Análise do UHPC produzido com resíduos: comportamento físico, mecânico e avaliação ambiental

Abstract

O UHPC (Ultra-High Performance Concrete) é caracterizado por alta resistência, durabilidade e notável desempenho estrutural, alcançando resistências à compressão acima de 120MPa e à tração acima de 6MPa. Essas propriedades permitem o desenvolvimento de estruturas esbeltas e, portanto, leves, bem como o reforço de estruturas existentes. Esse tipo de concreto é caracterizado por alto teor de cimento, que pode atingir aproximadamente 1000 kg/m³, agregados finos, sílica ativa, aditivos e fibras. Devido ao alto consumo de cimento e outros materiais caros com impactos ambientais significativos, é crucial desenvolver estratégias que minimizem seus efeitos ambientais. Nesse contexto, o objetivo do presente estudo é avaliar a incorporação de louças sanitárias, pó de mármore e cinza de casca de arroz na composição do UHPC, combinados com o processo de cura térmica, analisando seu impacto no comportamento físico e mecânico do material. As características do material foram avaliadas por meio de ensaios de resistência à compressão e à tração na flexão e redução de emissões de carbono. Os materiais componentes foram inicialmente caracterizados, e o método de empacotamento de partículas determinou as proporções da mistura. Em seguida, cinco misturas foram desenvolvidas para avaliar a viabilidade das incorporações propostas. As misturas foram submetidas a ensaios de resistência à compressão aos 7 e 28 dias de idade. Após a avaliação dos resultados, uma segunda fase focou na análise do desempenho das misturas usando cura térmica. As misturas de referência, com louças sanitárias e com louças sanitárias até 10% de redução de cimento foram selecionadas para prosseguir com a incorporação de fibras e ensaios para determinação do teor de ar, índice de consistência, gravidade específica, absorção de água, índice de vazios, resistência à compressão axial, módulo de elasticidade, resistência à tração à flexão em quatro pontos e análise de impacto ambiental (emissões de CO₂ e energia incorporada). Além disso, foi analisada a influência da cura térmica no desempenho físico, mecânico e ambiental do UHPC. A pesquisa demonstrou que, mesmo com materiais residuais, o UHPC atingiu resistências à compressão superiores a 120 MPa quando a cura térmica foi aplicada, o que melhorou as propriedades mecânicas em até 25%. A resistência à tração flexural excede 6 MPa nas misturas modificadas, confirmando a eficiência da incorporação de fibras. Ambientalmente, houve uma redução de 16% nas emissões de CO₂ na mistura com louças sanitárias para 10% de redução de cimento, destacando o impacto positivo da substituição parcial do cimento. Esses resultados fortalecem o potencial do UHPC sustentável, combinando alto desempenho mecânico com impacto ambiental reduzido.

The UHPC (Ultra-High Performance Concrete) is characterized by high strength, durability, and remarkable structural performance, achieving above 120MPa compressive and 6MPa tensile strengths. These properties enable the development of slender and, therefore, lightweight structures, as well as the reinforcement of existing structures. This type of concrete is characterized by a high cement content, which can reach approximately 1000 kg/m³, fine aggregates, silica fume, additives, and fibers. Due the high consumption of cement and other expensive materials with significant environmental impacts, it is crucial to develop strategies that minimize their environmental effects. In this context, the objective of the present study is to evaluate the incorporation of sanitary ware, marble powder, and rice husk ash into the UHPC composition, combined with the thermal curing process, analyzing their impact on the physical and mechanical behavior of the material. The material validity was evaluated through compressive and flexural tensile strength tests and carbon emissions reduction. The component materials were initially characterized, and the particle packing method determined the mix proportions. Then, five mixes were developed to evaluate the feasibility of the proposed incorporations. The mixes were subjected to compressive strength tests at 7 and 28 days of age. After evaluating the results, a second phase focused on analyzing the performance of the mixes using thermal curing. The mixes of reference, with sanitary ware, and with sanitary ware to 10% cement reduction were selected to proceed with fiber incorporation and tests for determining air content, consistency index, specific gravity, water absorption, void index, axial compressive strength, modulus of elasticity, four-point flexural tensile strength, and environmental impact analysis (CO₂ emissions and embodied energy). Additionally, the influence of thermal curing on the physical, mechanical, and environmental performance of UHPC was analyzed. The research demonstrated that, even with waste materials, the UHPC achieved compressive strengths exceeding 120 MPa when thermal curing was applied, which enhanced the mechanical properties by up to 25%. The flexural tensile strength exceeds 6 MPa in the modified mixes, confirming the efficiency of fiber incorporation. Environmentally, there was a 16% reduction in CO₂ emissions in the mix with sanitary ware to 10% cement reduction, highlighting the positive impact of partial cement replacement. These results strengthen the potential of sustainable UHPC, combining high mechanical performance with reduced environmental impact.