Desenvolvimento de argamassa álcali-ativada baseada em cinzas de caldeira de dendê e queima de madeira

Development of alkali-activated mortar based on palm oil fuel ash and wood ash

Resumo

Os materiais álcali-ativados são conhecidos por apresentarem rápido desenvolvimento de elevada resistência mecânica, alta estabilidade química e possível reutilização de resíduos durante sua formulação, o que permite reaproveitar recursos e reduzir impactos ambientais. O presente trabalho desenvolveu argamassas álcali-ativadas empregando cinzas de caldeira de dendê e de queima de madeira, beneficiadas por meio de moagem e peneiramento. Avaliaram-se as características físico-químicas dos materiais por meio de ensaios de difração de raios laser, difração e fluorescência de raios x e termogravimetria, e formularam-se aglomerantes variando as relações molares CaO/SiO₂e SiO₂/Al₂O₃. Foram avaliadas seis formulações, duas das quais commetacaulim como fonte complementar de Al₂O₃. Avaliadas as propriedades mecânicas dos aglomerantes, formularam-see avaliaram-se três argamassas com variação do teor volumétrico de agregado em 25% e 50% quanto a trabalhabilidade, resistência mecânica, absorção de água e desenvolvimento de eflorescência. Houve desenvolvimento total de resistência com apenas 2 dias, e resistência à tração média de 3,54 MPa e à compressão de 10,5 MPa. As argamassas apresentaram baixa susceptibilidade ao desenvolvimento de eflorescência e taxa de absorção de 9,6%, o que confirma o potencial de aproveitamento dessas cinzas como material precursor para argamassas.

Palavras-chave:
Álcali-ativação; Argamassa; Cinza industrial; Resíduo

Abstract

Alkali-activated materials are known by its fast development of high mechanical strength and high chemical stability, and the possibility to reuse waste in its formulation contributes to the reduction of several environmental impacts. The present developed an alkali-activated mortar based on palm oil fuel ash and wood ash. To this end, the physical and chemical characteristics of the materials were evaluated through tests of laser diffraction, x-ray diffraction and fluorescence, and thermogravimetry, followed by the formulation of binders by varying the CaO/SiO ₂ and SiO ₂ /Al ₂ O ₃ molar ratios. Six formulations were tested and metakaolin was used in two of them as a complementary source of Al ₂ O ₃ . After evaluating the mechanical properties of the binders, three mortars were formulated with a 25% and 50% variation in the volumetric aggregate content. Total strength development was observed in just 2 days, achieving an average flexural strength of 3.54 MPa and compressive strength of 10.5 MPa. The mortars showed low susceptibility to the development of efflorescence and an absorption rate of 9.6%, confirming the reuse potential of the ashes as precursors for the development of mortars.

Keywords:
Alkali-activation; Morta; Industrial ash; Residue

Introdução

Os aglomerantes álcali-ativados (AAA) são conhecidos por apresentarem desempenho comparável ou superior aos tradicionais produtos baseados em cimento Portland, material de construção mais utilizado no mundo. Entre as características que os tornam interessantes estão o rápido desenvolvimento de elevada resistência mecânica, baixa fissuração, alta resistência química ao ataque de ácidos e sulfatos, e estabilidade sob elevadas temperaturas (HUSSIN et al., 2015; PASSUELLO et al., 2017).

Diversos benefícios ambientais são associados à produção dos álcali-ativados, considerados como uma alternativa potencialmente positiva para reduzir as elevadas emissões de gases associadas à produção de argamassas e concretos de cimento Portland em até 75% (YANG; SONG; SONG, 2013), incluindo menor custo de produção e consumo de energia, além da possibilidade de reutilização de resíduos e subprodutos para formação de novos materiais(CAPASSO et al., 2019; SONG et al., 2016). O desenvolvimento dos AAA também é impulsionado por seu potencial comportamento físico-químico, com elevada resistência mecânica, resistência a altas temperaturas, baixa permeabilidade, forte aderência a produtos de cimento Portland e estabilidade química, apresentando ainda propriedades eletroquímicas que os tornam efetivos para situações de reparo estrutural (CRIADO, 2015; HUSSIN et al., 2015).

Materiais álcali-ativados

Um AAA é um tipo de polímero inorgânico sintetizado pelareação entre uma solução alcalina altamente concentrada e um material precursor fonte de aluminossilicatos. Tal reação produz uma rede polimérica tridimensional cuja estrutura varia de acordo com a matéria-prima e as condições de ativação (PROVIS; BERNAL, 2014). Durante a reação, o ataque da solução ativadora libera monômeros de aluminossilicatos oriundos dos precursores que reagem entre si e se condensam em um gel aglomerante composto predominantemente por fases amorfas (SI; GUO; DAI, 2019).

Diversos materiais podem ser utilizados como precursores desde que possuam quantidades expressivas de sílica, alumina ou óxido de cálcio na composição, sendo usual o tratamento com moagem e calcinação para otimizar ou mesmo viabilizar seu uso, além da combinação com outros materiais complementares (DEMBOVSKA et al., 2017). A solução ativadora deve possuir elevado pH, sendo usualmente utilizados hidróxidos de metais alcalinos, como NaOH e KOH, associados a silicatos para aumentar a disponibilidade de sílica solúvel no sistema e promover melhorias na trabalhabilidade e no desempenho mecânico das misturas (GARCIA-LODEIRO; PALOMO; FERNÁNDEZ-JIMÉNEZ, 2014).

Sistemas com baixa razão molar CaO/SiO₂ tendem a precipitar aluminossilicatos hidratados de sódio (gel N-A-S-H), requerendo meios altamente alcalinos e cura em temperaturas acima de 60 ºC. Naqueles com razões maiores, predominam as reações entre cálcio e silício, que produzem rapidamente silicatos e aluminossilicatos de cálcio hidratados (C-S-H e gel C-A-S-H), condensando em temperatura ambiente e em meios medianamente alcalinos (GARCIA-LODEIRO; PALOMO; FERNÁNDEZ-JIMÉNEZ, 2014; PROVIS; BERNAL, 2014).

Nessa perspectiva, tem-se buscado, entre os resíduos de outras indústrias, potenciais fontes de alumínio, cálcio e silício que possam contribuir para a produção de AAA, sendo encontrados resultados positivos com o uso de escórias de alto forno, cinza volante, rejeitos de mineração e cinzas como as de casca de arroz e bagaço de cana (BEZERRA et al., 2019; DEMBOVSKA et al., 2017;SULTHAN, 2019).

Cinzas agroindustriais

Cinzas de caldeiras da agroindústria do dendê, conhecidas por apresentar bom desempenho pozolânico como material complementar ao cimento Portland (APRIANTI et al., 2015; COELHO et al., 2019), têm atraído atenção para seu potencial uso como precursor para a álcali-ativação graças à elevada quantidade de silício em sua constituição e seu alto volume de produção mundial (KABIR et al., 2017).

