A relação entre métodos de cura e temperaturas de cura com a molaridade de NaOH e seus efeitos no comportamento do concreto geopolimérico

Concreto mais forte e mais verde para estruturas do dia a dia

O concreto está em toda parte — de casas e pontes a calçadas. Mas a fabricação do concreto tradicional libera grandes quantidades de dióxido de carbono. Este estudo explora uma alternativa chamada concreto geopolimérico, que pode ser produzido a partir de subprodutos industriais como cinza volante e escória de alto‑forno. Os pesquisadores queriam saber qual a melhor forma de “curar” esse concreto mais ecológico — em forno aquecido ou à temperatura ambiente — para que atinja resistência suficiente para edifícios reais, mantendo baixo o consumo de energia e o impacto ambiental.

DuAS maneiras de endurecer um novo tipo de concreto

A equipe produziu muitos lotes de concreto geopolimérico usando cinza volante como ingrediente principal, areia natural e brita como agregados, e um líquido altamente alcalino à base de hidróxido de sódio e silicato de sódio. Algumas misturas também incluíram escória moída de alto‑forno, outro subproduto industrial rico em cálcio. O concreto fresco foi então endurecido usando duas abordagens diferentes. Em uma, as amostras foram colocadas em forno a temperaturas entre 45 °C e 120 °C. Na outra, misturas contendo escória foram simplesmente deixadas para curar no laboratório a cerca de 23 °C, similar a um ambiente interior típico. Isso permitiu uma comparação direta entre o tratamento térmico que consome muita energia e a cura à temperatura ambiente de baixo consumo energético.

Encontrando o ponto ideal entre calor e química

Para as amostras curadas em forno, os pesquisadores mediram quanto esforço o concreto suportava à compressão, flexão e tração indireta após a cura. Encontraram um padrão claro: aumentar a temperatura do forno de 45 °C para 90 °C aumentou muito a resistência, mas subir para 120 °C fez o concreto enfraquecer novamente. Imagens microscópicas revelaram a razão — calor elevado acelera as reações químicas que ligam o material, mas calor excessivo remove água e cria microfissuras. A concentração da solução alcalina também importou: usar uma solução mais forte de hidróxido de sódio (12 molar em vez de 8 ou 10) produziu as maiores resistências, com valores de compressão em torno de 60–65 MPa a 90 °C, comparáveis a concretos estruturais de alto desempenho.

Fazendo a cura à temperatura ambiente funcionar

A cura à temperatura ambiente é muito mais prática em canteiros de obras, então a equipe testou quanta escória deveria ser adicionada para ajudar o material a endurecer sem calor extra. Em condições ambientes, a resistência dependia fortemente tanto do teor de escória quanto da concentração alcalina. Quantidades moderadas de escória — tipicamente em torno de 10–15% do aglutinante — tornaram o concreto significativamente mais resistente ao criar géis adicionais de ligação ricos em cálcio, que preencheram poros e produziram uma estrutura interna mais densa. Pouca escória levou a endurecimento mais lento, enquanto excesso diluía a cinza volante reativa e reduzia a trabalhabilidade, fazendo as resistências caírem novamente. Aumentar a concentração de hidróxido de sódio de 8 para 12 molar elevou consistentemente a resistência em todos os níveis de escória, mesmo sem cura em forno.

O que acontece dentro do concreto

Para observar o que ocorria na escala microscópica, os pesquisadores utilizaram imagens de alta resolução e análise química. Nas misturas curadas em ambiente com escória, a estrutura interna parecia relativamente compacta, com uma mistura de diferentes fases de gel que ligavam as partículas e deixavam poucos poros. Em contraste, amostras curadas em forno sem escória mostraram redes muito densas de gel aluminosilicatado, mas também mais microfissuras quando as temperaturas eram muito altas. Medições elementares confirmaram essas diferenças: misturas com escória continham mais cálcio e formaram géis ricos em cálcio adequados à cura à temperatura ambiente, enquanto as misturas sem escória curadas em forno dependiam principalmente de géis aluminosilicatados à base de sódio que respondiam fortemente ao calor.

Equilibrando resistência, consumo de energia e sustentabilidade

Ao reunir todos os dados, incluindo análise estatística, o estudo mostra que tanto o método de cura quanto a concentração alcalina influenciam fortemente o desempenho do concreto geopolimérico. A mistura mais resistente isolada foi feita com solução de hidróxido de sódio 12 molar e curada a 90 °C. No entanto, uma mistura otimizada à temperatura ambiente com o mesmo nível alcalino e cerca de 10% de escória alcançou mais de três quartos dessa resistência — suficiente para muitos usos estruturais — sem qualquer aquecimento externo. Para leigos, a mensagem é simples: ajustando cuidadosamente temperatura, força química e teor de escória, engenheiros podem projetar concretos geopoliméricos fortes o bastante para construções reais, ao mesmo tempo em que reduzem o consumo de combustível e o impacto climático em comparação com o concreto tradicional à base de cimento.

Citação: Özkılıç, Y.O., Mohamud, M.A., Yılmaz, F. et al. The relationship of curing methods and curing temperatures with NaOH molarity and their effects on the behavior of geopolymer concrete. Sci Rep 16, 8346 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39478-4

Palavras-chave: concreto geopolimérico, construção de baixo carbono, temperatura de cura, escória de alto-forno, materiais sustentáveis