Efeito da incorporação de lodo calcinado de estação de tratamento de água e fíler de casca de ovo como materiais comentícios suplementares em matrizes de cimento Portland

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil , Florianópolis, 2019.O aproveitamento de resíduos como substituição ao cimento Portland é fundamental para a redução do impacto ambiental causado pela indústria do cimento. Esses resíduos usualmente são descartados em locais privados, causando impactos econômicos e ambientais. Entre as soluções que se apresentam está o uso de argilas que não podem ser descartadas por serem de baixa qualidade (baixo teor de caulinita), como é o caso do lodo de estação de tratamento de água calcinado (LETAC), para produção de pozolana. Semelhante modo, a casca do ovo de galináceo é um material sólido não biodegradável composto essencialmente por carbonato de cálcio, que é o mesmo componente químico encontrado em rochas calcárias; uma vez moído, esse material pode ser utilizado na composição de misturas cimentícias, recebendo a denominação de fíler da casca de ovo (FCO). Há um grande interesse em novas soluções tecnológicas para a reutilização de ambos os resíduos como materiais cimentícios suplementares em matrizes de cimento Portland a fim de melhorar o desempenho da material e reduzir custos. Este trabalho tem como objetivo caracterizar o LETAC e o resíduo de casca de ovo moído para avaliar a viabilidade de usá-los como materiais cimentícios suplementares e averiguar a influência da sua incorporação sobre propriedades de pastas de cimento e argamassas. Para a pesquisa, as variáveis adotadas foram: (1) o teor de resíduo incorporado, que variou de 0% a 15% para o FCO e de 0% a 30% para o LETAC e (2) o tipo de produto confeccionado, isto é, pasta ou argamassa. Foram realizados ensaios de índice de consistência, resistência à compressão, resistência à tração na flexão, módulo de elasticidade dinâmico, calorimetria, termogravimetria, difratometria de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e espectrometria de dispersão de energia. A partir dos resultados encontrados, foi possível perceber que a incorporação dos resíduos em argamassas é capaz de reduzir o índice de intensidade de cimento (kg.m-3 .MPa-1 ) em até 52%. Para as resistências à compressão e à tração na flexão, foram observados aumentos de até 11% em relação a mistura de referência. Quanto ao módulo de elasticidade dinâmico, as maiores reduções (de até 60%) ocorreram nas misturas com menores densidades no estado endurecido e maiores porcentagens de resíduos. No que se refere às pastas, observou-se que em substituição de até 40% do cimento pelos resíduos, os resultados de resistência à compressão obtidos foram muito próximos daqueles apresentados pela mistura de referência, com uma redução do índice de intensidade de cimento de até 8 kg.m-3 .MPa-1 . Os maiores percentuais de consumo de hidróxido de cálcio ocorreram nas misturas com 40% e 45% de substituição, com reduções de até 357% em relação a mistura de referência. As misturas com uso combinado dos resíduos apresentaram os maiores valores de calor acumulado, o que pode ser explicado pelo efeito fíler, uma vez que partículas muito finas fornecem locais adicionais de nucleação para as fases hidrato. Assim, os resultados apontam para a viabilidade de se usar ambos os resíduos (embora o LETAC tenha promovido melhores resultados que FCO) como material cimentício suplementar contribuindo para o desenvolvimento sustentável da indústria da construção.Abstract: Harnessing waste as a replacement for Portland cement is critical to reducing the environmental impact of the cement industry. These wastes are usually disposed of in private places, causing economic and environmental impacts. Among the solutions that are presented is the use of clays that cannot be discarded because they are of low quality (low kaolinite content), as is the case of the calcined water treatment plant sludge (LETAC), for pozzolan production. Similarly, chicken eggshell is a non-biodegradable solid material composed essentially of calcium carbonate, which is the same chemical component found in limestone; Once ground, this material can be used in the composition of cement mixtures, being called eggshell filler (FCO). There is a strong interest in new technology solutions for the reuse of both wastes as supplementary cementitious materials in Portland cement matrices in order to improve material performance and reduce costs. This work aims to characterize LETAC and ground eggshell residue to evaluate the feasibility of using them as supplementary cementitious materials and to determine the influence of their incorporation on properties of cement pastes and mortars. For the research, the variables adopted were: (1) the incorporated residue content, which ranged from 0% to 15% for FCO and from 0% to 30% for LETAC and (2) the type of product made, ie is paste or mortar. Consistency index, compressive strength, flexural tensile strength, dynamic modulus of elasticity, calorimetry, thermogravimetry, X-ray diffractometry, scanning electron microscopy and energy dispersion spectrometry tests were performed. From the results found, it was possible to realize that the incorporation of residues in mortars is able to reduce the cement intensity index (kg.m-3 .MPa-1 ) by up to 52%. For compressive strength and flexural tensile strength, increases of up to 11% were observed in relation to the reference mixture. As for the dynamic modulus of elasticity, the largest reductions (up to 60%) occurred in mixtures with lower hardened densities and higher residue percentages. Regarding pastes, it was observed that in substitution of up to 40% of the cement for the residues, the compressive strength results obtained were very close to those presented by the reference mixture, with a reduction of the cement intensity index of up to 8 kg.m3 .MPa-1 . The highest percentages of calcium hydroxide consumption occurred in the 40% and 45% substitution mixtures, with reductions of up to 357% over the reference mixture. The mixtures with combined use of the residues presented the highest accumulated heat values, which can be explained by the so-called filler effect, since very fine particles provide additional nucleation sites for the hydrate phases. Thus, the results point to the feasibility of using both wastes (although LETAC promoted better results than FCO) as supplementary cementitious material contributing to the sustainable development of the construction industry