Atualmente, o óleo de dendê é líder em produção e consumo entre os principais óleos comestíveis comercializados, com produção mundial crescente, que já ultrapassa as 76 milhões de toneladas anuais (UNITED..., 2019). Estima-se que, do total de material que chega para ser processado na indústria, 21% correspondam à produção de óleo e 45% correspondam a cascas, fibras e engaços, que são secos e utilizados como biomassa no próprio processo de extração do óleo ou em usinas elétricas (ARIFFIN; HUSSIN, BHUTTA, 2011; GAGG, 2014; THOMAS; KUMAR; AREL, 2017).

Tal processo gera grande quantidade de cinzas, estimada em torno de 5% do total de biomassa, o que corresponde a 8 milhões de toneladas anuais. Tamanho volume de cinzas é normalmente disposto em aterros sem qualquer retorno comercial, ocupando grandes áreas e demandando recursos para transporte e manutenção (APRIANTI et al., 2015; THOMAS; KUMAR; AREL, 2017).

Cinzas resultantes do uso de madeira como biomassatambém encontram espaço como precursores, especialmente devido ao alto teor de cálcio e alumínio característico desse tipo de resíduo (ABDULKAREEM; RAMLI; MATTHEWS, 2019; HASSAN et al., 2019).A composição das cinzas sofre variações de acordo com o tipo de planta, a temperatura e a tecnologia da queima, o que as torna materiais adequados para uso como precursor complementar (HASSAN et al., 2019).

De forma semelhante ao tratamento do dendê, o processo de queima de madeira como biomassa resulta em uma grande produção mundial de cinzas. Dados da Associação Mundial de Bioenergia (WORLD..., 2019) mostram que, em 2017, 1,9 bilhão de metros cúbicos de madeira foi utilizado como combustível para produção de energia, aquecimento e fins alimentícios, sendo a principal destinação desse resíduo a disposição em aterros, o que traz preocupações sobre os impactos ambientais (MILOVANOVIĆ et al., 2019).

Dessa forma, o presente trabalho contribui com o conhecimento sobre a produção e utilização de aglomerantes e argamassas álcali-ativadas por meio da combinação de dois resíduos agroindustriais, as cinzas de caldeira de dendê e de queima de madeira, ativadas com solução de silicato de sódio alternativo, além de incentivar potenciais formas de aproveitamento sustentável de tais materiais no âmbito de aplicações associadas à indústria da construção civil.

Materiais e métodos

Materiais precursores

Foram utilizadas cinzas de caldeira de dendê (CCD), cinzas de queima de madeira (CQM) e metacaulim (MK), caracterizados quanto à granulometria e superfície específica por difração de raios laser em granulômetro Mastersizer 3000E (Malvern Panalytical), massa específica por picnometria com bomba de vácuo conforme a NBR 6458 (ABNT, 2016), comportamento térmico por termogravimetria (TG) em termobalança de análise simultânea DTG 60H (Shimadzu) sob fluxo de ar sintético de 100 ml/min, taxa de aquecimento de 20 ºC/min até a temperatura de 1.000 ºC com amostras de aproximadamente 15 mg, composição química via fluorescência de raios x por dispersão em comprimento de onda em analisador S8 Tiger (Bruker) e composição mineralógica por difração de raios x em difratômetro D8 Advance (Bruker), com ânodo de cobre operando a 40kV e 30 mA, ângulo de variação 2Θ entre 5º e 80º, e velocidade de varredura de 2º/min. Os difratogramas foram analisados qualitativamente no software QualX2.0 (ALTOMARE et al., 2015) associado à base de dados POW_COD Inorganic 2007.

A CCD utilizada neste trabalho é resultante da queima de biomassa em caldeiras durante o processo de extração do óleo de dendê pela empresa Oldesa - Óleo de Dendê Ltda., no município de Nazaré, BA. A biomassa é composta principalmente deengaços de dendê, sendo adicionados materiais complementares durante os períodos de baixa produção,com menor volume de cachos. Entre os materiais complementares estão subprodutos da própria indústria, como as fibras do mesocarpo e cascas da amêndoa do dendê, além de lenha de eucalipto.

Um fluxograma do processo de beneficiamento dos resíduos é apresentado na Figura 1.

Figura 1
Fluxograma do beneficiamento

A cinza bruta, retirada das caldeiras, apresenta coloração escura e presença de materiais que não foram totalmente queimados, como fibras de engaço e cascas de palmiste (Figura 2a). O beneficiamento do resíduo consistiu inicialmente na secagem ao ar seguida de peneiramento em peneira de abertura 4,8 mm para remoção de material indesejado (Figura 2b). O material seguiu para moagem em aparelho de Abrasão Los Angeles Burguer SN 509, em procedimento similar ao proposto por Ranjbar et al. (2014a). Foram realizados 8.000 ciclos a 33RPM com 12 esferas de aço de 5cm de diâmetro e 500g de massa, com volume de material inferior a 25% do volume da câmara. No final da moagem havia fragmentos de cascas remanescentes, que foram removidos por peneiramento em malha de abertura 1,98 mm (Figura 2c), sendo utilizado na pesquisa o material passante (Figura 2d).

As amostras de CCD destinadas aos ensaios de caracterização química foram submetidas a moagem em moinho de bolas cerâmico (Quimis Q298), com 50 esferas de 25mm de diâmetro por 9.000 ciclos a 60 RPM, para evitar possível contaminação das amostras com ferro. Desse montante, a parcela passante na peneira de abertura 0,075mm foi seca em estufa a 100 ºC por 24h.

A CQM é oriunda da queima de lenha como biomassa em fornos de uma indústria de produção de gêneros alimentícios da cidade de Cruz das Almas, BA. A madeira predominantemente utilizada no processo é conhecida localmente como jurema (Mimosa tenuiflora [Willd]),uma árvore muito comum no Nordeste brasileiro e bastante utilizada como biomassa graças a seu elevado poder calorífico.A cinza bruta, retirada dos fornos, possuía coloração predominantemente cinzenta (Figura 3a), comdiversos fragmentos de carvão e detritos (pregos e pedaços de cerâmica, por exemplo). O beneficiamento desse material seguiu os mesmos procedimentos aplicados para a CCD (Figura 3b).

Figura 2
Cinza de caldeira de dendê

Figura 3
Cinza de queima de madeira

O MK é produzido por meio da calcinação de argilas cauliníticas, sendo sua composição diretamente dependente da composição química e mineralógica destas. Nesta pesquisa foi utilizado o HP Ultra, da fabricante Metacaulim do Brasil (Figura 4).

Solução ativadora

Como ativador alcalino foi utilizado silicato de sódio produzido pela reação entre hidróxido de sódio e sílica ativa apresentada na Equação 1. O silicato de sódio é um dos principais ativadores empregados para álcali-ativação, principalmente pela benéfica disponibilização de sílica solúvel para as reações. A produção comercial de tal reagente está associada a um elevado consumo de energia e emissão de poluentes (TURNER; COLLINS, 2013), impactos negativos que são significativamente amenizados pelo processo adotado nesta pesquisa, que foi descrito por Matos (2018) e Geraldo et al. (2018). Neste, é inicialmente produzida solução de hidróxido de sódio em água e então adicionada sílica ativa à mistura de forma gradual, procedendo-se com agitação da mistura até completar a dissolução da sílica.

