Otimização das proporções de mistura e estudo da hidratação de concreto de alta resistência incorporando cinza de colmos de milho e fumaça de sílica como materiais cimentícios suplementares

Transformando resíduos agrícolas em cidades mais resistentes

Cada ano, montanhas de restos de colheitas são queimadas ou descartadas, enquanto a produção do cimento que mantém nossos edifícios unidos libera enormes quantidades de dióxido de carbono na atmosfera. Este estudo explora uma maneira de enfrentar ambos os problemas ao mesmo tempo: moer a cinza proveniente de colmos de milho descartados e misturá‑la com um pó industrial muito fino chamado fumaça de sílica para criar um concreto de alta resistência que é durável e consideravelmente mais limpo de produzir.

Por que o concreto tradicional precisa de uma reforma

O concreto é a espinha dorsal da construção moderna, desde pontes e arranha‑céus até calçadas e barragens. Mas seu ingrediente-chave, o cimento, é uma das principais fontes industriais de emissões de carbono no mundo porque sua fabricação exige aquecer a pedra calcária a temperaturas muito altas. Ao mesmo tempo, a agricultura gera grandes quantidades de resíduos — como os colmos de milho — que frequentemente são queimados em campos abertos, acrescentando mais poluição e desperdiçando material potencialmente útil. Pesquisadores há muito suspeitam que certas cinzas de culturas podem substituir parte do cimento, mas não estava claro até que ponto essa substituição poderia chegar mantendo concreto de altíssima resistência adequado para estruturas exigentes.

Construindo concreto a partir de colmos de milho

Neste trabalho, a equipe queimou colmos de milho em temperaturas controladas para produzir uma cinza fina, rica em sílica, e a combinou com fumaça de sílica, outro subproduto industrial muito fino. Juntos, esses pós substituíram 20% do cimento normal em concreto de alta resistência. Os pesquisadores variaram sistematicamente três fatores: quanto dessa parcela de 20% era cinza de colmo de milho, quanta água foi adicionada em relação aos aglomerantes e quanto de areia foi usado. Usando um plano de ensaios estruturado, produziram dezesseis receitas diferentes de concreto, moldaram pequenos cubos e mediram a pressão que cada cubo suportava após 7 dias e após 28 dias de cura.

Encontrando o ponto ideal para a resistência

Os experimentos revelaram que nem todas as combinações são iguais. A mistura mais resistente atingiu uma impressionante resistência à compressão aos 28 dias de cerca de 110 megapascais — várias vezes mais forte que o concreto estrutural típico. Essa receita de melhor desempenho usou 15% de cinza de colmo de milho dentro da substituição de 20%, um teor de água relativamente baixo e um conteúdo de areia bastante alto. Quando a cinza de colmo de milho foi aumentada para 20% sem fumaça de sílica, o concreto ficou visivelmente mais fraco, mostrando que a cinza funciona melhor em parceria com a fumaça de sílica do que sozinha. Análises cuidadosas mostraram que, em idades precoces, a quantidade de água teve o maior efeito sobre a resistência, enquanto em idades mais avançadas o teor de areia e o nível de substituição por cinza tiveram maior importância.

Olhando para dentro do concreto

Para entender por que algumas misturas foram mais resistentes, a equipe examinou a estrutura interna do concreto usando microscópios eletrônicos e técnicas de raios X. No início, o material continha muitos poros e relativamente poucos produtos de ligação. À medida que a cura prosseguiu, a sílica reativa na cinza de colmo de milho e na fumaça de sílica desencadeou reações “secundárias” com compostos de cálcio liberados pelo cimento. Essas reações produziram minerais em forma de gel que preencheram firmemente os poros, conectando areia, pedra e partículas de cimento de maneira mais coesa. Ao longo de 28 dias, o espaço de poros diminuiu drasticamente, a estrutura interna tornou‑se mais densa e lisa, e a resistência medida aumentou de acordo. Fibras de aço misturadas ao concreto ajudaram ainda mais para que a ruptura ocorresse de forma mais gradual e dúctil, em vez de fraturar de maneira súbita e catastrófica.

Concreto mais limpo para um futuro de menor carbono

Ao substituir um quinto do cimento por cinza de colmo de milho e fumaça de sílica, a mistura otimizada reduziu as emissões de carbono do aglomerante em quase um quinto em comparação com o cimento comum, mantendo ainda alta resistência. Em termos simples, o estudo mostra que resíduos agrícolas antes tratados como lixo podem se tornar um ingrediente valioso em concreto robusto e duradouro, aliviando a carga ambiental tanto da agricultura quanto da construção. Se adotadas em larga escala, tais misturas poderiam ajudar as cidades a crescerem para cima e para fora ao mesmo tempo em que causam menos impacto ao planeta.

Citação: Wang, R., Chen, Y., Wei, G. et al. Optimization of mix proportions and hydration study of high-strength concrete incorporating corn stalk ash and silica fume as supplementary cementitious materials. Sci Rep 16, 8318 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39419-1

Palavras-chave: concreto sustentável, cinza de colmos de milho, concreto de alta resistência, materiais cimentícios suplementares, construção de baixo carbono