Introdução

Há estimativas de que a produção de cimento aumentará anualmente de 4,3 bilhões de toneladas (métrica de 2015), para 6,1 bilhões de toneladas até 2051. A emissão de dióxido de carbono (CO₂), gerada na fase de clínquer, é avaliada numa proporção aproximada de uma tonelada para cada tonelada de cimento produzido (Scrivener; John; Gartner, 2018). Como resultado, as indústrias cimenteiras são responsáveis por emitir de 5% a 7% de CO₂ na atmosfera, contribuindo para o acréscimo da temperatura do planeta decorrente do aumento na quantidade de efeito estufa na atmosfera (Kabay; Miyan; Özkan, 2021).

O consumo excessivo de materiais não degradáveis gerou desafios crescentes na gestão de resíduos sólidos, resultando em impactos ambientais, sociais e econômicos que afetam toda a sociedade. A atual gestão de resíduos e os sistemas de gerenciamento estão sobrecarregados e, quando mal administrados, podem resultar em custos significativos para os orçamentos públicos (Bundhoo, 2018). De acordo com dados do Panorama dos Resíduos Sólidos no Brasil, levantados pela Associação brasileira de empresas de limpeza pública e resíduos especiais, em 2022, a geração de resíduos foi de aproximadamente 81,8 milhões de toneladas (ABRELPE, 2022). A associação também aponta que, nos últimos anos, o ritmo que tem sido registrado é insuficiente para enfrentar o rápido crescimento da geração de resíduos e resolver o déficit histórico que persiste em diversas áreas, principalmente na destinação final, mesmo com as disposições legais e demais instrumentos normativos que buscam reverter esse cenário.

Para atenuar essa problemática, a busca por alternativas sustentáveis na produção de materiais de construção é essencial. Além disso, a disponibilidade de materiais cimentícios suplementares (MCS) convencionais, que são materiais que podem ser usados como substitutos parciais ao clínquer na produção do cimento Portland, tem sofrido uma diminuição, o que levou os pesquisadores a buscar novos materiais para serem utilizados com MCS. Isso resultou em uma maior exploração de resíduos sólidos moderadamente reativos, como as cinzas volantes e os resíduos de vidros (Ali; Xuan; Poon, 2020).

Alinhada a essa necessidade, a Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável estabeleceu metas para implementar práticas mais sustentáveis em diversos setores, incluindo a construção civil (Tothova; Heglasova, 2022). Dentre as ações que o setor da construção civil pode colaborar, a incorporação de resíduos para produção de materiais contribui diretamente para vários objetivos dessa agenda, como a erradicação da pobreza, água potável e saneamento, energia limpa e acessível, indústria, inovação e infraestrutura, cidades e comunidades sustentáveis, consumo e produção sustentáveis, ação contra a mudança climática, vida na água e vida terrestre.

Resíduos de vidro

Apenas 21% dos vidros produzidos mundialmente são reciclados, uma taxa de reciclagem baixa para um material que é 100% reciclável (Harder, 2018). Segundo o Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada (IPEA, 2017), estima-se que o Brasil tenha uma geração de resíduos sólidos urbanos em torno de 160 mil toneladas diárias, sendo 2,34% de vidro, o que corresponde a aproximadamente 3,7 mil toneladas diárias. No entanto, o percentual de resíduos de vidro não reciclado (53%) corresponde a aproximadamente 2 mil toneladas diárias. Mesmo que o Brasil recicle em torno de 47% do vidro descartado, uma taxa superior à mundial, a maioria dos resíduos acaba em aterros sanitários (Higuchi et al., 2021) e os resíduos de vidro, provenientes do corte e da lapidação, são os que têm maiores taxas de descarte em aterros por não apresentarem eficiência para a reutilização, o que acarreta em problemas ambientais (Kim; Yi; Zi, 2015).

Segundo Rashidian-Dezfouli e Rangaraju (2021), o vidro apresenta em sua composição química uma estrutura rica em sílica vítrea, sódio e outros elementos, o que o torna potencialmente utilizável como pozolana ou como material substituto para o preparo de geopolímeros. Wang (2011) afirmou que, quando finamente moído, o resíduo de vidro é pozolânico e possui propriedades cimentícias de forma natural, principalmente devido à grande quantidade de silício e cálcio presentes em sua estrutura.