${\mathit{SiO}}_2+2\mathit{NaOH}\mathrm{}⟶\mathrm{}{\mathit{Na}}_2{\mathit{SiO}}_3+\mathrm{}{H}_{2}O$ Eq. 1

A proporção entre os reagentes para produção do silicato de sódio foi determinada com a metodologia de dosagem por resolução de sistemas lineares proposta por Coelho et al. (2022), visando fixar a razão mássica SiO₂/Na₂O do ativador, também conhecida como módulo de sílica (Ms), em 1,40 (ISLAM et al., 2014; YUSUF, 2015).

A solução de hidróxido de sódio (com concentração de 10 mol/L) foi produzida com hidróxido em escamas (Figura 5a), com grau de pureza de 98%. A sílica ativa utilizada é comercial e foi doada pela fabricante Ferbasa (Figura 5b). A água utilizada durante toda a etapa experimental foi proveniente do sistema de abastecimento da Universidade Federal da Bahia.

Figura 4
Metacaulim

Figura 5
Hidróxido de sódio e sílica ativa

Formulação dos aglomerantes

O traço dos aglomerantes (Tabela 1) foram determinados visando fixar os parâmetros de proporção mássica entre ativador e precursor (conhecida como razãolíquido/sólidos ou L/S) em 0,50, variando-se a razão molar CaO/SiO₂ entre 0,30 e 1,00 e a razão SiO₂/Al₂O₃ entre 8 e 17. Tais faixas foram selecionadas com base em valores recomendados pela literatura em trabalhos que utilizaram precursores similares (ISLAM et al., 2014; MATOS, 2018; MIJARSH; JOHARI; AHMAD, 2015; RANJBAR et al., 2014a, 2014b; SALIH et al., 2015a, 2015b; YUSUF, 2015; YUSUF et al., 2014).

Os aglomerantes A4 e A5 incorporaram MK como fonte de alumina, sendo a principal diferença entre eles a razão CaO/SiO₂. O aglomerante A6 foi formulado buscando-se atingir a menor razão SiO₂/Al₂O₃possível apenas com as cinzas. Tal resultado só foi possível com a variação da razão L/S, o que impactou a dose de álcalis (M+) deste grupo. Foi utilizada razão L/S mínima de 0,34 para evitar a formulação de misturas demasiadamente secas (ZHANG et al., 2018).

A mistura foi feita em misturador eletromecânico, adicionando-se primeiro a solução ativadora, agitando por 30 s, e então os precursores, agitando por mais 1 min. Foi feita pausa para homogeneização manual do aglomerante, seguindo pela agitação mecânica por mais 3 min, totalizando tempo total de mistura em aproximadamente 5 min.

Inicialmente se procedeu com a secagem dos precursores em estufa (24 horas a 100ºC), no entanto foi observada intensa liberação de bolhas durante a moldagem, o que comprometeu a estrutura e a estabilidade das amostras. Dessa forma, optou-se por trabalhar com os materiais em estado de armazenamento, considerando sua umidade como água adicional durante o cálculo das razões molares. A umidade presente nos materiais foi quantificada em 15%, 5%, 1,6% e 0,06% para a CCD, CQM, MK e areia respectivamente.

Ao término da mistura, os aglomerantes foram despejados em moldes prismáticos acrílicos de 40x40x160mm e adensados por queda em procedimento adaptado da NBR 13279 (ABNT, 2005a) em duas camadas, sendo manualmente realizadas 30 quedas à altura aproximada de 2 cm, por camada.

Os aglomerantes A1, A2 e A3 permaneceram nos moldes por 24 h, já os traços A4, A5 e A6 apresentarem resistência suficiente para desforma em apenas 2 h. As amostras foram destinadas à cura em temperatura ambiente, em embalagens plásticas, até atingir a idade designada para os ensaios. As etapas de preparo descritas são apresentadas na Figura 6.

Formulação das argamassas

Agregado miúdo

Como agregado miúdo para formulação das argamassas foi utilizada areia comercializada na cidade de Salvador, BA, caracterizada quanto a granulometria (ABNT, 2003b), massa específica (ABNT, 2009), massa unitária (ABNT, 2006) e teor de material pulverulento (ABNT, 2003a).

Tabela 1
Traços dos aglomerantes com principais parâmetros

Traço	CCD	CQM	MK	Solução NaOH	Sílica ativa	CaO/ SiO2	SiO2/ Al2O3	Na2O/ SiO2	Na2O/ Al2O3	H2O/ Na2O	L/S	M+ ¹
A1	100,0	8,7	0	39,9	14,4	0,29	17,25	0,30	5,17	15,85	0,59	9,87%
A2	100,0	39,0	0	51,0	18,5	0,61	17,10	0,34	5,89	14,74	0,57	9,61%
A3	100,0	92,5	0	70,6	25,7	1,01	16,89	0,40	6,81	13,67	0,56	9,39%
A4	100,0	181,9	21,6	111,0	40,5	1,19	8,01	0,41	3,28	12,78	0,54	9,14%
A5	100,0	14,6	13,4	47,0	17,1	0,29	7,89	0,28	2,20	15,23	0,57	9,66%
A6	100,0	88,6	0	41,5	15,1	1,24	13,49	0,32	4,38	17,11	0,34	5,64%

• Nota: medidas em gramas, razões molares adimensionais.¹M+ se refere à “dose de álcalis”, razão mássica entre Na₂O no ativador e a massa de precursores.

Figura 6
Preparo dos aglomerantes

Dosagem

Entre os aglomerantes produzidos, aquele que apresentou melhor desempenho mecânico foi selecionado para a formulação das argamassas (A4). Foram formulados três traços visando avaliar a influência de diferentes teores de agregado (Tabela 2), sendo adotadas as proporções volumétricas de 25% e 50%. Para garantir a trabalhabilidade das misturas com 50% foi necessário introduzir mais água na mistura, feita de duas formas, um traço com adição de água extra e outro com adição de solução de hidróxido de sódio, similar ao procedimento adotado por Mijarsh, Johari e Ahmad (2015).

O processo de mistura das argamassas foi semelhante ao dos aglomerantes, com menor tempo de mistura devido ao fato de a trabalhabilidade ser atingida mais rapidamente e um dos traços ter apresentado ganho de resistência ainda no misturador, totalizando 3 min.

Métodos de ensaio

Aglomerantes

Os aglomerantes A1, A2 e A3, formulados em uma primeira etapa da pesquisa, foram avaliados quanto à resistência à tração na flexão e à compressão axial aos 7 dias em prensa servocontrolada da fabricante Contenco, modelo HD-20T,conforme a NBR 13279 (ABNT, 2005a). Os grupos A4, A5 e A6 foram avaliados quanto à resistência à tração aos 2 e 14 dias e resistência à compressão aos 2, 7 e 14 dias.

