Influência da cinza de fundo como substituto do agregado miúdo em concretos produzidos com e sem metacaulim: efeitos em propriedades relacionadas à penetração de cloretos

Abstract

Nos últimos anos, muito se discute sobre a necessidade da utilização sustentável dos recursos naturais disponíveis no meio ambiente. A produção de concretos com resíduos industriais é uma prática cada vez mais utilizada na busca de reduzir os impactos ambientais. Muitos desses materiais são pozolânicos, como as cinzas volantes e sílicas ativas. Esses minerais, portanto, propiciam incrementos em propriedades físicas, químicas e mecânicas do concreto. Outros resíduos, como a cinza de fundo gerada no processo de queima de carvão mineral que não passa por controle de temperatura ou qualquer tipo de beneficiamento costumam apresentar baixo potencial reativo. O descarte deste material, porém, se caracteriza como um importante desafio dentro de um contexto de sustentabilidade. Neste trabalho é avaliado o potencial de durabilidade dos concretos produzidos com a substituição de areia por cinza oriundo da queima de carvão nas proporções de 5%, 10%, 15%, 20% e 30%, bem como a substituição de cimento Portland por metacaulim na proporção de 5%. A análise das propriedades químicas da cinza indicou predominância de material cristalino, contendo ainda material amorfo em menor proporção. Os resultados experimentais obtidos através dos ensaios de resistência à compressão, absorção de água por capilaridade, migração de cloretos em regime não estacionário e velocidade de pulso ultrassônico evidenciam a influência das adições minerais nas propriedades do concreto. Concretos produzidos com a adição de cinza de fundo e metacaulim apresentaram melhorias em relação ao concreto de referência C0 (sem adição), principalmente no que se refere à resistência à penetração de íons cloreto. Entre as misturas analisadas, os concretos CMK20 e CMK30 se destacam, evidenciando que a combinação de metacaulim e cinza de fundo em teores equilibrados proporciona excelente proteção contra a despassivação das armaduras, reforçando a viabilidade desses materiais na produção de concretos duráveis e sustentáveis.In recent years, there has been much discussion about the need for the sustainable use of natural resources available in the environment. Producing concrete with industrial waste is an increasingly common practice in the effort to reduce environmental impacts. Many of these materials are pozzolanic, such as fly ash and silica fume. These minerals, therefore, provide enhancements in the physical, chemical, and mechanical properties of concrete. Other waste materials, such as bottom ash generated from the combustion of mineral coal, which does not undergo temperature control or any type of processing, generally have low reactive potential. However, disposing of this material poses a significant challenge within a sustainability context. This study evaluates the durability potential of concretes produced with the replacement of sand by coal combustion ash in proportions of 5%, 10%, 15%, 20%, and 30%, as well as the replacement of Portland cement with metakaolin at a proportion of 5%. The analysis of the chemical properties of the ash indicated a predominance of crystalline material, with a smaller proportion of amorphous material. Experimental results obtained through compressive strength tests, water absorption by capillarity, non-steady-state chloride migration, and ultrasonic pulse velocity highlight the influence of mineral additions on concrete properties. Concretes produced with the addition of bottom ash and metakaolin showed improvements in comparison to the reference concrete C0 (without addition), particularly regarding resistance to chloride ion penetration. Among the analyzed mixtures, CMK20 and CMK30 concretes stand out, showing that the combination of metakaolin and bottom ash in balanced proportions provides excellent protection against rebar depassivation, reinforcing the viability of these materials in the production of durable and sustainable concretes.