The influence of recycled fine powder on the mechanical performance, micro- pore structure, and hydration kinetics of mortar

Resumo Técnico: A Influência do Pó Fino Reciclado no Desempenho da Argamassa

Definição do Problema
O rápido avanço da renovação urbana e da construção de infraestrutura levou a um acúmulo massivo de resíduos de construção, particularmente resíduos de concreto. Enquanto os métodos tradicionais de reciclagem focam em agregados reciclados, a fração de pó fino (argamassa) é frequentemente subutilizada ou destinada a aterros sanitários, representando tanto um fardo ambiental quanto uma perda de recursos recicláveis. Embora o pó fino reciclado (RFP, do inglês Recycled Fine Powder) tenha sido proposto como uma substituição parcial do cimento para reduzir o consumo de clínquer e promover o desenvolvimento de baixo carbono, seu impacto nos materiais cimentícios exibe uma "dualidade". A literatura existente sugere que, embora baixas taxas de substituição possam oferecer benefícios de preenchimento ou nucleação, altas taxas frequentemente levam a efeitos de diluição, redução de resistência e deterioração das estruturas de poros. No entanto, estudos sistemáticos que vinculem taxas de substituição específicas de RFP (especificamente <10 μm) à evolução do desempenho mecânico, cinética de hidratação e estrutura de microporos em argamassa ainda são escassos. Este estudo aborda a lacuna na compreensão dos mecanismos específicos pelos quais o RFP influencia a hidratação em idades iniciais versus tardias e a densificação estrutural.

Metodologia
O estudo utilizou RFP extraído de resíduos de concreto que foi tratado termicamente a 500°C, moído mecanicamente e peneirado para isolar partículas menores que 10 μm. O material principal foi o cimento Portland comum (OPC) P·O 42.5. Espécimes de argamassa padrão foram preparados substituindo o OPC por RFP em taxas de substituição de 0% (referência, RCP0), 5% (RCP5), 10% (RCP10) e 15% (RCP15).

O programa experimental incluiu:

• Testes de Desempenho Mecânico: A resistência à compressão e à flexão foram medidas aos 3, 7 e 28 dias, seguindo as normas GB/T 17671-2021.
• Análise de Calor de Hidratação: A calorimetria isotérmica (I-CAL 4000/8000) foi utilizada para monitorar as taxas de liberação de calor e o calor cumulativo ao longo do tempo.
• Modelagem de Cinética de Hidratação: O modelo de Krstulović-Dabić (KD) foi aplicado aos dados calorimétricos para analisar as taxas de reação durante os estágios de nucleação e crescimento (NG), reação de contorno de fase (I) e controle de difusão (D).
• Caracterização Microestrutural:
  • XRD: Para identificar a composição de fases e produtos de hidratação aos 28 dias.
  • SEM: Para observar a morfologia dos produtos de hidratação (AFt e gel C-S-H) aos 7 e 28 dias.
  • CT de Raios-X: Para realizar a reconstrução 3D e quantificar a porosidade e a distribuição do tamanho de poros para poros maiores que 2 μm em espécimes de 28 dias.

Principais Contribuições e Resultados

1. Desempenho Mecânico (Dualidade Dependente da Idade):
   O estudo encontrou um efeito de idade distinto. Aos 7 dias, o espécime RCP10 (10% de substituição) alcançou a maior resistência à compressão (34,5 MPa), superando o espécime de referência. No entanto, aos 28 dias, a tendência se inverteu; a resistência à compressão de RCP10 e RCP15 diminuiu em 11,9% e 15,2%, respectivamente, em comparação com a referência. Isso indica que, embora o RFP aumente a resistência em idade intermediária, ele prejudica o desenvolvimento da resistência a longo prazo.

2. Cinética de Hidratação e Liberação de Calor:
   A incorporação de RFP acelerou o processo de hidratação inicial. O principal pico exotérmico apareceu mais cedo, e a taxa de liberação de calor de pico aumentou, particularmente para os grupos de substituição de 10% e 15%. A análise do modelo KD revelou que o RFP influencia principalmente o estágio de nucleação e crescimento (NG). As partículas finas forneceram sítios de nucleação heterogênea, promovendo a formação de produtos de hidratação precoces. No entanto, as constantes de taxa para os estágios de reação de contorno de fase e controle de difusão foram menos afetadas, sugerindo que a promoção se concentra nos estágios iniciais.

3. Microestrutura e Evolução de Poros:

   • Composição de Fases: Os resultados de XRD mostraram que, conforme a proporção de RFP aumentava, o conteúdo de Ca(OH)₂ diminuía, e os picos de clínquer de cimento não hidratado tornavam-se mais pronunciados aos 28 dias, indicando uma hidratação completa dificultada em idades posteriores.
   • Morfologia: Aos 7 dias, a amostra RCP10 exibiu uma microestrutura mais densa com poros melhor preenchidos em comparação com a referência. Aos 28 dias, porém, a amostra de referência mostrou uma rede de produtos de hidratação mais contínua e abundante, enquanto a amostra RCP10 apresentou poros mais perceptíveis e um preenchimento menos contínuo.
   • Porosidade: A varredura por CT revelou uma correlação direta entre o conteúdo de RFP e a porosidade. A porosidade média de poros em escala micrométrica (>2 μm) aumentou de 0,97% (RCP0) para 1,55% (RCP15). A estrutura de poros tornou-se mais grosseira, com um aumento significativo na proporção de poros maiores que 15 μm no grupo de 15% de substituição.

Significância e Alegações
O artigo afirma fornecer uma base teórica para a utilização racional de RFP em materiais cimentícios ao elucidar seu papel duplo: "promover a resistência em estágio inicial enquanto inibe a resistência em estágio tardio."

O estudo conclui que o mecanismo é impulsionado por uma competição entre o efeito de nucleação (benéfico em idades iniciais, melhorando a densidade e a resistência até os 7 dias) e o efeito de diluição (prejudicial em idades posteriores, reduzindo a quantidade de clínquer reativo e levando a uma microestrutura mais grosseira e porosa). Os achados sugerem que existe uma taxa de substituição ideal (em torno de 10%) para o desempenho em idade intermediária, mas proporções mais altas comprometem a integridade estrutural de longo prazo e a densificação da argamassa. Esta pesquisa destaca a necessidade de controlar a dosagem de RFP para equilibrar os benefícios de idade inicial contra as preocupações de durabilidade em idade tardia.