Argamassas

A resistência mecânica das argamassas foi avaliada por resistência à tração na flexão e compressão nas idades de 7 e 14 dias. A influência do agregado nas propriedades de taxa de absorção de água por imersão, índice de vazios e massa específica seca foi avaliada com corpos de prova cilíndricos, seguindo a metodologia de ensaio da NBR 9778 (ABNT, 2005b).

Também foi avaliada a formação de eflorescência acelerada das argamassas, com metodologia de exposição adaptada das observações de Castro (2019), Bem e Medeiros (2019), consistindo na exposição de corpos de prova prismáticos de dimensões 40x40x160 mm à lâmina de água destilada com profundidade de 5mm por 7 dias em ambiente de laboratório, seguida por secagem em estufa a 100 ºC. Foram registradas imagens das faces expostas dos corpos de prova no início e final do ensaio, avaliando-se quantitativamente o surgimento de eflorescência em termos da área afetada, calculada com o software livre ImageJ (SCHNEIDER; RASBAND; ELICEIRI, 2012).

Tabela 2
Traços das argamassas (em gramas)

Argamassa	CCD	CQM	MK	Solução NaOH	Sílica ativa	Areia	Volume de agregado	H2OAdd	Solução NaOH Add
AR25	100	181,9	21,6	111	40,5	209,1	25%	-	-
AR50H	100	181,9	21,6	111	40,5	627,4	50%	60 ml	-
AR50S	100	181,9	21,6	111	40,5	627,4	50%	-	70 ml

Análise estatística

Os dados obtidos nos ensaios de resistência mecânica foram amostrados conforme critério do Desvio Absoluto Máximo prescrito pela NBR 13279 (ABNT, 2005a), sendo os resultados obtidos avaliados estatisticamente por meio de análise de variância (ANOVA) com nível de significância de 5% e um fator de variação a depender da análise, que poderia ser tipo de aglomerante, teor de agregado ou idade de ensaio. As análises foram realizadas nos softwares Microsoft Excel e Past (HAMMER; HARPER; RYAN, 2001). Para facilitar o entendimento, o fator empregado é destacado juntamente com os resultados nas seções seguintes.

Resultados e discussões

Materiais precursores

Granulometria, massa específica e superfície específica

A Figura 7 apresenta a curva granulométrica dos precursores, onde se pode observar que o processo de moagem produziu materiais finos, com exceção do metacaulim, que possui origem industrial. Os diâmetros médios foram de 50,2µm, 28,3µm e 23,4µm, para a CCD, CQM e MK respectivamente, próximos aos apresentados por Yahya et al. (2013) para cinzas de caldeira e algumas classes de cinza volante empregadas em álcali-ativação.

Uma vez que a granulometria atua principalmente como indicador da reatividade dos precursores e diante da velocidade da álcali-ativação (SOUTSOS et al., 2016), tem-se melhor aproveitamento do potencial dos precursores quando mais de 50% do material possui granulometria inferior a 45 µm(ISLAM et al., 2014; KHANKHAJE et al., 2016). Nesse sentido, a CCD apresentou 48,2% de sua granulometria inferior a 40 µm, a CQM, 60%, e o MK, 73,6%.

A massa e a superfície específica dos precursores são apresentadas na Tabela 3. As massas específicas encontradas para os precursores se encontram dentro da faixa esperada com base na literatura (ABDULKAREEM; RAMLI; MATTHEWS, 2019; ABOSHIA et al., 2018;AL-MULALI et al., 2015). Já a superfície específica da CCD está ligeiramente menor do que o usualmente relatado (entre 915 m²/kg e 1.871 m²/kg). Isso se deve ao uso de processos de calcinação sob altas temperaturas em fornalhas a gás, seguido de segunda etapa de moagem para produção de granulometria mais fina por tais estudos (ELBASIR; MEGAT JOHARI; AHMAD, 2019; SALIH et al., 2015b). A superfície específica da CQM se encontra dentro da faixa usualmente utilizada (entre 567 m²/kg e 6.260 m²/kg). Este tipo de resíduo apresenta grande variabilidade devido às diferentes propriedades físicas da biomassa (MILOVANOVIĆ et al., 2019).

Composição química

A composição química dos materiais precursores e da sílica ativa é apresentada na Tabela 4, onde se destaca na CCD as parcelas dos óxidos de potássio e silício, totalizando 39,5% da composição, e sua elevada perda ao fogo (PF), de 31,65%. O expressivo teor de K₂O das cinzas está associado à presença majoritária de engaços de dendê na biomassa (TAY; SHOW, 1995).

A CQM apresenta elevado teor de óxido de cálcio (CaO), típico de cinzas de madeira, e significativa contribuição de K₂O, que pode ser visto como um contribuinte positivo para a alcalinidade das misturas (CHEAH et al., 2017). Em ambas as cinzas se observa baixa concentração de óxido de alumínio (Al₂O₃), o que pode afetar o desempenho de aglomerantes que utilizam apenas elas como material precursor. A partir disso, tem-se o metacaulim como material complementar, com elevados teores de Al₂O₃e SiO₂.

Difração de raios x

O difratograma da CCD é apresentado na Figura 8, onde são observados picos referentes às fases de quartzo (00-901-3321), calcita (00-901-4891) e óxido de silício (00-412-4079), sendo os óxidos de silício e cálcio predominantes em sua composição química. Também é observado um característico halo amorfo, entre 18º e 40º (2Θ) (SALIH et al., 2015b).

A Figura 9 apresenta o difratograma da CQM, onde se observam picos referentes às fases de carbonato (00-702-2027), hidróxido de cálcio (00-100-8780), carbonato (00-153-6439) e cloreto de potássio (00-900-8651). A presença do pico de carbonato de cálcio (CaCO₃) próximo aos 29º (2Θ) é característica das cinzas de madeira, o que foi verificado também por Hassan et al. (2019) e Matos (2018). É interessante observar que a presença do potássio em cinzas de madeira está associada a contribuições positivas para a alcalinidade das reações (CHEAH et al., 2017).

No difratograma do metacaulim (Figura 10) se observam picos referentes às fases de quartzo (00-153-8064), muscovita (00-900-1058) e caulinita (00-901-4999). Há também um halo amorfo entre 20º e 30º (2Θ), característico da perda de cristalinidade da caulinita durante o processo térmico de produção do metacaulim (YUAN et al., 2016).

Figura 7
Curva granulométrica dos precursores

Tabela 3
Massa e área superficial específica dos precursores

PROPRIEDADE	CCD	CQM	MK
Massa específica (g/cm³)	2,17	2,77	2,73
Área superficial específica (m²/kg)	606,5	872,3	948,1

Tabela 4
Composição química dos materiais (%)

ÓXIDO	CCD	CQM	Metacaulim	Sílica ativa
Al2O3	3,62	1,60	42,17	0,15
CaO	6,35	41,93	0,09	0,56
Cl	1,10	1,48	0,02	0,36
Fe2O3	6,11	0,77	5,76	2,28
K2O	16,43	8,20	0,81	2,78
MgO	4,66	2,34	0,10	1,53
MnO	0,13	0,14	0,12	0,16
Na2O	0,75	1,78	-	1,13
P2O5	4,32	1,74	0,07	0,14
SiO2	23,09	2,56	45,85	89,89
SO3	0,95	1,75	0,18	-
SrO	0,09	0,50	< 0,01	< 0,01
TiO2	0,47	0,17	1,37	-
Perda ao fogo (PF)	31,65	34,90	2,07	-

Figura 8
Difratograma da CCD

Figura 9
Difratograma da CQM

Figura 10
Difratograma do metacaulim

Termogravimetria

A Figura 11 apresenta as curvas de TG e termogravimetria derivada (DTG) da CCD, onde se observam perdas de massa relativas à perda de água livre, na faixa entre 30 ºCe 150 ºC, e descarbonatação associada à queima de carvão residual do processo de queima nas caldeiras, entre 250 ºC e 600 ºC (ELBASIR; MEGAT JOHARI; AHMAD, 2019).

