Estudo sobre a durabilidade cíclica por congelamento–degelo de concreto reciclado com cerâmica na região ocidental de alta altitude

Transformando Lixo de Azulejos em Estradas Mais Resilientes

Ao redor do mundo, montanhas de azulejos cerâmicos quebrados provenientes de obras e reformas acabam em aterros. Ao mesmo tempo, estradas, pontes e edifícios em regiões frias e de alta altitude são castigados por ciclos repetidos de congelamento e degelo, que aos poucos destroem o concreto convencional. Este estudo explora uma solução dupla: moer resíduos de azulejos cerâmicos e incorporá‑los ao concreto para reciclar um fluxo de lixo difícil e construir estruturas que resistam melhor aos climas rigorosos de inverno.

Por que o Congelamento e o Degelo Danificam o Concreto

O concreto parece sólido, mas por dentro é atravessado por poros minúsculos e fendas capilares. Quando a água penetra e depois congela, ela se expande como gelo em um cano entupido. A cada ciclo de congelamento–degelo, essa expansão e contração abrem microfissuras, soltam a ligação tipo cola do cimento e arrancam grãos da superfície. Ao longo dos anos, esse intemperismo interno lento pode transformar um bloco forte em um material esfarelento e permeável. Para regiões de alta altitude, onde as temperaturas oscilam ao redor do ponto de congelamento por longos períodos, entender e reduzir esse dano é essencial para uma infraestrutura segura e duradoura.

De Azulejos Quebrados para Novo Concreto

Os pesquisadores testaram se azulejos cerâmicos triturados poderiam substituir parte das partículas do tamanho de areia normalmente usadas no concreto. Eles moldaram seis conjuntos de blocos de concreto, aumentando gradualmente a proporção de partículas cerâmicas de 0% (concreto reciclado comum) até 100%, quando todo o agregado fino vinha dos resíduos de azulejos. Esses blocos foram completamente imersos em água, depois congelados repetidamente a cerca de −18 °C e descongelados pouco acima de zero, com cada ciclo durando quatro horas. A cada 30 ciclos, a equipe pesava os blocos para ver quanto material havia se desprendido e mediria a facilidade com que ondas sonoras os atravessavam, um indicador sensível da rigidez e do grau de fissuração internos.

Encontrando o Ponto Ideal em 20 Porcento

Surgiu um padrão claro. Todos os blocos tornaram‑se menos rígidos conforme os ciclos se acumulavam, mostrando que o dano interno estava se acumulando, mas a taxa de declínio dependia fortemente da quantidade de cerâmica. O concreto com 20% de partículas cerâmicas provou ser o mais resiliente: suportou cerca de 398 ciclos de congelamento–degelo antes que seu desempenho caísse abaixo dos padrões aceitos. Imagens microscópicas mostraram que os danos iniciais se limitaram em grande parte a uma zona superficial fina, enquanto o interior permaneceu denso e bem ligado. Os grãos cerâmicos, que absorvem menos água e têm menos poros abertos do que a areia reciclada típica, ajudaram a reduzir a entrada de água no concreto e a expansão durante o congelamento.

Além dessa substituição de 20%, contudo, a durabilidade piorou acentuadamente. Em teores elevados de cerâmica, as superfícies vidradas dos azulejos aderiam mal ao cimento circundante, deixando vazios extras e interfaces fracas. Essas lacunas atuavam como pequenos reservatórios onde a água podia congelar, expandir e conectar‑se em redes de fissuras. Com 80% e especialmente 100% de cerâmica, os blocos sofreram descamação rápida da superfície e fissuras profundas, não resistindo ao intervalo de teste de 300 ciclos sem danos sérios. Medições detalhadas da região de transição ao redor de cada grão mostraram que ela se tornava mais espessa e porosa conforme aumentava o teor de cerâmica, minando a resistência global do concreto.

Prevendo Quanto Tempo o Concreto Vai Durar

Saber que 20% de cerâmica funciona melhor é apenas parte da história; engenheiros também precisam estimar quanto tempo esse concreto vai desempenhar sua função com segurança no mundo real. Para isso, os autores trataram a perda gradual de rigidez e massa como uma espécie de processo aleatório de movimento lento. Utilizando uma ferramenta matemática originalmente desenvolvida para rastrear partículas errantes, eles construíram uma curva de confiabilidade que mostra como a probabilidade de o concreto ainda atender aos requisitos de desempenho cai conforme cresce o número de ciclos de congelamento–degelo. Para a mistura de melhor desempenho, a análise sugere que ela tolera cerca de 383 ciclos antes que sua confiabilidade caia abaixo de um limiar conservador de segurança, e aproximadamente 398 ciclos antes de estar efetivamente esgotada.

O Que Isso Significa para a Construção em Regiões Frias

Na prática, o estudo mostra que uma dose moderada de azulejos cerâmicos triturados — cerca de um quinto do agregado fino na mistura — pode transformar um resíduo em um ingrediente valioso para concreto durável em áreas frias e de alta altitude. Nesse nível, os azulejos ajudam a limitar a absorção de água e os danos internos por gelo; além disso, introduzem pontos fracos em excesso e, na verdade, aceleram a falha. Ao combinar testes de laboratório com modelagem de previsão de vida útil, o trabalho oferece tanto uma receita quanto uma ferramenta de previsão para projetistas que desejam construir estradas e estruturas mais duradouras enquanto reduzem resíduos de construção. Pesquisas futuras vão avaliar como esse concreto otimizado resiste a outras ameaças de longo prazo, como sais penetrantes e dióxido de carbono, esclarecendo ainda mais seu papel em uma infraestrutura mais sustentável.

Citação: Kuan, P., Heyuqiu, L. & Yaping, L. Study on freeze–thaw cyclic durability of reclaimed ceramic concrete in western high altitude region. Sci Rep 16, 12952 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42770-y

Palavras-chave: concreto reciclado, resíduos de cerâmica, durabilidade ao congelamento–degelo, infraestrutura em regiões frias, vida útil do material