Jiang et al. (2022) avaliaram a reatividade pozolânica de resíduos de vidro em pó e perceberam que a substituição parcial do cimento por vidro contribuiu para uma melhoria na trabalhabilidade e no aumento do tempo de pega. Após o endurecimento, ocorreu uma redução na aderência entre as partículas de vidro e as de cimento, além de uma leve perda de resistência ao se utilizar partículas de maiores tamanhos. Entretanto, a incorporação de vidro proporcionou uma excelente resistência a altas temperaturas, o que favoreceu o preenchimento dos poros e uma maior densidade da matriz, resultando em uma melhoria na resistência mecânica da amostra.

Diversas pesquisas (Jiang et al., 2022; Li et al., 2022; Hwang; Cortés, 2021; Rashidian-Dezfouli; Rangaraju, 2021; Silva et al., 2020; Liu; Florea; Brouwers, 2019) foram realizadas quanto à utilização de diferentes tipos de resíduos de vidro aplicados em substituição ao cimento na produção de argamassas. Desses estudos explorados, constatou-se incorporações de 5% a 60%, em uma granulometria de 0,07 µm – 300 μm. Em relação à composição química dos resíduos utilizados, há predominância do dióxido de silício (SiO₂ – 48% a 73%) e do óxido de cálcio, CaO – 10% a 20%. Logo, o alto teor de SiO₂ e CaO indica a potencialidade de propriedades pozolânicas e reforça a indicação do seu uso em materiais cimentícios. Já em relação aos traços adotados nas argamassas, constatou-se uma diversidade de composições.

Cinzas de madeira

Outro material utilizado para substituir parcialmente o cimento na produção de argamassas é a cinza de madeira, obtida através da combustão da madeira e de materiais provenientes do descarte doméstico ou industrial (Hamid; Rafiq, 2021). Siddique (2012) afirmou que cerca de 70% do descarte das cinzas de madeira, provenientes da combustão em processos industriais, são despejados em aterros sanitários inadequadamente, contribuindo para o desencadeamento da poluição ambiental. O acúmulo das cinzas na superfície contribui para a poluição das águas subterrâneas por meio da lixiviação de seus constituintes, além da facilidade da dispersão das partículas pelos ventos (Abdulkareem; Ramli; Matthews, 2019).

De acordo com o estudo realizado por Sigvardsen et al. (2019), no qual as cinzas de madeira foram avaliadas em comparação com as prescrições normativas das cinzas volantes, os autores chegaram à conclusão que as cinzas de madeira possuem propriedades pozolânicas.

Ince, Tayançli e Derogar (2021) analisaram a influência de cinzas de biomassa aplicadas em substituição ao cimento para avaliar o desempenho de argamassas. A incorporação do resíduo promoveu uma ligeira redução na consistência e na resistência à compressão, apresentando valores adequados para utilização, aliado a isso, houve um aumento no tempo de pega e uma melhoria na densidade e na compactação microestrutural das argamassas, comprovando a eficiência em sua aplicação na produção de materiais cimentícios.

Estudos (Souza; Antunes; Sanchez, 2022; Gerges et al., 2021; Sigvardsen; Geiker; Ottosen, 2021; Abdulkareem; Ramli; Matthews, 2019) relacionados à aplicação das cinzas de madeira em argamassas, como substitutos do cimento, apresentaram uma variação dos percentuais de incorporação, entre 2% a 100%, e das granulometrias, entre 0,3 µm a 250 µm. Quanto à composição química das cinzas de madeira, o óxido de cálcio (CaO) está presente em maior abundância entre todos os componentes, numa faixa que varia entre 42% a 61%. Em relação aos traços adotados para produção das argamassas, também se constatou uma diversidade de composições adotadas.

Mistura híbrida de resíduos de vidro e cinzas de madeira

Apesar da existência de muitas pesquisas relacionadas à adição de resíduos de vidro em materiais cimentícios, a literatura referente à utilização de resíduo de lapidação de vidro é escassa, especialmente em sua mistura híbrida com as cinzas de madeira.

Com isso, a viabilidade na utilização da mistura híbrida de resíduo de vidro e cinzas de madeira torna- se uma solução promissora para o desenvolvimento sustentável na construção civil. Kim, Yi e Zi (2015) avaliaram que argamassas contendo misturas híbridas de resíduo de lapidação de vidro e cinzas volantes, apresentaram uma redução na expansão, oriunda da reação álcali-agregado (RAA) pela presença de sílica em grande parte da composição do vidro, além de proporcionar benefícios em propriedades como durabilidade e resistência à compressão. Ademais, Nassar et al. (2022) constataram que há queda na resistência à compressão das argamassas quando o teor de cinzas de madeira ultrapassa 10%, o que se deve à redução no teor de Portlandita disponível para reagir com as partículas das cinzas, diminuindo o nível de reação pozolânica.