Análises térmicas das biomassas utilizadas nas caldeiras da indústria do dendê, como casca de palmiste, engaços e fibras do mesocarpo, mostram duas variações importantes: a primeira na faixa entre 200 ºC e 400 ºC, que pode estar associada à combustão da celulose e lignina, e a segunda entre 350 ºC e 650 ºC, associada à queima do carvão. No caso das cascas de palmiste, também há contribuição da descarbonatação (IDRIS; RAHMAN; ISMAIL, 2012). Visto que tais materiais passaram por processo de queima, dando origem à CCD, conclui-se que a maior perda de massa está relacionada à presença de carvão não queimado, evidente pela coloração escura do material.

As curvas de TG/DTG da CQM são apresentadas na Figura 12, sendo indicadas quatro faixas principais de perda de massa do material. A primeira, entre 30ºC e 150ºC, está associada à desidratação da amostra, de forma similar à CCD, ainda que em parcela menor. A segunda faixa está associada à desidratação do hidróxido de cálcio, que se decompõe em óxido de cálcio e água a partir dos 420ºC até os 500ºC(FERNANDES et al., 2017).A terceira faixa ocorre até os 760ºC, sendo associada à queima de carvão e descarbonatação, principal contribuição para perda de massa desse tipo de material (ABDULKAREEM; RAMLI; MATTHEWS, 2019). Conforme Thy et al. (2006), a decomposição do carbonato cálcio se inicia próximo aos 500 ºC, sendo observada em cinzas de madeira a presença do composto até os 720 ºC. Misra, Ragland e Baker (1993) registraram que a partir dos 600 ºC também pode ocorrer a decomposição do carbonato de potássio, ainda que com menor expressividade.

Figura 11
Termogravimetria da CCD

Figura 12
Termogravimetria da CQM

A quarta faixa está relacionada principalmente à decomposição dos compostos de potássio, ocorrendo a partir de 760ºC até próximo dos 900ºC. Há registros de que a decomposição da silvita ocorra entre 700ºC e 800ºC, faixa também associada a uma mudança de coloração das cinzas, que passam a adquirir tons mais escuros, devido à provável liberação de componentes voláteis (THY et al., 2006).

Misra, Ragland e Baker (1993) relataram que a decomposição do carbonato de potássio pode continuar além dos 900 ºC, sendo também observado por Thy et al. (2006) decréscimo nos níveis de K₂O nessa faixa em cinzas semelhantes.

Apesar de ser considerada elevada, a PF obtida está dentro da faixa usualmente encontrada para cinzas de madeira e similares que não passaram por processo térmico de beneficiamento, valores estes que ficam entre 18% e 40% (ABDULKAREEM; RAMLI; MATTHEWS, 2019; HASSAN et al., 2019), sendo totalmente possível se obterem características desejáveis da álcali-ativação de precursores com mais de 20% de PF, desde que se verifiquem as faixas ótimas de outras variáveis, como teor de álcalis e razões molares (SOUTSOS et al., 2016).

O comportamento térmico do metacaulim é exposto na Figura 13. Sendo produto da desidroxilação de argilas cauliníticas em altas temperaturas (entre 600ºC e 750ºC), é esperado que o metacaulim tenha baixa perda ao fogo, próximo a 3% (BUSARI; AKINMUSURU; DAHUNSI, 2019). Foi encontrado valor de 2,07%, dentro do esperado. Tal variação se deve principalmente à perda de água da amostra (desidratação), com pequena parcela de dexidroxilação da caulinita remanescente do processo de fabricação.

Agregado miúdo

A curva da granulométrica da areia é apresentada na Figura 14, sendo sua dimensão máxima característica igual a 1,18mm, massa específica de 2,61g/cm³, massa unitária de 1,56 g/cm³, módulo de finura de 1,64 e teor de material pulverulento igual a 1,97%.

Figura 13
Termogravimetria do metacaulim

Figura 14
Granulometria da areia

Aglomerantes

Resistência à tração na flexão

A Figura 15 apresenta a resistência à tração na flexão dos aglomerantes desenvolvidos. Os aglomerantes A1, A2 e A3 possuem idade de 7 dias, enquanto os aglomerantes A4, A5 e A6 foram ensaiados com 2 dias. A análise de variância (Tabela 5) confirmou que as variações de traço influenciaram significativamente a resistência à tração.

Como exposto na Tabela 1, a principal diferença entre os grupos A1, A2 e A3 é a razão molar CaO/SiO₂, sendo registrada redução da quantidade de água extra na mistura, em virtude do menor teor de umidade da CQM em relação à CCD. No entanto, a variação é muito pequena, com diferença máxima de 5% em relação à massa de precursor entre os grupos A1 e A3. Comportamento semelhante foi observado entre os aglomerantes A4 e A5, cuja principal variação foi a razão CaO/SiO₂, de 0,30 para 1,20. O maior teor de cálcio dessas misturas favorece a formação de C-S-H e de C-A-S-H como produtos de reação. Tais compostos precipitam nos microporos das matrizes,promovendo maior densificação, o que reflete a maior resistência mecânica dos aglomerantes (ABDULKAREEM; RAMLI; MATTHEWS, 2019; CHEAH et al., 2017).

Também é observado que os aglomerantes A4, A5 e A6 apresentaram as maiores resistências, e de forma mais rápida (com 2 dias de cura), devido ao maior teor de alumínio disponível, representado pelas menores razões de SiO₂/Al₂O₃. Há concordância entre estudos com cinzas semelhantes de que a maior disponibilidade de alumina na mistura produz compostos mais resistentes (MIJARSH; JOHARI; AHMAD, 2015). Em sistemas baseados em CCD, por exemplo, valores de SiO₂/Al₂O₃inferiores a 10 têm sido observados em combinações com maior resistência (ISLAM et al., 2014; MIJARSH; JOHARI; AHMAD, 2015; RANJBAR et al., 2014b).

A Figura 16 apresenta a evolução da resistência à tração na flexão para os aglomerantes A4, A5 e A6 com 2 e 14 dias. A análise de variância entre os grupos apresentou valor-p menor que 5% em ambas as idades (Tabela 6), confirmando que o tipo de aglomerante influenciou significativamente a propriedade. Analisando a variação de idade de cada grupo (Tabela 7), foram obtidos valores-p maiores que 5% para A3 e A4. Desse modo, não se pode afirmar que houve variação entre as resistências, indicando que o ganho de resistência mecânica desses aglomerantes ocorreu de forma acelerada. Diferentemente, o aglomerante A6 apresentou valor-p inferior a 5%, indicando variação significativa ao longo do tempo.

