Mechanical Strength Assessment of Eco-Friendly Bricks Produced Using Waste Marble Dust and Crushed Stone Dust as Partial Cement Replacements

Resumo Técnico: Avaliação da Resistência Mecânica de Tijolos Ecológicos Produzidos com Resíduos de Pó de Mármore e Pó de Pedra Britada

Definição do Problema
A indústria da construção enfrenta um desafio duplo: a geração de quantidades massivas de resíduos industriais, especificamente pó de mármore (PM) e pó de pedra britada (PSB), e a alta pegada ambiental da produção de cimento. O processamento de mármore na Índia gera aproximadamente 12 milhões de toneladas de resíduos anualmente, apresentando riscos significativos de contaminação do solo e da água. Simultaneamente, a fabricação de cimento contribui com cerca de 5% das emissões antropogênicas globais de CO₂. Embora estudos anteriores tenham explorado o uso individual de PM ou PSB como substitutos parciais do cimento, o efeito sinérgico da combinação desses dois materiais de resíduos na fabricação de tijolos permanece uma lacuna de pesquisa significativa. Este estudo aborda a necessidade de utilizar esses materiais de resíduos disponíveis localmente para reduzir o consumo de cimento, mitigar riscos ambientais e produzir materiais de construção sustentáveis sem comprometer o desempenho mecânico.

Metodologia
A pesquisa empregou um delineamento experimental para avaliar a adequação do PM e do PSB como substitutos parciais do Cimento Portland Pozolânico (CPP) na produção de tijolos.

• Materiais: O estudo utilizou CPP (35% de cinza volante), areia natural (Zona I), pó de mármore e pó de pedra britada.
• Dosagem da Mistura: Os tijolos foram moldados em uma proporção de 1:4 (Cimento:Areia) com uma relação água-cimento de 0,45. A mistura de controle (M0) continha 100% de cimento. As misturas experimentais substituíram o cimento por proporções iguais de PM e PSB em três níveis:
  • M10: 10% PM + 10% PSB (Total de 20% de substituição).
  • M20: 20% PM + 20% PSB (Total de 40% de substituição).
  • M30: 30% PM + 30% PSB (Total de 60% de substituição).
• Preparação das Amostras: Tijolos medindo 230mm x 90mm x 80mm foram moldados em moldes de madeira, compactados usando um vibrador de mesa e curados em água por 7, 14 e 28 dias.
• Protocolos de Teste: O estudo realizou análise granulométrica, testes de gravidade específica, testes de teor de silte, testes de absorção de água e medições de densidade. A resistência à compressão foi avaliada utilizando uma Máquina de Ensaio de Compressão (CTM) aos 7, 14 e 28 dias.
• Análise Estatística: Os dados foram analisados por meio de estatística descritiva (média, desvio padrão, coeficiente de variação) e Análise de Variância de Um Caminho (ANOVA) para determinar a significância do tempo de cura e dos níveis de substituição na resistência (p < 0,05).

Principais Resultados

• Resistência à Compressão: A mistura de controle (M0) atingiu a maior resistência à compressão aos 28 dias de 24,56 MPa. A mistura M10 (20% de substituição total) registrou 20,62 MPa, representando uma alternativa viável. No entanto, níveis de substituição mais elevados resultaram em redução significativa de resistência: M20 (40% de substituição) caiu para 8,61 MPa, e M30 (60% de substituição) caiu para 6,37 MPa.
• Significância Estatística: A ANOVA confirmou que tanto o tempo de cura quanto o nível de substituição tiveram um efeito estatisticamente significativo na resistência à compressão (p < 0,001). O desenvolvimento da resistência ao longo do tempo (de 7 a 28 dias) foi significativo para todas as misturas.
• Absorção de Água: Observou-se uma relação inversa entre resistência e absorção de água. À medida que o nível de substituição aumentava, a absorção de água subia de 5,66% (M0) para 9,81% (M30), indicando aumento da porosidade e redução da ligação em níveis de substituição mais altos.
• Densidade: A densidade dos tijolos diminuiu gradualmente com o aumento da substituição, variando de 2698,87 kg/m³ (M0) para 2491,14 kg/m³ (M30). A mistura M10 manteve uma densidade consistente com materiais de construção padrão.
• Propriedades dos Materiais: O pó de mármore exibiu uma gravidade específica de 2,63 e o pó de pedra 2,57, ambos inferiores ao cimento (3,1), contribuindo para a redução observada na densidade.

Principais Contribuições e Alegações
O artigo afirma que a substituição parcial do cimento por uma combinação de pó de mármore e pó de pedra britada é uma estratégia viável para a construção sustentável, desde que o nível de substituição seja otimizado.

• Nível de Substituição Ótimo: O estudo identifica o nível de substituição total de 20% (10% PM + 10% PSB) como o candidato ideal. Esta mistura alcançou uma resistência média à compressão de 20,62 MPa, o que os autores argumentam ser suficiente para competir com a mistura de controle em aplicações de construção específicas, oferecendo simultaneamente benefícios ambientais.
• Utilização Sinérgica: A pesquisa destaca o potencial de utilizar dois fluxos distintos de resíduos industriais simultaneamente, abordando uma lacuna na literatura quanto à valorização combinada de resíduos.
• Impacto Ambiental e Econômico: Ao substituir o cimento, o estudo afirma uma redução nas emissões de CO₂ e no consumo de energia associados à fabricação de cimento. Além disso, a utilização de resíduos de origem local reduz os custos de transporte e os passivos de descarte associados às indústrias de processamento de mármore e pedra.

Significância
Os autores posicionam este trabalho como uma contribuição para os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) 9 (Indústria, Inovação e Infraestrutura) e 11 (Cidades e Comunidades Sustentáveis). O estudo demonstra que subprodutos industriais podem ser transformados em materiais de construção funcionais, reduzindo assim a pegada de carbono do ambiente construído e gerenciando resíduos sólidos. O artigo conclui que, embora a substituição excessiva comprometa a durabilidade e a resistência, uma substituição controlada de baixo nível (especificamente a substituição total de 20%) oferece uma abordagem equilibrada para alcançar economia de custos, sustentabilidade ambiental e desempenho mecânico aceitável. Sugere-se que trabalhos futuros foquem no desempenho a longo prazo e na padronização das propriedades dos materiais de resíduos.