Mesmo com o potencial promissor dos resíduos de vidro e cinzas de madeira, pesquisas sobre a mistura híbrida desses resíduos ainda são limitadas na literatura. Sendo assim, este estudo buscou analisar a influência da utilização de misturas híbridas de resíduo de lapidação de vidro e cinzas de madeira nas propriedades da argamassa, ao substituir parcialmente o cimento Portland. Com isso, esta pesquisa teve o intuito de preencher essa lacuna, apresentando uma investigação abrangente de propriedades importantes em argamassas e é de fundamental relevância, pois práticas mais sustentáveis na indústria da construção civil se alinham com as metas globais de redução da extração de recursos naturais, das emissões de CO2 e do descarte de resíduos em aterros sanitários, visando contribuir para a meta de Net Zero 2050.

Programa experimental

Matérias-primas

Foi utilizado o cimento Portland de alta resistência inicial (CP V- ARI), adotado devido ao seu baixo teor de adições. As propriedades físicas e mecânicas avaliadas foram: consistência normal, conforme a NBR 16606 (ABNT, 2018a); índice de finura, segundo a NBR 11579 (ABNT, 2013a); superfície específica, de acordo com a NBR 16372 (ABNT, 2015); tempo de pega, baseado na NBR 16607 (ABNT, 2018b); expansibilidade Le Chatelier, conforme a NBR 11582 (ABNT, 2016a); massa específica, segundo a NBR 16605 (ABNT, 2017) e resistência à compressão, de acordo com a NBR 7215 (ABNT, 2019). Os valores obtidos nos ensaios de caracterização do cimento estão dispostos na Tabela 1 e atenderam aos requisitos mínimos estabelecidos na NBR 16697 (ABNT, 2018c).

O agregado miúdo utilizado foi a areia normal, com quatro diferentes frações (grossa, média grossa, média fina e fina). A composição granulométrica foi determinada conforme a NBR 17054 (ABNT, 2022a). De acordo com o traçado da curva (Figura 1), o agregado foi considerado bem graduado e apresentou coeficiente de uniformidade (Cu) igual a 7 e coeficiente de curvatura (Cc) igual a 1,5. Quanto ao módulo de finura, a areia analisada encontrou-se na zona considerada ótima, segundo a NBR 7211 (ABNT, 2022b). Também foram determinadas a absorção de água e a massa específica, conforme a NBR 16916 (ABNT, 2021a); além da massa unitária e o índice de vazios, de acordo com a NBR 16972 (ABNT, 2021b). Os resultados dos ensaios de caracterização do agregado miúdo estão apresentados na Tabela 2.

Os resíduos utilizados estão apresentados na Figura 2. O resíduo de lapidação de vidro (RLV) foi fornecido pela Sergipe Vidro LTDA, localizada no município de Lagarto, Sergipe, empresa especializada na fabricação e distribuição de vidros laminados e temperados. Já a cinza de madeira (CM), proveniente da queima de eucalipto, foi fornecida pela Atual Têxtil LTDA, localizada no município de Estância, Sergipe, especializada na produção de malhas e no comércio de tecidos em geral.

Após a coleta, os resíduos foram submetidos à secagem em estufa a uma temperatura de 105 ± 5 ºC. Em seguida, os resíduos foram peneirados utilizando uma malha de 75 µm (nº 200), a fim de garantir um índice de finura ≤ 6%, conforme estabelecido pela NBR 16697 (ABNT, 2018c) para o CPV-ARI. Para caracterização dos resíduos, foram realizados os seguintes ensaios: índice de finura, segundo a NBR 11579 (ABNT, 2013a); superfície específica, de acordo com a NBR 16372 (ABNT, 2015); e massa específica, conforme a NBR 16605 (ABNT, 2017). As curvas de distribuição do tamanho das partículas dos resíduos, realizadas por difração de luz laser, podem ser vistas na Figura 3. O equipamento utilizado foi o Malvern Mastersizer 3000. Os resultados dos ensaios de caracterização realizados com os resíduos estão apresentados na Tabela 3.

Ambos os resíduos apresentaram valores de superfície específica maiores e massa específica menores que os do cimento (4186 cm²/g e 3,14 g/cm³, respectivamente). França et al. (2016) caracterizaram um cimento CPV-ARI com propriedades semelhantes às desta pesquisa e encontraram um valor de 37 µm para D50 do cimento e 22 µm para a cinza de eucalipto. Isso evidencia que os resíduos (RLV e CM) apresentaram uma maior quantidade de partículas finas, contribuindo para o refinamento da estrutura porosa de matrizes cimentícias.