Figura 15
Resistência à tração na flexão

Tabela 5
- ANOVA: Resistência à tração dos aglomerantes

ANOVA
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	29,75769	5	5,95154	245,50785	7,86E-14	2,90129
Dentro dos grupos	0,36362	15	0,02424
Total	30,12132	20

• Nota: fator de variação: tipo de aglomerante.

Figura 16
Evolução da resistência à tração na flexão

Tabela 6
ANOVA: Evolução da resistência à tração na flexão por idade

ANOVA - Idade: 2 dias
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	4,09773	2	2,04887	76,30788	0,00268	9,55209
Dentro dos grupos	0,08055	3	0,02685
Total	4,17828	5
ANOVA - Idade: 14 dias
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	7,35339	2	3,67670	32,96503	0,00132	5,78614
Dentro dos grupos	0,55767	5	0,11153
Total	7,91106	7

• Nota: fator de variação: tipo de aglomerante.

Tabela 7
ANOVA: Evolução da resistência à tração na flexão por grupo

ANOVA - Aglomerante A4
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	0,01311	1	0,01311	0,25932	0,64568	10,12796
Dentro dos grupos	0,15169	3	0,05056
Total	0,16481	4
ANOVA - Aglomerante A5
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	0,69436	1	0,69436	3,38315	0,20724	18,51282
Dentro dos grupos	0,41048	2	0,20524
Total	1,10484	3
ANOVA - Aglomerante A6
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	1,61298	1	1,61298	63,63414	0,00411	10,12796
Dentro dos grupos	0,07604	3	0,02535
Total	1,68902	4

• Nota: fator de variação: idade.

O ganho de resistência nas primeiras idades é influenciado pelas elevadas taxas de dissolução dos aluminossilicatos e condensação das fases gel causada pela elevada alcalinidade da mistura (refletida no indicador M+), juntamente com maior disponibilidade de aluminatos (CHEAH et al., 2017; SOUTSOS et al., 2016).

O comportamento do aglomerante A6 pode estar associado à menor disponibilidade inicial de álcalis na mistura em função da razão L/S reduzida, o que retardou o processo de dissolução dos aluminossilicatos e, consequentemente, o desenvolvimento de resistência (RANJBAR et al., 2014b).

Resistência à compressão

A Figura 17apresenta o valor médio das resistências à compressão axial encontradas para os aglomerantes aos 7 dias. De forma análoga à resistência à tração, foi encontrado valor-p menor que 5% (Tabela 8), confirmando que as variações entre os traços afetaram significativamente o desempenho mecânico.

Assim como na resistência à tração, houve crescimento da resistência com o aumento da razão molar CaO/SiO₂, evidente pela variação entre A1, A2 e A3. Observa-se também a forte influência da razão SiO₂/Al₂O_3, visto que os aglomerantes A4, A5 e A6 apresentam mais alumina na composição, sendo esta a principal diferença entre os aglomerantes A4 e A5.

Tal efeito se deve ao papel fundamental da disponibilidade de alumínio nas reações de condensação. Maiores concentrações de espécies de aluminatos possibilitam maiores taxas de condensação envolvendo aluminatos e silicatos do que aquelas que ocorrem apenas entre silicatos (RANJBAR et al., 2014b). Em sistemas com significativo teor de cálcio, o papel dos aluminatos é ainda mais importante, visto que é a presença dos íons de alumínio que promove a conexão entre cadeias de C-S-H e a substituição de silicatos em seu arranjo estrutural, formando C-A-S-H (SALIH et al., 2015a).

As relativamente baixas resistências encontradas podem ser fruto de dois efeitos: primeiro, o alto teor de K₂O nos materiais precursores. Em certas quantidades, a presença de tal composto é interessante por produzir hidróxido de potássio quando em solução, contribuindo para a alcalinidade da reação e para o processo de dissolução nos momentos iniciais, além de disponibilizar íons K⁺durante etapas posteriores, favorecendo o balanço de carga durante a polimerização (ABDULKAREEM; RAMLI; MATTHEWS, 2019). Contudo, Yuan et al. (2016) observaram expressiva redução de quase 93% da resistência mecânica em aglomerantes baseados em metacaulim com a variação da razão molar SiO₂/K₂O de 2 para 1,2, devido à precipitação precoce de aluminossilicatos, que podem acabar prejudicando o contato entre as partículas de precursor e solução ativadora, bem como a difusão iônica e o rearranjo da microestrutura. Comparativamente, os aglomerantes desenvolvidos apresentaram razão SiO₂/K₂O entre 0,24 e 0,38. Nesse entendimento, estas seriam demasiadamente baixas.

Figura 17
Resistência à compressão axial aos 7 dias

Tabela 8
ANOVA: Resistência à compressão dos aglomerantes

ANOVA
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	214,30235	5	42,86047	87,72155	1,57E-11	2,81000
Dentro dos grupos	8,30615	17	0,48860
Total	222,60850	22

• Nota: fator de variação: tipo de aglomerante.

O segundo, e provavelmente mais influente, efeito está relacionado ao elevado teor de matéria orgânica dos precursores. Com base nas proporções de dosagem, tem-se que aproximadamente 37,2% da massa final dos aglomerantes é composta de matéria orgânica não queimada. Tal parcela, evidenciada pela coloração escura das amostras, não contribui com os mecanismos de álcali-ativação, podendo, inclusive, prejudicar a coesão entre os grãos do material e, consequentemente, a resistência mecânica final (ŠKVARLA et al., 2011). Resultados semelhantes da influência do teor de matéria orgânica foram relatados por Andini et al. (2008). Alguns estudos consideram 15% de matéria orgânica não queimada um teor potencialmente significativo para geração de impactos em propriedades como resistência mecânica e porosidade (SISOL; DRABOVÁ; MOSEJ, 2014; MEJÍA et al., 2015).

A Figura 18 apresenta a evolução da resistência média à compressão axial, sendo registrada a mesma tendência exposta pela resistência à tração. A análise de variância confirmou a diferença significativa entre grupos, o comportamento de rápido ganho de resistência dos grupos A4 e A5 e o desenvolvimento progressivo para A6, conforme dados dasTabelas 9 e 10.

Observa-se quea menor razão L/S do aglomerante A6 foi preponderante no desenvolvimento da resistência à compressão quando comparado ao A3 nas primeiras idades, porém o maior teor de alumina se mostrou mais influente com o tempo, produzindo resistências progressivamente superiores, ainda mais notáveis aos 14 dias.

