Mechanical and physicochemical performance of calcined kaolin based alkali activated compressed lateritic earth blocks versus Portland cement stabilization at early age

Em muitas partes do mundo, a forma mais prática de construir uma casa é utilizar a própria terra. Blocos de terra compactada, que são essencialmente tijolos feitos de solo que foi compactado firmemente em moldes, oferecem uma alternativa de baixo custo e sustentável aos tijolos de argila cozida ou ao concreto. No entanto, o solo bruto é fraco e esfarela quando fica molhado, por isso os construtores tradicionalmente misturam um agente aglutinante para mantê-lo unido. Durante décadas, a escolha padrão tem sido o cimento Portland comum, um material que endurece em uma estrutura semelhante à pedra, mas que carrega um pesado custo ambiental devido à enorme quantidade de dióxido de carbono liberada durante a sua produção. À medida que o mundo busca métodos de construção mais verdes, cientistas voltaram sua atenção para um tipo diferente de aglutinante: o geopolímero. Este material é criado misturando argila local com uma solução alcalina forte, desencadeando uma reação química que transforma a argila em uma substância dura, semelhante à rocha, sem a necessidade de queima em alta temperatura. A questão que os pesquisadores enfrentam é se esta nova abordagem de menor emissão de carbono pode realmente rivalizar com o desempenho do cimento tradicional, especialmente nos climas úmidos e tropicais onde esses edifícios são mais necessários.

Uma equipe de pesquisadores baseada em Camarões e na Alemanha estabeleceu o objetivo de responder a essa questão comparando diretamente dois tipos de blocos de terra estabilizados. Eles utilizaram um tipo específico de solo vermelho, rico em argila, conhecido como laterita, que é comum na região, e o prepararam para uso de duas maneiras diferentes. Para o primeiro grupo de blocos, eles misturaram o solo com cimento Portland comum. Para o segundo grupo, utilizaram um aglutinante de geopolímero feito de caulin, um tipo de argila que foi primeiro aquecida a uma alta temperatura para se tornar quimicamente reativa, e depois misturada com uma solução alcalina líquida. Eles criaram blocos com diferentes quantidades desses aglutinantes, variando de cinco por cento a dez por cento do peso total, e os prensaram em formas sólidas usando uma máquina pesada. Após deixar os blocos assentarem e endurecerem por uma e duas semanas, a equipe submeteu-os a uma série rigorosa de testes para ver quão fortes eram, quanto absorviam de água e como eram suas estruturas internas sob um microscópio.

Os resultados revelaram uma divisão clara de desempenho dependendo de qual tipo de resistência era mais importante. Quando os pesquisadores testaram quanto peso os blocos podiam suportar antes de serem esmagados, os blocos de geopolímero provaram ser o concorrente mais forte. No nível mais alto de aglutinante, de dez por cento, e após duas semanas de cura, os blocos de geopolímero puderam suportar uma força de esmagamento de 10,62 megapascais quando secos, e impressionantes 10,12 megapascais mesmo após serem embebidos em água. Em contraste, os blocos de cimento no mesmo nível só conseguiram suportar 8,12 megapascais quando secos e caíram para 6,75 megapascais quando molhados. Esta diferença é significativa porque mostra que os blocos de geopolímero não apenas começaram mais fortes, mas também resistiram muito melhor quando expostos à umidade, perdendo muito pouco de sua resistência. Os blocos de cimento, no entanto, sofreram uma queda muito maior de resistência quando molhados, sugerindo que são mais vulneráveis à erosão e aos danos causados pelas chuvas intensas.

A história foi diferente quando os pesquisadores testaram a flexibilidade dos blocos, ou seja, sua capacidade de dobrar sem quebrar. Nesta área, os blocos tradicionais de cimento assumiram a liderança. Os blocos estabilizados com cimento puderam suportar uma força de flexão de 4,22 megapascais, enquanto os blocos de geopolímero conseguiram apenas 2,81 megapascais. Isso indica que, embora o geopolímero crie um material muito duro e denso que resiste ao esmagamento, ele é mais quebradiço e menos capaz de lidar com os tipos de forças de torção ou flexão que podem ocorrer durante um terremoto ou o assentamento irregular do solo. O cimento, por comparação, retém um pouco mais de flexibilidade, permitindo que absorva o estresse sem quebrar tão facilmente.

Para entender por que esses dois materiais se comportaram de forma tão diferente, a equipe olhou dentro dos blocos usando ferramentas de imagem especializadas que revelam o arranjo de átomos e moléculas. Eles descobriram que os blocos de cimento continham os produtos químicos esperados da hidratação do cimento, juntamente com algumas partículas de cimento não reagidas que não se misturaram totalmente devido ao baixo teor de água usado na fabricação dos tijolos. Os blocos de geopolímero, no entanto, mostraram um cenário interno diferente. Em vez de cristais de cimento, eles continham um gel amorfo denso — uma substância que carece de uma estrutura cristalina rígida, mas que une as partículas de solo firmemente. Este gel formou-se porque a caulin tratada pelo calor reagiu com a solução alcalina para criar uma nova rede tridimensional. Esta rede foi tão eficaz em preencher as minúsculas lacunas entre as partículas de solo que os blocos de geopolímero acabaram sendo mais densos e menos porosos que os blocos de cimento. Eles absorveram significativamente menos água, com as melhores amostras de geopolímero absorvendo apenas cerca de nove por cento de seu peso em água, comparado a quase doze por cento das amostras de cimento.

O estudo conclui que nenhum dos materiais é um substituto perfeito para o outro em todas as situações, mas o geopolímero oferece uma alternativa atraente para necessidades específicas. Para construtores em regiões tropicais, onde a chuva intensa é uma ameação constante, os blocos de geopolímero proporcionam resistência superior aos danos causados pela água e maior resistência à compressão, tornando-os excelentes para paredes de suporte de carga que devem permanecer secas e sólidas. No entanto, para aplicações onde a estrutura precisa flexionar ou resistir a forças de flexão, o cimento tradicional ainda detém a vantagem. A pesquisa demonstra que, ao utilizar materiais disponíveis localmente e um processo químico de baixo carbono, é possível criar blocos de terra que não são apenas ambientalmente amigáveis, mas também tecnicamente superiores em termos de durabilidade e estabilidade à água. Este trabalho sugere que o futuro da habitação sustentável nestas regiões pode residir na escolha do aglutinante certo para o trabalho certo, em vez de depender de uma única solução universal.