Waste valorization of coconut shell char as a partial cement replacement in sustainable mortar: fresh-state, setting, and mechanical performance
Este estudo demonstra que a incorporação de 5–10% de carvão de casca de coco, produzido via pirólise, como uma substituição parcial do cimento, otimiza o equilíbrio entre as propriedades no estado fresco e o desempenho mecânico em argamassa sustentável, com a dosagem de 5% proporcionando resistências à compressão e à flexão superiores em comparação ao controle.
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O concreto é o material de construção mais amplamente utilizado na Terra, formando o esqueleto de nossas cidades, pontes e casas. No entanto, o ingrediente principal do concreto, o cimento Portland, carrega um pesado custo ambiental. O processo de fabricação do cimento libera vastas quantidades de dióxido de carbono e consome recursos minerais significativos, levando engenheiros a buscar formas de reduzir seu uso sem comprometer a resistência da estrutura final. Um caminho promissor envolve substituir uma parte do cimento por materiais residuais que foram transformados em um pó fino e rico em carbono. Essa abordagem visa transformar restos agrícolas em componentes de construção úteis, potencialmente reduzindo a pegada de carbono da construção enquanto se faz a gestão de resíduos. O desafio reside em encontrar a quantidade certa a ser adicionada; pouco demais pode não fazer diferença, enquanto muito demais poderia enfraquecer o material ou torná-lo impossível de verter e moldar antes de endurecer.
Em um estudo recente, pesquisadores investigaram se cascas de coco, um subproduto comum em regiões tropicais, poderiam servir como tal substituição. Eles pegaram cascas de coco descartadas e as aqueceram em um ambiente com baixo teor de oxigênio a uma temperatura alta de 750 graus Celsius por duas horas. Esse processo, conhecido como pirólise, transformou as cascas duras em um pó preto e leve chamado carvão de casca de coco. O material resultante era uma substância fina e porosa com alto teor de carbono, distinta do cimento pesado e de base mineral que deveria substituir. A equipe misturou esse carvão à argamassa padrão — uma mistura de cimento, areia e água — em vários níveis, variando de uma pequena quantidade até quase um terço do material sólido na mistura. O objetivo deles era ver como essa adição afetava o comportamento da mistura quando úmida, quanto tempo levava para endurecer e quão forte ela se tornava após um mês de cura.
Os resultados mostraram que a adição do carvão de casca de coco alterou a argamassa de maneiras previsíveis. Como o carvão é mais leve e cheio de pequenos buracos, a mistura fresca tornou-se menos densa conforme mais era adicionado. No entanto, essa porosidade também tornou a mistura mais difícil de trabalhar. A superfície áspera e esponjosa das partículas de carvão absorveu parte da água de mistura e criou mais fricção entre as partículas, fazendo com que o fluxo da argamassa diminuísse significamente conforme a quantidade de carvão aumentava. A mistura também demorou mais para endurecer; o tempo que a argamassa levou para começar a assentar e para endurecer completamente aumentou tanto conforme mais carvão era incluído, provavelmente porque havia menos cimento disponível para desencadear as reações químicas que unem o material.
Apesar dessas mudanças no estado fresco, a resistência mecânica da argamassa endurecida seguiu um padrão surpreendente. Quando os pesquisadores testaram a resistência das amostras após 28 dias, descobriram que adicionar uma pequena quantidade de carvão na verdade tornou a argamassa mais forte. A mistura contendo 5 por cento de carvão de casca de coco por volume alcançou uma resistência à compressão de 38,1 megapascais, o que foi notavelmente superior aos 31,6 megapascais registrados para a mistura de controle sem carvão. Essa mesma mistura de 5 por cento também mostrou melhor flexibilidade, resistindo melhor às forças de flexão do que a argamassa padrão. No entanto, esse benefício não continuou indefinidamente. À medida que os pesquisadores aumentavam a quantidade de carvão além de 10 por cento, a resistência começava a cair. Em níveis mais altos, a redução no conteúdo de cimento e a introdução de partículas porosas e não reativas demais sobrecarregaram os benefícios, levando a uma estrutura mais fraca.
O estudo conclui que existe uma janela específica onde o carvão de casca de coco é mais eficaz. Um nível de substituição entre 5 e 10 por cento ofereceu o melhor equilíbrio, permitindo uma redução no uso de cimento enquanto se mantém ou até se melhora o desempenho estrutural da argamassa. Essa faixa reduziu a quantidade de cimento necessária em aproximadamente 3,6 a 7,2 por cento em massa sem sacrificar a capacidade do material de suportar peso ou resistir a rachaduras. Embora o carvão não tenha atuado como um reagente químico para fortalecer o cimento da mesma forma que outros aditivos fazem, suas propriedades físicas ajudaram a preencher lacunas e melhorar o empacotamento da mistura em baixas doses. Os pesquisadores enfatizam que, embora essa abordagem mostre promessa ao transformar resíduos em um recurso útil, não é uma solução completa por si só. Os benefícios ambientais dependem da energia usada para criar o carvão e da durabilidade a longo prazo do material, áreas que requerem mais estudos. Por ora, o trabalho demonstra que uma quantidade modesta de casca de coco processada pode ser um ingrediente viável para uma argamassa sustentável, oferecendo um passo prático em direção à redução da dependência do cimento tradicional.
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