Propriedades mecânicas e características microscópicas do solo salino solidificado com LBM-GGBS em áreas sazonalmente congeladas

Por que o solo salgado congelado importa

Em regiões áridas ao redor do mundo, vastas áreas contêm solos salinos que se expandem, racham e afundam quando congelam no inverno e descongelam na primavera. Em locais como o noroeste da China, estradas e ferrovias precisam atravessar esses terrenos instáveis, causando ondulações, bombeamento de lama e reparos dispendiosos. Os engenheiros normalmente reforçam o solo com cimento comum, mas sua produção consome muita energia e o material pode ter desempenho ruim em condições muito salinas. Este estudo investiga um aglutinante alternativo mais limpo, feito a partir de subprodutos industriais, para avaliar se ele pode manter o solo salino forte e seguro após muitos ciclos de congelamento e descongelamento.

Uma nova forma de reforçar o solo salino

Os pesquisadores concentraram‑se em uma mistura de dois pós: escória de alto‑forno moída (GGBS), um subproduto da siderurgia, e magnésia queimada leve, uma forma reativa de óxido de magnésio. Quando misturados com água e solo, esses materiais podem endurecer em torno dos grãos, de modo semelhante a um cimento de baixa emissão de carbono. A equipe coletou solo salino rico em cloreto de uma área sazonalmente congelada na província de Shaanxi, China, e então adicionou diferentes quantidades e proporções do aglutinante escória‑magnésia. Moldaram as misturas em pequenos cilindros, curaram‑nos por quatro semanas e, em seguida, submeteram‑nos a ciclos repetidos de congelamento a cerca de −20 °C e descongelamento à temperatura ambiente para simular vários invernos.

Quão forte e compacto o solo permaneceu

Após 0, 2, 4, 6, 8 e 10 ciclos de congelamento‑degelo, a equipe mediu a resistência à compressão até a ruptura, a permeabilidade à água e a quantidade de cloreto que foi lavada. Como esperado, todas as amostras perderam parte da resistência nos dois primeiros ciclos, quando o crescimento de gelo e o movimento de sais danificam a estrutura interna. Mas espécimes com maior teor de aglutinante, especialmente aqueles contendo 12% de aglutinante com relação escória‑para‑magnésia de 7 para 1, permaneceram notavelmente resistentes. Essa mistura ótima manteve uma resistência de cerca de 3 megapascais após dez ciclos — quatro vezes o requisito para a camada superior da base de uma rodovia. O fluxo de água através do solo tratado manteve‑se baixo e mudou pouco com os ciclos, sobretudo nas misturas mais ricas, indicando que a rede endurecida permaneceu relativamente densa e resistente a fissuras.

O que acontece no interior em escala microscópica

Para entender por que o solo tratado resistiu tão bem ao congelamento, os pesquisadores examinaram sua estrutura interna usando microscópios eletrônicos e medições de tamanho de poros. Eles descobriram que a escória e a magnésia reagiram com a água e íons dissolvidos no solo para formar diversos novos géis e cristais minerais que ligaram os grãos entre si. Isso incluiu camadas densas em forma de rede que envolveram partículas do solo e preencheram microfissuras, assim como cristais em forma de agulha e de placas que faziam ponte sobre espaços vazios. Ao longo dos ciclos de congelamento‑degelo, alguns poros pequenos coalesceram em poros ligeiramente maiores, mas o volume total de poros mudou apenas moderadamente. A estrutura endurecida permaneceu em grande parte intacta, limitando o crescimento de lentes de gelo prejudiciais e impedindo que o solo se desintegrasse.

Aprisionando o sal em vez de deixá‑lo se mover

O solo salino continha originalmente um nível elevado de cloreto que podia facilmente se dissolver e se mover com a água, agravando os danos por geada e ameaçando estruturas próximas ou o lençol freático. Após o tratamento com o aglutinante escória‑magnésia e a cura, a quantidade de cloreto lixiviada diminuiu cerca de 43%. Análises microscópicas e químicas mostraram que grande parte do cloreto ficou incorporada em cristais recém‑formados que também contêm cálcio, alumínio e sulfato. Esses minerais permaneceram estáveis mesmo após muitos ciclos de congelamento‑degelo, de modo que ciclos adicionais não liberaram cloreto extra. Na prática, o aglutinante tanto reforçou o solo quanto aprisionou grande parte do sal mais problemático.

O que isso significa para a construção em regiões frias

Para não especialistas, a mensagem é direta: ao reciclar a escória da siderurgia e usar um pó reativo de magnésia, engenheiros podem transformar terrenos salgados problemáticos em um material de fundação mais resistente, menos permeável e ambientalmente mais amigável, mesmo em locais que congelam e descongelam ao longo do inverno. A mistura correta — cerca de 12% desse aglutinante com mais escória do que magnésia — manteve o solo forte bem acima dos padrões para construção de estradas, restringiu o movimento da água e reteve aproximadamente três quartos do cloreto. Essa abordagem pode ajudar a ampliar a construção segura em regiões frias e áridas, reduzindo a dependência do cimento convencional e aproveitando resíduos industriais.

Citação: Chen, S., Ren, P., Wang, J. et al. Mechanical properties and microscopic features of LBM-GGBS solidified saline soil in seasonally frozen areas. Sci Rep 16, 10928 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46145-1

Palavras-chave: solo salino, durabilidade ao congelamento‑degelo, melhoria do solo, aglutinante proveniente de subproduto industrial, estabilização de cloreto