A análise química foi realizada utilizando a técnica de Fluorescência de Raios-X (FRX), com isolamento a vácuo para avaliar a composição química do material. Foram utilizadas amostras com massas aproximadas de 12 g, as quais foram prensadas para obtenção de corpos cilíndricos com dimensões de 60 mm de diâmetro e 5 mm de espessura. A composição química dos resíduos e do cimento está presente na Tabela 4, cujos resultados são coerentes com os encontrados por outros autores (Jiang et al., 2022; Yin et al., 2021; Abdulkareem; Ramli; Matthews, 2019).

Com relação ao RLV, foi observada a presença predominante de dióxido de silício (SiO₂ -76,31%), elemento principal da sua composição, seguido do óxido de sódio (Na₂O – 13,06%) que atua como fundente (Hamada et al., 2022). A cinza de madeira apresentou uma alta porcentagem de óxido de cálcio (CaO – 69,64%), típico das cinzas de madeira (Silva et al., 2020), assim como o cimento adotado. A NBR 12653 (ABNT, 2014a) estabelece os parâmetros para classificação de um material como pozolânico, um dos critérios utilizados para essa classificação é a soma dos percentuais de SiO₂, Al2O3 e Fe₂O₃, que deve ser de no mínimo 70%. Somente o RLV atendeu a esse critério.

A difratometria de raios X (conforme mostrado na Figura 4) foi empregada para identificar as fases cristalinas de acordo com os padrões obtidos no ICSD (Inorganic Crystal StructureDatabase) e a análise foi realizada utilizando o software Match! na versão demo. Os padrões de difração foram obtidos no equipamento Rigaku D-MAX 2, utilizando radiação Cu Kα1 (λ = 1,5418 Å), em modo de varredura contínua, na faixa angular de 0 a 60o, com velocidade de varredura de 1º/min.

O RLV foi predominantemente amorfo, sem a presença de picos difratados de elementos, mas com a ocorrência de um halo, observado na faixa de difração entre 19,82° e 32,22°, conforme descoberto por Trentin et al. (2020). Já o difratograma da cinza de madeira mostrou a presença principal do carbonato de cálcio (CaCO₃). Além disso, foram encontrados outros compostos, como o quartzo (SiO₂) e hidróxido de cálcio Ca(OH)₂, conforme achados de outros autores (Silva et al., 2020).

Mistura, moldagem e testes experimentais

Adotou-se o traço de 1:3 (cimento:areia) e a relação água/cimento de 0,48, conforme recomendado pela NBR 7215 (ABNT, 2019), bem como todos os procedimentos de adição e misturas de materiais, com o auxílio de um misturador mecânico de eixo vertical (argamassadeira). Para avaliar as propriedades das argamassas, foram preparadas oito formulações: uma de referência (sem resíduos), três com substituição parcial do cimento por resíduo de lapidação de vidro (10%, 20% e 30%), uma com substituição parcial do cimento por cinza de madeira (10%), e três com substituição parcial do cimento pela mistura híbrida de resíduo de lapidação de vidro (10%, 20% e 30%) e cinza de madeira (10%). Após esta etapa, foram calculadas as massas dos materiais componentes da mistura, que estão na Tabela 5. A escolha dos percentuais adotados para o RLV foi baseada nos resultados presentes na literatura, que mostraram que substituições do cimento por resíduo de vidro em argamassas, para teores de até 30%, resultaram em valores semelhantes e superiores às argamassas sem resíduo (Li et al., 2022; Kim; Yang, 2021; Nahi et al., 2020). Com relação à CM, Souza, Antunes e Sanchez (2022) verificaram que a substituição de 10% do cimento por este material resultou em uma melhora na resistência à compressão das argamassas, porém para percentuais maiores, registrou-se uma redução significativa desta propriedade, assim como evidenciado por Nassar et al. (2022) e Gerges et al. (2021).

Após o processo de mistura, de acordo com a NBR 7215 (ABNT, 2019), foram avaliadas as seguintes propriedades no estado fresco: consistência, analisada através da medição do espalhamento da argamassa, após vibração controlada em mesa para índice de consistência, conforme a NBR 13276 (ABNT, 2016b); e o teor de ar, por meio do método gravimétrico, de acordo com a NBR 9833 (ABNT, 2009a).

Em seguida, foram moldadas amostras cilíndricas (5 cm de diâmetro e 10 cm de altura) com preenchimento das formas em quatro camadas, aplicando-se 30 golpes em cada camada, distribuídos com soquete normal. Após a cura inicial nas formas (24 h), os corpos de prova foram retirados da forma, identificados e imersos em tanque de cura com água saturada de cal, até completar a idade de 28 dias. Após essa etapa, as amostras foram ensaiadas para avaliar a massa específica real e a absorção de água pelo método gravimétrico em diferentes estados (saturada e imersa em água, e secagem em estufa), segundo a NBR 9778 (ABNT, 2009b).

