Influência da cinza de lodo de papel na mecânica, microestrutura e durabilidade de geocrete à base de metacaulim

Transformando resíduo de papel em concreto mais resistente

Cidades modernas são construídas em concreto, mas o cimento tradicional tem um custo ambiental alto, liberando grandes quantidades de dióxido de carbono durante sua produção. Ao mesmo tempo, fábricas de papel geram montanhas de resíduos que frequentemente acabam em aterros. Este estudo explora uma forma de enfrentar ambos os problemas ao mesmo tempo: usar a cinza do lodo de fábricas de papel para ajudar a produzir um novo tipo de concreto de baixo carbono, chamado "geocrete", que pode algum dia substituir o cimento comum em edificações e infraestruturas.

Um novo tipo de material de construção

Em vez de depender do cimento, o geocrete é produzido ativando minerais ricos em sílica e alumina com uma solução fortemente alcalina, formando um material endurecido semelhante a pedra. Neste trabalho, os pesquisadores usaram metacaulim, um tipo refinado de argila, como ingrediente principal e o substituíram parcialmente por cinza de lodo de fábrica de papel. A cinza provém da queima do lodo da indústria papeleira a alta temperatura e contém bastante cálcio, além de sílica e alumina. Oito misturas diferentes foram preparadas, com a cinza substituindo entre 5% e 20% do metacaulim e com dois níveis distintos de líquido alcalino, para verificar como essas variações afetavam a resistência e a durabilidade sob cura em temperatura ambiente.

Desempenho do concreto testado

A equipe avaliou o concreto em três tipos-chave de resistência mecânica: quanto carregamento ele suporta à compressão, tração e flexão. Essas propriedades foram medidas após 7, 28 e 90 dias de cura. Em todas as medições, as misturas contendo 10% de cinza de lodo de papel tiveram desempenho superior às demais. Para ambos os níveis de líquido alcalino, essa mistura de 10% apresentou resistências à compressão, tração e flexão maiores do que as dos traços sem cinza ou com teores maiores de cinza. Quando o teor de cinza foi aumentado para 15% ou 20%, a resistência começou a cair acentuadamente, indicando que existe um ponto ótimo claro, em vez de uma relação simples de "quanto mais, melhor".

Observando o interior do material

Para entender por que 10% de cinza funcionou melhor, os pesquisadores examinaram o geocrete endurecido em um microscópio eletrônico de varredura. Nas misturas mais bem‑sucedidas, as imagens mostraram uma estrutura interna densa e compacta, com poucos poros visíveis. Os minerais reagiram formando fases gelificadas entrelaçadas que ligam as partículas e preenchem os vazios. Nas misturas com cinza em excesso, a estrutura interna parecia mais porosa, com menos desses gels aglutinantes. Isso sugere que a química deixou de estar bem balanceada: o excesso de cinza alterou a proporção dos elementos-chave, de modo que nem todo o material conseguiu reagir e se incorporar à rede, deixando pontos fracos.

Resistindo à água e ao sal

A resistência por si só não basta para um material de construção durável. Estruturas também devem resistir à água e aos sais cloretos, que podem penetrar o concreto e corroer o aço de armadura. A equipe utilizou testes padrão para medir com que facilidade íons cloreto podiam atravessar o geocrete, bem como a quantidade de água absorvida e a porosidade. Novamente, as misturas com 10% de cinza foram as melhores. Permitiramm menor passagem de carga elétrica no ensaio de cloretos, absorveram menos água e apresentaram porosidade total inferior às demais misturas. Traços com maiores teores de cinza mostraram‑se mais abertos e mais absorventes, tornando‑os menos adequados para construções duradouras em ambientes agressivos.

O que isso significa para a construção do futuro

Em termos simples, o estudo conclui que substituir 10% do metacaulim por cinza de lodo de fábrica de papel no geocrete pode produzir blocos semelhantes ao concreto que são mais resistentes e duráveis do que traços sem a cinza, ao mesmo tempo em que reduzem a dependência do cimento tradicional. O equilíbrio adequado dos ingredientes cria uma rede interna densa que resiste a fissuras, água e ataque por sais. Como o material pode ser curado em temperatura ambiente e utiliza um resíduo industrial, ele oferece um caminho promissor para uma construção com menor emissão de carbono e uso eficiente de recursos, desde que a produção e o manuseio possam ser ampliados de forma segura e econômica.

Citação: Yuvaraj, K., Arunvivek, G.K., Kumar, P. et al. Influence of paper mill sludge ash on mechanical, microstructural and durability properties of metakaolin based geocrete. Sci Rep 16, 6109 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37581-0

Palavras-chave: concreto geopolimérico, cinza de lodo de fábrica de papel, construção de baixo carbono, metacaulim, durabilidade do concreto