com uma relação água-cimento de 0,55.
• Preparação das Amostras: Os espécimes de concreto foram moldados em cubos de aço (100mm³) e cilindros (100mm de diâmetro × 200mm de altura). O granito britado foi parcialmente substituído por agregados de cerâmica partida a 0% (controle), 10%, 20%, 30% e 40% em peso.
• Cura e Testes: Os espécimes foram curados por 7, 14, 21 e 28 dias. Os testes incluíram:
  • Densidade: Medida conforme BS EN 12390-7:2019.
  • Resistência à Compressão: Testada utilizando uma Máquina de Ensaio Universal (UTM) conforme BS EN 12390-3:2019.
  • Resistência à Tração por Compressão Diametral (Split Tensile Strength): Realizada conforme BS EN 12390-6:2009.
  • Absorção de Água: Determinada após 28 dias conforme BS EN 1881-122:2011.
  • Ataque de Sulfato de Magnésio (MgSO₄): Os espécimes foram curados em solução de MgSO₄ por 28 dias e, posteriormente, testados quanto à resistência à compressão conforme BS EN 206-1:2000.
• Análise de Dados: Os resultados foram analisados utilizando o Microsoft Excel e ANOVA de uma via para determinar a significância estatística (P < 0,05).

Principais Resultados

• Densidade: A densidade diminuiu à medida que a porcentagem de substituição pela cerâmica aumentava. O espécime de controle (0%) atingiu a maior densidade (2486,67 kg/m³ aos 28 dias), enquanto a substituição de 40% registrou a menor (2276,67 kg/m³). A substituição de 10% rendeu uma densidade de 2432,00 kg/m³, sendo 2,2% inferior ao controle, mas permanecendo dentro da faixa de concreto de peso normal (1842–2483 kg/m³ conforme ASTM C138).
• Resistência à Compressão: A resistência aumentou com a idade de cura, mas diminuiu com maiores porcentagens de substituição. Aos 28 dias, o controle registrou 27,13 N/mm². A substituição de 10% registrou 26,39 N/mm² (2,7% inferior ao controle), enquanto a de 40% registrou 24,76 N/mm². Apesar da redução, todos os espécimes, exceto o de 40% de substituição, atingiram a resistência alvo de 25 N/mm², e todos ficaram dentro do padrão aceitável para unidades de alvenaria de carga (mínimo de 13,8 MPa conforme ASTM C90-22).
• Resistência à Tração por Compressão Diametral: As tendências espelharam a resistência à compressão, diminuindo conforme as porcentagens de substituição aumentavam. Aos 28 dias, os valores variaram de 2,769 N/mm² (controle) a 2,487 N/mm² (40% de substituição). A resistência à tração permaneceu entre 8% e 15% da resistência à compressão, consistente com o comportamento padrão do concreto.
• Absorção de Água: A absorção de água aumentou com as maiores porcentagens de substituição. O controle apresentou 2,44% de absorção, enquanto a substituição de 10% mostrou 2,52% (3,2% superior ao controle). A substituição de 40% atingiu 3,19%. Todos os valores permaneceram abaixo do limite de 5% frequentemente citado para concreto de alta qualidade e dentro da faixa ótima de 4–6%.
• Ataque de Sulfato de Magnésio (MgSO₄): A exposição ao MgSO₄ causou perdas de resistência em todos os espécimes. Curiosamente, a substituição de 40% demonstrou a maior resistência, com apenas 0,3% de perda de resistência, comparado a 2,5% para o controle. A substituição de 10% apresentou uma perda de 1,6%.

Conclusões e Significância
O estudo conclui que os agregados de cerâmica partida são uma substituição parcial viável para agregados graúos em concreto.

• Conformidade com Normas: O concreto produzido com até 40% de substituição atende às normas de engenharia estabelecidas por BS EN 12390:2019 e BS 1881-122:2011 em relação à densidade, resistência e absorção de água.
• Aplicações Recomendadas: Os autores recomendam uma substituição de 10% para trabalhos de concreto padrão, pois esta oferece um equilíbrio entre resistência e durabilidade com desvio mínimo das propriedades de controle. Uma substituição de 40% é recomendada especificamente para ambientes com alta exposição ao sulfato de magnésio, pois a mistura de 40% demonstrou resistência superior ao ataque químico.
• Impacto Econômico e Ambiental: A utilização de cerâmica partida reduz os custos de construção ao substituir agregados naturais caros por resíduos industriais de baixo custo. Além disso, promove a sustentabilidade ambiental ao desviar resíduos cerâmicos de aterros sanitários e reduzir a pegada ecológica associada à extração de agregados.

A pesquisa afirma que o reaproveitamento de resíduos cerâmicos melhora tanto a eficiência de custos quanto a sustentabilidade ambiental na indústria da construção sem comprometer a integridade estrutural necessária para aplicações de carga.