Synergistic effects of recycled concrete aggregate and spherical nickel slag on abrasion resistance, acoustic attenuation, and environmental efficiency of porous concrete

As cidades estão constantemente se remodelando e, com cada novo edifício e estrada, vastas quantidades de concreto antigo são demolidas e descartadas. Ao mesmo tempo, a indústria pesada produz montanhas de materiais residuais, como a escória resultante da fundição de metais. Tradicionalmente, esses materiais acabam em aterros sanitários, ocupando espaço e gerando riscos ambientais, enquanto a indústria da construção continua a escavar pedras de rios e cascalho frescos para fabricar novo concreto. Este ciclo é insustentável. Engenheiros estão agora buscando maneiras de transformar esses fluxos de resíduos em blocos de construção valiosos, criando materiais que não apenas economizam recursos, mas também performam melhor do que as opções tradicionais. Um desses materiais é o concreto poroso, um tipo especial de pavimento que se parece com uma esponja. Em vez de uma superfície sólida e impermeável, ele é preenchido com pequenos buracos conectados que permitem que a água da chuva penetre diretamente, reduzindo inundações e recarregando o lençol freático. Devido a esses buracos, ele também atua como uma barreira sonora natural, absorvendo o ruído do tráfego em vez de refleti-lo de volta ao ar. No entanto, fabricar este material é complicado. Os próprios buracos que o tornam bom para a água e o som muitas vezes o tornam fraco, fazendo com que a superfície se desintegre sob o peso dos pneus.

Pesquisadores da Universidade Hasanuddin, na Indonésia, partiram para resolver este enigma testando uma nova receita para o concreto poroso. Eles queriam ver se poderiam misturar dois tipos de materiais residuais para criar um pavimento que fosse forte o suficiente para durar, mas poroso o suficiente para funcionar. A equipe utilizou dois produtos residuais específicos: agregado de concreto reciclado, que é concreto antigo triturado em pequenas pedras, e escória de níquel esférica, que é um subproduto da fundição de níquel que foi rapidamente resfriado em água para formar bolas lisas e arredondadas. Eles criaram seis diferentes lotes de concreto. Alguns usavam apenas pedras de rio naturais, alguns usavam apenas concreto reciclado, outros usavam apenas a escória de níquel, e o restante usava várias combinações desses materiais. Para garantir um teste justo, eles mantiveram a quantidade de cimento e água exatamente a mesma para cada lote, alterando apenas o tipo de pedra utilizada. Eles então submeteram os cilindros de concreto a uma série de testes rigorosos para verificar o quão pesados eram, quantos buracos continham, quão bem resistiam ao desgaste por fricção e quão eficazmente absorviam o som. Eles também calcularam o custo ambiental de fabricação de cada lote, medindo as emissões de carbono e a energia necessária desde o momento em que as matérias-primas foram extraídas até o concreto sair da fábrica.

Os resultados revelaram uma história clara sobre como a forma e a densidade das pedras alteraram o concreto. Quando os pesquisadores utilizaram a escória de níquel lisa e pesada, o concreto tornou-se significativamente mais denso e pesado, mas também perdeu uma grande parte de sua porosidade. As bolas arredondadas compactaram-se tão apertadamente que houve menos espaço para o fluxo de água. Em contraste, a mistura que combinou pedras naturais com o concreto reciclado áspero e angular criou a estrutura mais porosa, com o maior volume de buracos interconectados. Esta alta porosidade revelou-se a chave para o desempenho acústico. A mistura com mais buracos absorveu o som melhor do que qualquer outra, atingindo um nível onde conseguia capturar quase toda a energia sonora que a atingia em certas frequências. Isso sugere que, para reduzir o ruído do tráfego, uma estrutura mais aberta e arejada é superior. No entanto, essa abertura veio acompanhada de uma compensação. A mistura mais porosa também foi a mais fraca no que diz respeito à abrasão. Ao ser colocada em uma máquina que simulava a ação de moagem dos pneus, esta mistura perdeu mais massa, desprendendo pedaços de pedra e argamassa.

A descoberta mais surpreendente veio da mistura que combinou o concreto reciclado com a escória de níquel esférica. Esta mistura específica, que os pesquisadores chamaram de RS50, alcançou o melhor equilíbrio de todos. Não era a mais porosa, nem a mais leve, mas provou ser a mais durável. Quando submetida ao mesmo teste de moagem, perdeu a menor quantidade de material, mantendo sua forma muito melhor do que as outras misturas. As esferas lisas e duras da escória de níquel pareceram atuar como um esqueleto forte, travando as pedras recicladas ásperas em seu lugar e impedindo que fossem deslocadas. Esta combinação criou uma estrutura robusta o suficiente para suportar o desgaste e o uso, mantendo, ao mesmo tempo, porosidade suficiente para ser funcional. Do ponto de vista ambiental, substituir as pedras de rio naturais por concreto reciclado e escória industrial reduziu significativamente a pegada de carbono e o custo energético do concreto. Os materiais reciclados exigiram muito menos energia para serem produzidos do que a mineração e a trituração de novas pedras. No entanto, o estudo também observou que o cimento usado para unir tudo continuava sendo a maior fonte de impacto ambiental, representando a grande maioria das emissões de carbono em cada lote, independentemente das pedras utilizadas.

Em última análise, o estudo mostrou que não existe uma mistura "perfeita" única para cada trabalho. Se o objetivo é construir uma calçada silenciosa ou uma barreira de ruído onde a absorção sonora é a prioridade, a mistura com mais concreto reciclado e pedras naturais é a melhor escolha, pois cria a esponja absorvente de som mais eficaz. Mas se o pavimento precisar suportar tráfego pesado ou uso frequente, onde a durabilidade é crítica, a mistura de concreto reciclado e escória de níquel esférica é a opção superior. Esta combinação oferece o melhor desempenho ambiental quando a durabilidade é levada em conta, provando que materiais residuais podem ser projetados para trabalhar juntos. Ao selecionar e misturar cuidadosamente esses subprodutos industriais, engenheiros podem criar um concreto poroso que não é apenas mais gentil com o planeta, mas também mais forte e eficaz do que os materiais tradicionais. A pesquisa demonstra que o caminho para a infraestrutura sustentável reside não apenas no uso de resíduos, mas no entendimento de como diferentes materiais residuais interagem para criar um todo que é maior do que a soma de suas partes.