A absorção de água por capilaridade foi determinada após imersão parcial das argamassas em água e medição do ganho de massa ao longo do tempo (3 h, 6 h, 24 h, 48 h e 72 h), além da determinação da altura da ascensão capilar máxima interna após o rompimento dos corpos de prova por compressão diametral, em prensa hidráulica Pavitest HD-200T, conforme a NBR 9779 (ABNT, 2012). A resistência à compressão foi determinada em três idades (7, 14 e 28 dias), após faceamento das superfícies com retificadora. O rompimento dos corpos de prova foi realizado em prensa hidráulica Pavitest HD-200T, de acordo com a NBR 7215 (ABNT, 2019).

Além disso, para avaliação da retração e da variação de massa (durabilidade), foram moldadas amostras prismáticas (25 mm x 25 mm x 285 mm) dispostas em moldes com pinos de medidas. O preenchimento das formas foi em duas camadas, aplicando-se 25 golpes com soquete, em cada camada. Os corpos de prova permaneceram nos moldes durante as primeiras (48 ± 6) horas. Após a desmoldagem, foram identificados e as medições da variação dimensional foram iniciadas por meio de um aparelho comparador de comprimento (relógio comparador com resolução de 0,001 mm), nas idades de 1, 7 e 28 dias, conforme a NBR 15261 (ABNT, 2005) para retração.

O parâmetro adotado para o estudo da durabilidade foi a variação de massa, mediante medições periódicas da massa dos corpos de prova que foram expostos à solução agressiva de sulfato de sódio, em comparação com aqueles expostos à água saturada com cal. As amostras prismáticas utilizadas para determinação da variação de massa passaram por cura inicial ao ar (dois dias), foram identificadas e permaneceram nos moldes. Após esta etapa, os corpos de prova foram desmoldados e imersos em recipiente com água para cura intermediária por 12 dias. Completada esta cura, metade das amostras foi levada para a estufa em recipiente com água saturada com cal e a outra metade em recipiente com solução de sulfato de sódio (100 g de Na₂SO₄ por litro), onde permaneceram a uma temperatura constante de (40 ± 2) ºC até a idade de 42 dias, conforme adaptação da NBR 13583 (ABNT, 2014b).

Para avaliar a resistência potencial de aderência à tração, de acordo com a NBR 13528-2 (ABNT, 2019b), as argamassas foram aplicadas em uma alvenaria de bloco cerâmico chapiscada, com uma camada de 2 cm de espessura. Após 28 dias, foram realizados cortes a seco de amostras cilíndricas (5 cm de diâmetro), no revestimento até a superfície do substrato. Em seguida, foi aplicada uma camada de cola epóxi na base das pastilhas metálicas, que foram posicionadas sobre a seção transversal cortada na argamassa aplicada. Após o endurecimento da cola (24 horas), foi realizado o arrancamento das pastilhas com o aderímetro para medir o esforço de tração, registrando-se o modo de ruptura.

Dessa forma, foram produzidas 33 amostras de cada formulação, totalizando 264 amostras. Dessas, seis foram para determinação da resistência à compressão, seis para o ensaio de durabilidade, três para determinação da retração, seis para determinação da resistência potencial de aderência à tração, seis para absorção de água e massa específica real e seis para o ensaio de absorção por capilaridade.

As imagens da microestrutura das argamassas produzidas foram obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) utilizando um microscópio de marca Jeol, modelo JSM-6510LV.

Tratamento e análise de dados

Os dados dos ensaios de caracterização das argamassas foram apresentados considerando a média aritmética dos corpos de prova, por dosagem, seguida do desvio padrão. Para analisar os resultados obtidos nos ensaios, verificou-se a normalidade dos dados e, em seguida, foi realizada uma análise estatística utilizando a metodologia de análise de variância (ANOVA), com uma probabilidade de significância (valor-p) menor ou igual a 0,05 (p ≤ 0,05), seguida do Teste de Tukey. Assim, as análises são apresentadas na seguinte ordem:

1. a influência de incorporação das misturas híbridas (RLV e CM) em relação à amostra de referência (REF); e

2. A influência de incorporação das misturas híbridas em relação às amostras contendo apenas o RLV ou a CM.

Resultados e discussão

Caracterização das argamassas produzidas

Na Tabela 6 são apresentados os resultados da ANOVA para todas as propriedades avaliadas. Verificou-se variações significativas (F>fcrítico e valor-p<0,05), e por meio do Teste de Tukey, nos tópicos seguintes serão apresentadas entre quais formulações essas diferenças significativas foram observadas.

