Efeitos do teor de escória de aço no desempenho do argamassa ativada alcalinamente à base de ganga de carvão e escória

Transformando Resíduos em Edifícios Mais Fortes e Sustentáveis

Cidades modernas dependem de concreto e argamassa, mas a produção de cimento tradicional libera grandes quantidades de dióxido de carbono e os materiais resultantes podem rachar e retrair com o tempo. Este estudo explora uma forma de enfrentar ambos os problemas ao mesmo tempo: reciclar resíduos industriais da produção de carvão e aço em um novo tipo de argamassa que não só reduz as emissões, como também se torna mais resistente e menos propensa à retração e às fissuras.

Por que as Fissuras São um Perigo Oculto

Muitas alternativas de cimento ecológicas, conhecidas em termos gerais como materiais ativados alcalinamente, exibem resistência e durabilidade impressionantes. No entanto, costumam sofrer de uma séria limitação: retraem mais do que o cimento Portland comum à medida que secam. Essa retração pode abrir uma teia de microfissuras. Com o tempo, essas fissuras permitem a entrada de água e de agentes corrosivos em paredes e fundações, comprometendo a segurança e a vida útil das construções. Corrigir esse problema normalmente exige aditivos especiais ou condições de cura rigorosas, o que aumenta os custos e limita a adoção generalizada.

Dando Segunda Vida aos Resíduos do Aço e do Carvão

Os pesquisadores focaram em três subprodutos pulverulentos da indústria pesada: escória de aço da siderurgia, ganga de carvão da mineração e escória de alto-forno moída da produção de ferro. Esses materiais frequentemente se acumulam em grandes pilhas, ocupando terras e representando riscos ambientais. Neste trabalho, a escória de alto-forno foi mantida em metade do ligante total para garantir resistência básica, enquanto a ganga de carvão foi gradualmente substituída por escória de aço em diferentes proporções. Com um líquido alcalino para desencadear a endurecimento, esses pós foram misturados em uma argamassa, moldados em pequenos blocos e testados quanto à fluidez, resistência e retração por secagem, e então examinados com uma bateria de microscópios e análises químicas.

Encontrando o Ponto Ideal para a Escória de Aço

Os experimentos mostraram que a adição de certa quantidade de escória de aço melhora a trabalhabilidade da argamassa fresca, facilitando o preenchimento dos moldes, e aumenta significativamente sua resistência ao longo do tempo. Quando 40% da ganga de carvão foi substituída por escória de aço, a resistência à compressão aos 28 dias aumentou cerca de 42%, atingindo mais de 70 megapascais, enquanto a retração por secagem diminuiu quase 29% em comparação com as misturas sem escória de aço. Abaixo desse nível, os ganhos foram menores; acima dele, o desempenho começou a decair. Com 50% de escória de aço, a argamassa perdeu resistência e deixou de apresentar redução na retração. Os autores atribuem essa queda à falta de silício e alumínio reativos, blocos de construção essenciais para os géis ligantes que unem o material.

O que Acontece no Interior da Argamassa Endurecida

Para entender por que 40% de escória de aço funcionou tão bem, a equipe examinou a argamassa endurecida em escala microscópica. Constatou-se que a escória de aço altera o desenvolvimento da estrutura interna ao longo do tempo. No início, ela retarda levemente a reação, ajudando o material a reter água e reduzindo a secagem rápida. Mais tarde, porém, reage de forma mais intensa, fornecendo cálcio ao sistema. Isso leva à formação adicional de fases gelatinosas ligantes e a abundantes cristais em forma de agulha denominados etringita. Juntos, esses produtos entrelaçam-se pelo material, preenchendo poros, ligando partículas e resistindo à deformação. As medições do tamanho dos poros confirmaram que a mistura ótima tinha menos poros de tamanho médio — os mais responsáveis pela retração — resultando em uma rede mais densa e estável.

Da Argamassa de Laboratório ao Uso no Mundo Real

Em termos práticos, o estudo mostra que equilibrar cuidadosamente a escória de aço nessa argamassa à base de resíduos pode transformar um material verde propenso a fissuras em outro mais resistente e confiável. Aproximadamente 40% de substituição por escória de aço fornece uma combinação de alta resistência, menor risco de fissuração e melhor trabalhabilidade, ao mesmo tempo em que consome grandes quantidades de resíduos industriais e evita a alta pegada de carbono do cimento convencional. Embora o trabalho tenha se concentrado em uma janela de 28 dias, ele aponta para receitas práticas de materiais de construção mais sustentáveis que aproveitam melhor o que a indústria hoje descarta.

Citação: Huang, T., Xie, Q., Deng, J. et al. Effects of steel slag content on the performance of alkali-activated coal gangue-slag mortar. Sci Rep 16, 7993 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38962-1

Palavras-chave: escória de aço, concreto verde, reciclagem de resíduos industriais, retração por secagem, argamassa ativada alcalinamente