Uso de conchas marinhas como material cimentício suplementar uma análise dos métodos de beneficiamento e ensaios conduzidos

Resumo

A construção civil desempenha um papel fundamental no combate às emissões de gases de efeito estufa e nas mudanças climáticas, sendo a fabricação de cimento um setor crucial para a redução dessas emissões e o alinhamento da indústria às metas de descarbonização. Nesse contexto, tem-se buscado diminuir o consumo de cimento, principalmente por meio do uso de Materiais Cimentícios Suplementares (MCS) para substituí-lo parcialmente em matrizes cimentícias. As conchas marinhas provenientes da indústria de pescados têm sido investigadas como um possível MCS devido ao seu alto teor de carbonato de cálcio (CaCO₃), semelhante à rocha calcária que já é regulamentada como um MCS em diversos países. Além disso, a estratégia forneceria uma destinação ambientalmente correta ao alto volume de conchas provenientes da pesca de moluscos bivalves e gastrópodes, que tem sido motivo de preocupação em diversas nações (El Biriane; Barbachi, 2021). Embora as conchas marinhas tenham potencial para uso como MCS, a literatura demonstra que diferentes origens (espécie ou localidade) dessas conchas podem resultar em propriedades variadas no compósito produzido, com algumas beneficiando as propriedades mecânicas, enquanto outras as afetam negativamente (Hamada et al., 2023). Essa variação das propriedades mecânicas resultantes exige que sejam feitos estudos específicos para cada tipo de concha em diferentes regiões. Como estudos desenvolvidos globalmente podem adotar diferentes procedimentos de beneficiamento do material e abordagens para avaliação das propriedades do produto gerado, a síntese desses dados é relevante para o desenvolvimento de novas pesquisas sobre o tema, orientando novos programas experimentais para a viabilização do MCS de conchas. Esta pesquisa objetivou analisar os procedimentos de beneficiamento realizados para o uso de conchas marinhas como MCS na produção de compósitos cimentícios (pasta, argamassa e concreto), os ensaios conduzidos nos experimentos e a influência na resistência à compressão dos compósitos produzidos. A pesquisa foi desenvolvida por meio de uma Revisão Sistemática da Literatura (RSL), em que os dados foram obtidos em seis bancos de dados científicos internacionais: Science Direct, Web of Science, Scopus, Engineering Village, American Society of Civil Engineers e Google Scholar. Utilizou-se a string de busca (Seashell waste OR seashell powder OR mollusk shell) AND (Cementitious composites OR cement paste OR mortar OR concrete) AND (Replacing cement OR cement replacement), adaptada para cada banco de dados. Na seleção, adotaram-se como critérios de inclusão artigos científicos considerados primários, publicados em periódicos entre 2013 e 2023 em língua inglesa. Já os critérios de exclusão foram: artigos duplicados entre os bancos de dados; artigos que, mesmo com a aplicação dos filtros e limitadores, não atendiam aos critérios de inclusão; artigos sem acesso integral ao seu conteúdo; e artigos que não tinham relação com o tema desejado. Além disso, aplicaram-se critérios de qualidade, eliminando estudos com inconsistências na caracterização dos materiais empregados e na dosagem do compósito cimentício produzido. Os dados dos estudos selecionados foram extraídos para análise das características físico-químicas das conchas e do pó produzido, da dosagem utilizada nos experimentos e dos ensaios conduzidos nas amostras. Também foi analisada a influência da substituição parcial do cimento pelo pó de conchas calcinadas e não calcinadas (misturas binárias) na resistência à compressão dos compósitos produzidos. Os valores de resistência à compressão aos 28 dias foram extraídos e padronizados, expressando-os em termos de porcentagem de ganho e perda de resistência por teor de substituição, tomando como referência os resultados dos espécimes sem incorporação de conchas de cada estudo (espécime de referência). Após a etapa de seleção, foram utilizados 44 estudos para a síntese dos dados. Entre eles, o compósito mais investigado foi a argamassa. A identificação das etapas de beneficiamento das conchas para o uso como MCS permitiu o agrupamento em etapas preliminares (coleta, limpeza e secagem), processamento (trituração e peneiramento) e calcinação (calcinação, trituração e peneiramento). O pó não calcinado (rico em CaCO₃) é produzido através da etapa preliminar seguida da etapa de processamento, enquanto, para o uso do pó calcinado (rico em CaO), adiciona-se a etapa de calcinação. As temperaturas de calcinação mais usuais variaram entre 800 e 1000 ºC, com duração média entre 1 e 4 horas. Considerando as características físico-químicas das conchas, verificou-se uma alta variação entre as composições químicas relatadas nos estudos. Para os teores de CaO e perda ao fogo, essa variabilidade pode estar ligada a possíveis diferenças nas formas de relato dos dados. No entanto, observa-se que os componentes constituintes das conchas variam entre espécie e localidade, dificultando a generalização do comportamento desse material na produção de compósitos cimentícios. Nas características físicas, o peso específico do pó das conchas variou entre 2,08 e 2,86 g/cm³, enquanto o tamanho médio das partículas (D50) costuma ser entre 4 e 98 µm. Pelo método Blane, a área de superfície específica variou entre 3870 e 8140 cm²/g, e, pelo método Brunauer-Emmett-Teller (BET), entre 16240 e 84790 cm²/g. Nas dosagens dos experimentos conduzidos, o tipo de cimento mais utilizado foi o Ordinary Portland Cement (OPC) ou os equivalentes na nomenclatura americana (Type I) e europeia (CEM I). O teor água/cimento variou entre 0,20 e 0,65, sendo o uso mais frequente entre 0,45 e 0,50. Já os teores de substituição do cimento pelo pó de conchas variaram entre 2% e 80%, sendo a faixa mais usual entre 5% e 30%. Além de misturas binárias (concha + cimento), identificaram-se experimentos com misturas ternárias ou com mais MCS, uso de agregados alternativos e superplastificantes. Os ensaios conduzidos nos experimentos foram categorizados em ensaios de caracterização, ensaios no estado fresco e endurecido, e ensaios de durabilidade. A maior diversidade de ensaios entre as categorias foi identificada para o estado endurecido, enquanto a menor foi para o estado fresco. Apesar de sete ensaios de durabilidade identificados, esses foram os que apresentaram menor frequência entre os estudos. Por fim, a análise do efeito da substituição na resistência à compressão demonstrou que, para os estudos analisados, o aumento no teor de substituição pelo pó calcinado e não calcinado tende a diminuir a resistência. Em menores teores, entre 5% e 10%, foram observados alguns casos de ganho de resistência, tanto para o pó calcinado como não calcinado. O estudo conclui que a investigação do uso de conchas marinhas como MCS tem evoluído ao longo dos anos, abordando até mesmo misturas com outros MCS comumente utilizados para a avaliação das propriedades de compósitos cimentícios produzidos. Além das diferenças intrínsecas entre as conchas estudadas, divergências na forma de relato dos dados podem estar ligadas à alta variabilidade nas composições químicas reportadas. As variações nas etapas de beneficiamento resultaram em diferentes valores para as propriedades físicas do pó gerado. Estudos de durabilidade ainda não têm sido muito explorados, sendo necessários para avaliar a viabilidade técnica dessa estratégia. Apesar da tendência de reduzir a resistência à compressão dos compósitos, a substituição do cimento por pó de concha apresentou ganhos de resistência com teores entre 5% e 10% de substituição em alguns casos, teores esses frequentes em recomendações de normas para uso de MCS inertes, como o filler calcário.