Propriedades das argamassas no estado fresco

Consistência

Na Figura 5 são apresentados os resultados médios de consistência obtidos nos ensaios realizados com as argamassas.

1. todas as amostras com a mistura híbrida apresentaram uma diminuição de 8% a 16% no índice de consistência em comparação com a amostra de referência. Sendo assim, é evidente que a substituição do cimento na mistura influenciou diretamente na redução dessa propriedade; e

2. os resultados das amostras contendo mistura híbrida mostraram uma tendência à redução do índice de consistência em relação às misturas com RLV, indicando que a cinza de madeira tem uma influência mais direta na redução da consistência. No entanto, para um mesmo percentual de substituição do cimento (30%), a amostra RLV20CM10 não apresentou diferença significativa em relação à RLV30. Assim, as análises permitem observar que a partir de 30% de substituição do cimento, seja pelo RLV ou pela mistura híbrida, as amostras apresentaram comportamento similar, independentemente do tipo de resíduo.

Solanki, Bierma e Jin (2020) registraram uma redução de 3% a 13% na consistência de argamassas com resíduo de vidro (25%, 50% e 100%) em substituição ao aglomerante. Os autores atribuíram a redução na consistência à adição de resíduo de vidro, devido à forma angular das partículas que contribuiu para a redução da consistência. Por outro lado, Oliveira, Brito e Veiga (2013) afirmaram que à medida que os finos de vidro são adicionados, o teor de água necessário na mistura diminui devido ao efeito filler, onde os vazios entre os grãos de areia são ocupados pelos finos de vidro. Além disso, França et al. (2016), ao avaliarem a utilização da cinza de eucalipto em substituição parcial (10%, 20% e 30%) ao cimento Portland na produção de argamassas, registraram reduções de até 5% no índice de consistência e relacionaram essa redução ao fato de as cinzas apresentarem uma área superficial específica maior (6415 cm²/g) do que o cimento (4466 cm²/g), o que demanda uma quantidade maior de água para o umedecimento da pasta. Esses resultados estão de acordo com os obtidos nesta pesquisa para os resíduos adotados.

Teor de ar

Na Figura 6 são apresentados os resultados médios de teor de ar obtidos nos ensaios realizados com as argamassas. Constatou-se que as argamassas não apresentaram variações significativas para o teor de ar, independentemente dos percentuais e tipos de resíduos utilizados.

Cherene et al. (2019), ao substituírem o cimento por 10% de resíduo de vidro em argamassas, registraram acréscimo de 8% e nenhuma variação no teor de ar em relação à argamassa de referência (12%) para substituição de 20% do cimento. Já França et al. (2016), ao substituírem o cimento por cinzas de eucalipto, observaram um acréscimo de até 140% para um teor de substituição de 10%, em comparação com a amostra de referência, que apresentou teor de ar de 2,27%.

Propriedades das argamassas no estado endurecido

Absorção de água

Na Figura 7 são apresentados os resultados médios de absorção de água obtidos nos ensaios realizados com as argamassas.

1. a mistura híbrida não proporcionou variação significativa nos resultados da absorção de água das argamassas em relação à amostra de referência; e

2. as amostras com a mistura híbrida não sofreram influência significativa quando comparadas às amostras com RLV com o mesmo percentual de substituição do cimento (20% e 30%). Portanto, a cinza de madeira não afetou negativamente a absorção de água das argamassas com a mistura híbrida.

Outros pesquisadores, ao utilizarem resíduos de vidro em argamassas, observaram uma redução na absorção de água. Gupta, Jethoo e Ramana (2022) analisaram a influência da incorporação de resíduo de vidro em substituição parcial ao cimento (5%, 10%, 15% e 20%) e observaram reduções de até 32% na absorção de água das argamassas com o resíduo. Para 20% de substituição do cimento, o resultado obtido para absorção de água foi de 6,3%, enquanto para a argamassa sem resíduo foi de 9,2%. Essa redução pode ser atribuída à baixa capacidade de absorção do resíduo de vidro e ao preenchimento dos poros por suas partículas finas (Matos; Sousa-Coutinho, 2012).

