Influência do resíduo dregs na reação álcali-agregado : análise comparativa entre diversos cimentos

Abstract

Devido à grande utilização de materiais cimentícios, a construção civil é responsável por diversos impactos ambientais negativos, tais como a exploração de matérias-primas naturais e a emissão de gases poluentes para a atmosfera. A fim de reduzir esses impactos, várias alternativas têm sido estudadas, incluindo a reutilização e/ou reciclagem de resíduos na indústria cimenteira ou em concreteiras. Nesse contexto, em 2022, o Brasil produziu cerca de 25 milhões de toneladas de celulose. Atrelado a isso, está a grande geração de resíduos sólidos a partir do processo Kraft, muito adotado pelas indústrias. Estima-se que a geração do resíduo dregs, proveniente do processo de clarificação do licor verde, é em média de 25 quilogramas por tonelada de celulose produzida, o que representa um grande desafio para sua utilização frente à grande produção de celulose. Considerando que o dregs possui, em sua composição um teor considerável de Na2(OH)2 equivalente, sua viabilidade na indústria da construção civil, deve passar pela verificação da influência do resíduo na reação álcali-agregado (RAA). Nesse viés, esse trabalho visa analisar o efeito da adição de dregs como fíler em diferentes porcentagens (5, 10 e 15%), em relação à massa do cimento na RAA. Inicialmente, foi realizada a caracterização do resíduo, a partir de amostras de diferentes períodos de geração na indústria para verificação da sua homogeneidade. O dregs foi moído mecanicamente por meio de um moinho de bolas por duas horas. No trabalho, são abordados diferentes tipos de cimento (CP V-ARI, CP V-ARI RS, CP V-ARI com a adição de 10% de sílica ativa, CP II-Z, CP II-F, CP IV e CP III) a fim de analisar o potencial mitigador das expansões da reação álcali-agregado. A RAA foi avaliada por meio do ensaio de barras de argamassa pelo método acelerado da NBR 15577-4 (ABNT, 2018). A resistência à compressão foi analisada a partir da NBR 7215 (ABNT, 2018), esse ensaio foi adotado como parâmetro de controle da qualidade dos cimentos. A análise da microestrutura das argamassas foi conduzida por meio do microscópio eletrônico de varredura com acoplamento da sonda de energia dispersiva de raios-X. Os resultados demonstram que, conforme o aumento no teor de adição do resíduo dregs, há um aumento nas expansões. Dentre todos os cimentos utilizados, o CP III e o CP IV foram os que desempenharam melhor o papel de inibidor da RAA. Ainda, nota-se uma redução, em geral, na resistência à compressão dos corpos de prova que continham a adição de dregs. A análise por microscopia permitiu a identificação do gel sílico alcalino na maior parte das amostras. Em conclusão, apesar da incorporação de dregs promover um aumento das expansões por reação álcali-agregado, é possível fazer a utilização do resíduo na presença dos cimentos já conhecidamente mitigadores.

Due to the extensive use of cementitious materials, the construction industry is responsible for several negative environmental impacts, such as the exploitation of natural raw materials and the emission of polluting gases into the atmosphere. Various alternatives have been studied to reduce these impacts, including the reuse and/or recycling of waste in the cement industry or concrete plants. In this context, in 2022, Brazil produced approximately 25 million tons of cellulose. Coupled with this is the significant generation of solid waste from the Kraft process, which is widely adopted by industries. It is estimated that the generation of dregs waste from the green liquor clarification process averages 25 kilograms per ton of cellulose produced, which represents a significant challenge for its utilization given the large production of cellulose. Considering that dregs have a considerable equivalent Na2(OH)2 content in their composition, their viability in the construction industry must be verified through the influence of the waste on the alkali-aggregate reaction (AAR). This work aims to analyze the effect of adding dregs as filler in different percentages (5%, 10%, and 15%) relative to the cement mass in AAR. Initially, the waste was characterized using samples from different periods of generation in the industry to verify its homogeneity. The dregs were mechanically ground using a ball mill for two hours. The research addresses different types of cement (CP V-ARI, CP V-ARI RS, CP V-ARI with the addition of 10% silica fume, CP II-Z, CP II-F, CP IV, and CP III) to analyze the potential for mitigating the expansions of the alkali-aggregate reaction. AAR was evaluated through the mortar bar test using the accelerated method of NBR 15577-4 (ABNT, 2018). Compressive strength was analyzed according to NBR 7215 (ABNT, 2018), with this test being adopted as a quality control parameter for the types of cement. The microstructure analysis of the mortars was conducted using a scanning electron microscope with an energy-dispersive X-ray probe. The results demonstrate that, as the proportion of dregs addition increases, expansions also increase. Among all the types of cement used, CP III and CP IV performed the best in inhibiting AAR. Additionally, there is generally a reduction in the compressive strength of the specimens containing dregs. Microscopy analysis allowed the identification of alkali-silica gel in most of the samples. In conclusion, although the incorporation of dregs promotes an increase in expansions due to the alkali-aggregate reaction, it is possible to utilize the waste in the presence of cements that are already known as mitigators.