Influence of recycled fine aggregate particle size on wet carbonation for producing sustainable aggregate from construction waste
Este estudo demonstra que a carbonatação úmida de agregado miúdo reciclado (AMR) é altamente dependente do tamanho da partícula, onde frações mais grossas (>1,18 mm) alcançam um refinamento de poros e uma carbonatação uniformes superiores devido à lixiviação de íons mais lenta, enquanto frações mais finas sofrem com passivação superficial e aumento da porosidade, resultando, em última análise, em um aumento de 25,1% na resistência à compressão de argamassas quando o AMR carbonatado recombinado é utilizado.
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Sempre que uma cidade cresce ou uma ponte antiga é demolida, ela deixa para trás uma montanha de concreto quebrado. Durante décadas, a forma padrão de lidar com esse entulho tem sido triturá-lo e usá-lo como substituto para a areia e o cascalho naturais encontrados em leitos de rios. Este material reciclado é um recurso vital para construir um futuro sustentável, mas vem acompanhado de uma falha. Os pedaços quebrados são frequentemente revestidos por uma camada áspera e porosa de pasta de cimento antiga que os torna fracos e ávidos por água. Para corrigir isso, cientistas desenvolveram um processo chamado carbonatação úmida. Em termos simples, isso envolve mergulhar o concreto triturado em água e borbulhar gás dióxido de carbono através da mistura. O gás reage com o cálcio do cimento antigo para formar um novo mineral sólido que pode preencher os buracos e fortalecer o material. É uma maneira inteligente de transformar resíduos em um bloco de construção melhor, enquanto simultaneamente aprisiona o dióxido de carbono do ar.
No entanto, um novo estudo de pesquisadores da Universidade Central do Sul sugere que este processo não funciona da mesma forma para cada pedaço de entulho. A equipe descobriu que o tamanho das partículas trituradas é o fator decisivo para determinar se o tratamento ajuda ou prejudica. Eles descobriram que o método age como uma faca de dois gumes: ele fortalece os pedaços maiores de areia reciclada enquanto simultaneamente enfraquece os grãos mais finos. Essa descoberta desafia a suposição comum de que todo o concreto reciclado se beneficia igualmente da carbonatação e revela que o tamanho da partícula dita uma batalha química complexa acontecendo dentro da água.
Para descobrir essa dinâmica oculta, os pesquisadores pegaram um lote de agregado fino reciclado, que é essencialmente areia de concreto triturada, e o separaram em cinco grupos de tamanhos distintos. Eles então trataram cada grupo separadamente, borbulhando dióxido de carbono através da mistura de água e areia por uma hora. Ao manter os tamanhos de partícula separados, eles puderam observar exatamente como as reações químicas se desenrolavam na poeira fina versus nos grãos mais grossos. Eles mediram a acidez da água, rastrearam a liberação de minerais e examinaram as mudanças físicas nos grãos de areia usando microscópios poderosos e ferramentas de análise química.
Os resultados mostraram uma divisão nítida em um limiar de tamanho específico de 1,18 milímetros. Para os grãos maiores, o processo foi um sucesso. Como essas partículas são maiores, elas têm menos área de superfície em relação ao seu volume, o que significou que a reação química ocorreu mais lentamente. Esse ritmo mais lento permitiu que o dióxido de carbono penetrasse profundamente nos poros da areia antes que uma crosta sólida se formasse no exterior. Como resultado, o novo mineral formou-se dentro dos buracos, tapando-os e tornando os grãos mais densos e fortes. A absorção de água desses grãos maiores caiu, e sua capacidade de resistir ao esmagamento melhorou significamente.
Em contraste, os grãos mais finos, aqueles menores que 1,18 milímetros, sofreram um destino diferente. Essas partículas minúsculas têm uma área de superfície massiva, o que fez com que elas liberassem seus minerais internos na água muito rapidamente. Essa liberação rápida desencadeou uma reação imediata na superfície dos grãos, criando uma camada de novo mineral espessa e dura quase instantaneamente. Embora isso pareça benéfico, na verdade criou uma barreira. Esta crosta superficial bloqueou o dióxido de carbono de atingir o interior dos grãos. Enquanto isso, a reação química rápida removeu parte do material de ligação dentro dos grãos, deixando-os com mais buracos e uma estrutura mais fraca. O volume total de poros nesses grãos finos aumentou em quase 19%, tornando-os mais frágeis e absorventes do que antes.
Apesar dessa deterioração na fração mais fina, a história geral termina em uma nota alta. Os pesquisadores recombinaram todos os grãos tratados, misturando os grandes fortalecidos com os pequenos enfraquecidos para criar uma areia graduada completa, adequada para a construção. Quando usaram essa areia tratada e misturada para fazer argamassa, o produto final foi significamente mais forte do que a argamassa feita com areia reciclada não tratada. Com uma taxa de substituição de 100%, a nova argamassa era 25,1% mais forte após 28 dias. Os pesquisadores sugerem que os ganhos dos grãos grandes fortalecidos foram substanciais o suficiente para superar as perdas dos grãos finos. Além disso, as mudanças químicas nos grãos finos, embora prejudiciais à sua estrutura individual, produziram um material rico em sílica que pode ajudar a unir o cimento na mistura final, oferecendo um benefício secundário.
Este estudo destaca que reciclar resíduos de construção não é uma solução de tamanho único. A eficácia de atualizar o agregado reciclado depende fortemente do tamanho específico das partículas sendo tratadas. O processo funciona melhor quando a reação é permitida a proceder lentamente o suficiente para penetrar no material em vez de apenas revestir a superfície. Para a indústria da construção, isso significa que futuras plantas de reciclagem podem precisar separar seus resíduos com mais cuidado, talvez tratando diferentes frações de tamanho com tempos ou métodos diferentes para maximizar a resistência do material de construção final. Ao compreender essas interações microscópicas, os engenheiros podem melhor transformar as montanhas de entulho urbano na fundação de um mundo mais sustentável.
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