Enquanto isso, os estudos que contemplam cinza de madeira relataram que as argamassas com cinza de madeira têm uma capacidade de absorção de água maior. Zinad e Csiha (2024) produziram argamassas substituindo o cimento por cinza de madeira em 20%, 30%, 40% e 50% e observaram aumento da absorção de água de 4%, 14%, 24% e 41%, respectivamente, em relação à argamassa de referência, que apresentou absorção de água de 4,18%. De acordo com Fusade et al. (2019), as propriedades higroscópicas da cinza de madeira contribuem para esse acréscimo.

Assim, a mistura híbrida dos resíduos de vidro e cinza de madeira pode ter gerado um efeito sinérgico, devido às suas propriedades que se complementaram.

Absorção de água por capilaridade

Na Figura 8 são apresentados os resultados médios de absorção de água por capilaridade, obtidos nos ensaios realizados com as argamassas.

1. as amostras com misturas híbridas apresentaram algumas variações consideráveis quando comparadas aos valores médios de absorção de água por capilaridade da REF, em função das horas de imersão. No entanto, após as 72 horas, a RLV10CM10 reduziu 17% do valor médio em relação ao REF, e as demais (RLV20CM10 e RLV30CM10) não apresentaram influência significativa.

2. em comparação com as amostras com RLV, a RLV10CM10 não apresentou diferença significativa em relação à RLV20 e a RLV20CM10 resultou em um aumento de 51% em relação à RLV30. Portanto, a cinza de madeira tende ao aumento da absorção por capilaridade das argamassas.

A incorporação de resíduo de vidro diminui a absorção de água por capilaridade das argamassas. Oliveira, Brito e Veiga (2013) estudaram a incorporação de resíduo de vidro em argamassa com substituição do agregado em 10%, 15% e 20% e observaram uma redução superior a 50% na absorção de água por capilaridade em relação à argamassa de referência, que apresentou um resultado de 0,2 g/cm². Esse resultado é consequência da diminuição da porosidade com o aumento do percentual de resíduos finos de vidro incorporados, proveniente do efeito filler. Isso proporciona uma melhora na densidade, dificultando a percolação da água no interior da matriz, uma vez que o menor tamanho dos poros leva a uma taxa de absorção mais lenta.

Segundo Fusade et al. (2019), a absorção de água, semelhante ou ligeiramente superior, nas argamassas contendo cinza de madeira incorporada em relação às amostras sem adições está associada à capacidade higroscópica do material e a desaceleração da reação de hidratação pela adição das cinzas. Esses fatores influenciam na porosidade da matriz e facilitam a percolação da água no interior das argamassas, resultando em um aumento da absorção dessas em idades iniciais (Ince; Tayançli; Derogar, 2021).

Massa específica real

Na Figura 9 são apresentados os resultados médios de massa específica real obtidos nos ensaios realizados com as argamassas. Foi possível notar que as amostras não apresentaram variações significativas entre as formulações, o que indica que a substituição do cimento pelas misturas híbridas, em até 40%, não interferiu nesta propriedade.

Alvarenga et al. (2020) pesquisaram como o resíduo de vidro influencia na massa específica das argamassas, ao substituírem o cimento Portland em 10% e 20%, e registraram uma redução de até 3,3%, atribuída à existência de vazios na microestrutura das argamassas produzidas, diferentemente dos resultados encontrados nesta pesquisa (consulte o item “Análise da microestrutura”). Em outro estudo (Teixeira et al., 2019) envolvendo argamassas com cinza de madeira, não foram observadas diferenças significativas, semelhante aos achados do presente estudo.

Resistência à compressão

Na Figura 10 são apresentados os resultados médios de resistência à compressão obtidos nos ensaios realizados com as argamassas:

1. todas as amostras com adição da mistura híbrida apresentaram redução significativa em relação à REF para as idades avaliadas. Foi verificada variação de 31%, 35% e 52% para RLV10CM10, RLV20CM10 e RLV30CM10, respectivamente, aos 7 dias. Aos 14 dias, as reduções passaram a ser de 31%, 35% e 44%, respectivamente, e aos 28 dias, 12% para RLV10CM10 e RLV30CM10. Logo, a formulação RLV20CM10 com 30% de substituição do cimento, não comprometeu a resistência à compressão em relação à REF aos 28 dias; e

2. aos 28 dias, a adição da mistura híbrida não proporcionou variação significativa na resistência à compressão em relação às que continham apenas RLV na composição das argamassas, enquanto nas demais idades a discrepância dos valores foi mais abrangente. Considerando o mesmo percentual de substituição de cimento (20% e 30%), as misturas híbridas (RLV10CM10 e RLV20CM10) não apresentaram influência significativa em relação às misturas com RLV (RLV20 e RLV30, respectivamente), ou seja, a adição da cinza não comprometeu o desempenho do RLV. Nota-se que as misturas híbridas se apresentaram mais benéficas que a cinza de madeira, mesmo com percentuais de substituição do cimento maiores, a exemplo da RLV20CM10 que resultou em um acréscimo de 11% na resistência à compressão em relação à CM10.