Figura 18
Evolução da resistência à compressão axial

Tabela 9
ANOVA: Evolução da resistência à compressão por idade

ANOVA - Idade: 2 dias
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	96,05359	2	48,02679	98,45045	2,59E-05	5,14325
Dentro dos grupos	2,92696	6	0,48783
Total	98,98055	8
ANOVA - Idade: 7 dias
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	73,42489	2	36,71244	23,52578	0,00286	5,78614
Dentro dos grupos	7,80260	5	1,56052
Total	81,22749	7
ANOVA - Idade: 14 dias
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	31,83852	2	15,91926	228,45542	4,22E-07	4,73741
Dentro dos grupos	0,48777	7	0,06968
Total	32,32629	9

• Nota: fator de variação: tipo de aglomerante.

Tabela 10
ANOVA: Evolução da resistência à compressão por grupo

ANOVA - Aglomerante A4
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	2,02707	2	1,01353	2,64212	0,16481	5,78614
Dentro dos grupos	1,91803	5	0,38361
Total	3,94510	7
ANOVA - Aglomerante A5
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	3,59055	2	1,79528	1,99035	0,20684	4,73741
Dentro dos grupos	6,31394	7	0,90199
Total	9,90449	9
ANOVA - Aglomerante A6
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	18,69055	2	9,34528	18,78218	0,00261	5,14325
Dentro dos grupos	2,98537	6	0,49756
Total	21,67592	8

• Nota: fator de variação: idade.

Resistência em função das razões molares

A Figura 19 mostra os resultados de resistência mecânica de cada grupo de aglomerante em função das razões molares CaO/SiO_2, SiO₂/Al₂O₃ eNa₂O/SiO₂. Observando os resultados dos aglomerantes A3 e A4, que possuem razão CaO/SiO2 próximo de 1,20 e Na₂O/SiO₂próximode 0,40, fica evidente que a maior disponibilidade de alumínio na mistura (evidenciada pelas menores razões SiO₂/Al₂O₃) conduziu a maiores resistências mecânicas, como já discutido. Tal observação é reforçada pelo comportamento aos 14 dias do aglomerante A6, que também possui razão CaO/SiO₂próximoa 1,20 e maior teor de alumínio em comparação ao A3.

Comportamento semelhante é visto entre os aglomerantes A1 e A5, que possuem a mesma razão molar CaO/SiO₂ e razão Na₂O/SiO₂ próxima.

O ganho significativo de resistência à compressão do aglomerante A6 dos 7 aos 14 dias expõe uma observação interessante sobre o efeito da razão molar Na₂O/SiO₂. Esse grupo apresentou resistência à compressão inferior àquela do grupo A3 aos 7 dias, ainda que possuísse razão CaO/SiO₂ próxima e maior teor de alumínio. A principal diferença entre ambos residiu na reduzida razão Na₂O/SiO₂ do grupo A6, resultante da menor quantidade de solução ativadora empregada para sua ativação (denotada pela razão L/S). Dessa forma, é possível que o aglomerante A6 tenha disposto de menor taxa de dissolução dos materiais precursores durante os primeiros 7 dias de cura pela quantidade inferior de solução ativadora, o que retardou seu desenvolvimento de resistência no curto prazo, efeito compensado pelo maior tempo de cura.

Destaca-se ainda a influência da razão CaO/SiO₂ nas misturas, sendo identificado comportamento semelhante, rumo à maior resistência com o acréscimo da razão molar, entre os aglomerantes A1, A2 e A3, e entre os grupos A4 e A5, que possuem razão SiO₂/Al₂O₃ próxima entre si.

Tais observações se aproximam do relatado por Huseien et al. (2016) e Islam et al. (2014), em queos aglomerantes com razão CaO/SiO₂ próximo a 1 apresentaram maiores resistências mecânicas quando suas razões SiO₂/Al₂O₃ se aproximavam de 4.

Argamassas

Resistência mecânica

A Figura 20 apresenta a resistência à tração na flexão, sendo obtido valor-p menor que 5% quanto à variação entre grupos (Tabela 11). Como esperado, não houve variação significativa entre as idades (Tabela 12). É notável que o acréscimo de agregado promoveu redução da resistência, sendo a adição de água mais prejudicial do que a solução de hidróxido de sódio.

A argamassa AR25 satisfez os requisitos da NBR 13281 (ABNT, 2005c) para uso como argamassa de assentamento e revestimento, com resistência à tração na flexão superior a 3,5MPa.

Figura 19
Resistência mecânica em função das razões molares

Figura 20
Resistência à tração na flexão das argamassas

Tabela 11
ANOVA: Resistência à tração na flexão das argamassas por idade

ANOVA - Idade: 7 dias
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	5,43859	2	2,71930	55,88078	1,99E-05	4,45897
Dentro dos grupos	0,38930	8	0,04866
Total	5,82789	10
ANOVA - Idade: 14 dias
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	2,36814	2	1,18407	31,78507	6,41E-04	5,14325
Dentro dos grupos	0,22351	6	0,03725
Total	2,59165	8

• Nota: fator de variação: tipo de argamassa.

Tabela 12
ANOVA: Resistência à tração na flexão das argamassas por grupo

ANOVA - Argamassa AR25
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	1,01496	1	1,01496	18,09023	3,78E-03	5,59145
Dentro dos grupos	0,39274	7	0,05611
Total	1,40770	8
ANOVA - Argamassa AR50H
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	0,03202	1	0,03202	1,86104	2,44E-01	7,70865
Dentro dos grupos	0,06881	4	0,01720
Total	0,10083	5
ANOVA - Argamassa AR50S
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	0,35766	1	0,35766	7,09338	7,61E-02	10,12796
Dentro dos grupos	0,15126	3	0,05042
Total	0,50892	4

• Nota: fator de variação: idade.

A Figura 21 apresenta as resistências à compressão das argamassas. É notável a variação entre os grupos, confirmada sua expressividade estatística pela análise de variância (Tabela 13). Também se pode observar que o traço AR25 desenvolveu o máximo de resistência já aos 7 dias, com valor-p de 0,5304 na análise por idade (Tabela 14). Os grupos AR50H e AR50S apresentaram valores-p muito menores que 5% na mesma análise, indicando perda de resistência ao longo do tempo. No caso do grupo AR50H, a diferença é relativamente pequena e pode estar associada à variabilidade dos materiais e ao processo de moldagem. Por outro lado, a variação no grupo AR50S é expressiva e supostamente relacionada a problemas de adensamento devido à rápida secagem, que já apresentava sinais de ganho de resistência ainda no misturador,sendo possível que a formação da microestrutura dos corpos de prova tenha sido comprometida.

Como a resistência do grupo AR25 foi estatisticamente igual à do aglomerante A4, pode-se afirmar que o uso de 25% de agregado não prejudica as propriedades mecânicas do aglomerante. Contudo, o uso de 50% de agregado está associado à redução da resistência devido à necessidade de água extra na mistura, produzindo argamassas mais porosas e diluindo o aglomerante (HUSEIEN et al., 2016).

A argamassa AR25 satisfez os requisitos da NBR 13281 (ABNT, 2005c) quanto à resistência à compressão para uso como argamassa de assentamento e revestimento de paredes e tetos. Similarmente, também foram satisfeitos os requisitos de desempenho mecânico da NBR 15270 (ABNT, 2017) para uso como tijolos de vedação e estrutural.

Absorção por imersão

As amostras da argamassa AR50S apresentaram estrutura interna altamente porosa e friável, fragmentando-se sob o peso próprio durante as etapas do ensaio de absorção, não sendo obtida uma amostra representativa. Tal comportamento é derivado, provavelmente, da secagem acelerada dessa mistura, que pode ter afetado a aderência entre as camadas das amostras, levando à desagregação do corpo de prova após saturação. Com base na Figura 22, tem-se que o aumento do volume de agregado não alterou a taxa de absorção por imersão das argamassas.

A Figura 23 mostra que o índice de vazios da argamassa AR50H foi ligeiramente superior ao do grupo AR25. Dada a taxa de absorção similar entre as misturas, pode-se inferir que o maior índice de vazios está associado ao uso de água extra, que pode ter facilitado a formação de mais poros na microestrutura. Tal observação encontra apoio na variação da resistência à compressão entre os traços, uma vez que estruturas mais porosas tendem a apresentar menor resistência mecânica.

Figura 21
Resistência à compressão axial das argamassas

Tabela 13
ANOVA: Resistência à compressão das argamassas por idade

ANOVA - Idade: 7 dias
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	129,05576	2	64,52788	902,74246	4,26E-11	4,25649
Dentro dos grupos	0,64332	9	0,07148
Total	129,69908	11
ANOVA - Idade: 14 dias
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	149,70151	2	74,85076	1696,42561	1,91E-16	3,80557
Dentro dos grupos	0,57359	13	0,04412
Total	150,27511	15

• Nota: fator de variação: tipo de argamassa.

Tabela 14
ANOVA: Resistência à compressão das argamassas por grupo

ANOVA - Argamassa AR25
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	0,02708	1	0,02708	0,47051	0,530	7,70865
Dentro dos grupos	0,23026	4	0,05757
Total	0,25735	5
ANOVA - Argamassa AR50H
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	0,99345	1	0,99345	23,84335	4,85E-04	4,84434
Dentro dos grupos	0,45832	11	0,04167
Total	1,45177	12
ANOVA - Argamassa AR50S
Fonte da Variação	SQ	gl	MQ	F	Valor-P	F crítico
Entre grupos	17,88518	1	17,88518	236,96633	1,18E-06	5,59145
Dentro dos grupos	0,52833	7	0,07548
Total	18,41351	8

• Nota: fator de variação: idade.

Figura 22
Taxa de absorção por imersão

Figura 23
Índice de vazios

A Figura 24 apresenta a massa específica seca média das argamassas. O traço AR50H apresentou massa 3% superior à do traço AR25, provavelmente devido à maior quantidade de areia na mistura. Os resultados estão dentro da faixa preconizada pela NBR 13281 (ABNT, 2005c) para a classe M5, que é de 1,60g/cm³ a 2,00 g/cm³.

Eflorescência acelerada

Conforme exposto pela Figura 25, o grupo com maior ocorrência de eflorescência foi o AR25. Isso se deve a seu maior teor de aglomerante por volume, logo mais álcalis estão disponíveis para migrarem pela matriz e serem depositados na superfície quando ocorre a evaporação da água, sendo este o principal fator para ocorrência do fenômeno (ZHANG et al., 2014). Dessa forma, pode-se afirmar que o aumento no teor de agregado promoveu redução na formação de eflorescência das argamassas, uma vez que a porosidade entre os grupos AR25 e AR50H foi semelhante.

A baixa ocorrência de eflorescência apresentada pelo grupo AR50S trabalha a favor da hipótese de problemas na estrutura devido ao endurecimento acelerado. Por ser o traço com maior quantidade de álcalis (M+ = 14,9%), era esperado que apresentasse a maior taxa de eflorescência durante o ensaio (SALIH et al., 2013). O resultado adverso sugere a existência de prejuízos para a migração dos álcalis pela estrutura, que podem ser associados a problemas na formação da microestrutura, refletidos na desagregação durante ensaio de absorção e nas variações de resistência mecânica.

Ainda que 40% da área total seja uma região significativa a ser afetada pela eflorescência, observa-se que a ocorrência do fenômeno nas argamassas foi leve, havendo apenas a mudança de cor em certas regiões dos corpos de prova, devido à formação de pequenos cristais esbranquiçados, como pode ser visto no comparativo entre as superfícies expostas do traço AR25 antes e após ensaio (Figura 26). Usualmente, em argamassas álcali-ativadas, são observados resultados mais agressivos, com formação de camadas proeminentes de cristais que se projetam a partir das superfícies expostas e podem alcançar centímetros de espessura em poucas horas (DIAS; DE ANDRADE SILVA, 2019; ZHANG et al., 2018). Desse modo, conclui-se que as argamassas desenvolvidas apresentaram boa resistência ao surgimento de eflorescência.

Figura 24
Massa específica seca

Figura 25
Média das áreas afetadas pela eflorescência

Figura 26
Comparativo - traço AR25

Conclusão

Os resultados confirmaram o potencial de uso da mistura de cinza de caldeira de dendê e de cinza de queima de madeira, beneficiadas apenas com moagem e peneiramento, como principal fonte de aluminossilicatos para a produção de compostos álcali-ativados. Tal ocorrência sugere uma destinação potencialmente benéfica tanto do ponto de vista ambiental quanto econômico para tais resíduos, sendo também evidenciados critérios importantes a serem considerados durante a formulação de tais materiais. Entre as principais observações, destaca-se que:

1. o uso de 25% de agregado em volume produziu argamassas com boa trabalhabilidade e baixa taxa de absorção de água, apresentando massa específica e resistência mecânica adequadas para uso como argamassas de assentamento e revestimento de paredes e tetos conforme critérios da NBR 13281 (ABNT, 2005c);

2. o uso de 50% de agregado produziu misturas demasiadamente secas, e o emprego de água extra para torná-las trabalháveis prejudicou suas propriedades mecânicas;

3. as argamassas desenvolvidas apresentaram pouco desenvolvimento de eflorescência, sendo registrados manchamentos brancos nas superfícies dos corpos de prova, sem a formação de depósitos cristalinos de espessura considerável;

4. a elevada presença de matéria não queimada das cinzas afetou o desenvolvimento de resistência dos aglomerantes, sendo evidenciada na coloração escura das amostras;

5. foram encontradas maiores resistências mecânicas para a razão molar CaO/SiO₂próximo de 1,2 e SiO₂/Al₂O₃próximode 8, tendo os traços com maior disponibilidade de alumina ganhado resistência rapidamente, estando aptos para desforma em apenas 2 h;

6. as misturas com metacaulim apresentaram rápido ganho de resistência aos 2 dias, sem variações significativas até os 14 dias; e

7. o uso de solução de hidróxido de sódio como fonte de água extra de mistura acelerou demasiadamente o ganho de resistência, o que prejudicou a moldagem das argamassas.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  09 Jun 2023
• Data do Fascículo
  Jul-Sep 2023

Histórico

• Recebido
  25 Dez 2020
• Aceito
  15 Jan 2023