Nahi et al. (2020), ao utilizarem resíduo de vidro em argamassas, observaram que os resultados experimentais resultaram em redução de 11% a 22% na resistência à compressão das argamassas com incorporações de 10% e 20% de resíduo de vidro, respectivamente, em comparação à argamassa de referência (54,5 MPa). Os autores abordaram que a incorporação de maiores teores de vidro em idades precoces diminui a quantidade de compostos de clínquer presentes nas misturas, os quais são responsáveis pelo desenvolvimento da resistência à compressão das argamassas. Enquanto em curas mais tardias há dissolução da sílica amorfa do vidro em ambiente alcalino, o que atua no preenchimento dos poros e contribui para o aumento da resistência.

Nassar et al. (2022) utilizaram cinzas de madeira para substituir parcialmente o cimento na produção de argamassa. Foram obtidos valores semelhantes à referência (23 MPa) até o nível de substituição de 10%, que alcançou 22,5 MPa. Entretanto, ao aumentar para 15%, houve uma queda de 35% na resistência da amostra. Os autores explicam que em idades precoces há uma tendência da argamassa de controle apresentar resistência à compressão superior àquela que contém cinzas de madeira, pelo fato de as reações das cinzas com a Portlandita Ca(OH)₂ começarem a partir dos 28 dias como resultado da hidratação do cimento em percentuais de até 10% em substituição ao cimento.

Assim, por apresentarem maior reatividade, os resíduos de vidro potencializam a resistência à compressão das argamassas com misturas híbridas com as cinzas, promovendo valores superiores às que contêm apenas cinzas incorporadas (Kim; Yi; Zi, 2015).

Retração

Na Figura 11 são apresentados os resultados médios de retração obtidos nos ensaios realizados com as argamassas.

1. em idades precoces as amostras contendo misturas híbridas apresentaram retrações semelhantes à REF. Enquanto aos 28 dias foram verificadas reduções de 26%, 28% e 16% para as formulações RLV10CM10, RLV20CM10 e RLV30CM10, respectivamente; e

2. a adição de misturas híbridas às argamassas proporcionou retrações maiores em relação às amostras que continham apenas vidro incorporado, porém as variações foram significativas apenas aos 28 dias, as quais foram de 39% entre RLV20 e RLV10CM10 e entre RLV30 e RLV20CM10. Ou seja, a adição da cinza de madeira na mistura híbrida comprometeu os resultados positivos provenientes da adição do RLV.

Hamzah et al. (2021) registraram uma redução de 9% na retração de argamassa com a substituição de 20% do cimento por resíduo de vidro, em comparação com a referência (0,27 mm/m). Para Salim e Mosaberpanah (2021), ao substituir o cimento por resíduo de vidro, há uma redução de CaO na matriz, sendo este essencial para a rápida taxa de hidratação, o que diminui a retração na secagem das argamassas.

No estudo de Cheah e Ramli (2012), foram avaliadas as retrações de argamassas com substituição parcial do cimento por cinzas de madeira. Os autores perceberam que a amostra com 10% de substituição apresentou uma redução de 20% na retração em relação à amostra de referência (0,59 mm/m). Entretanto, as demais amostras (a partir de 15% de substituição) apresentaram acréscimos de até 20%. A adição de cinza proporciona uma diversidade de compostos provenientes da queima da madeira, que por consequência contribuem para o consumo de água e maior autodessecação, resultando em um elevado grau de retração.

De modo geral, devido à reatividade dos resíduos recicláveis utilizados, há a formação de uma rede rígida através dos produtos gerados, capaz de suportar as tensões resultantes do encolhimento na secagem das argamassas (Bernardo et al., 2022; Ascensão et al., 2019). Quando adicionado em mistura híbrida com CM, o RLV, além de diminuir a quantidade de CaO, pode proporcionar a formação de uma rede de poros extremamente interligados, diminuindo a retração das argamassas (Hamzah et al., 2021).

Resistência potencial de aderência à tração

Na Figura 12 são apresentados os resultados médios de resistência potencial de aderência à tração obtidos nos ensaios realizados com as argamassas. As misturas híbridas não apresentaram diferença significativa em relação à REF, assim como também não apresentaram diferença comparadas as amostras contendo apenas RLV e as amostras contendo somente a CM.

É importante destacar que as amostras apresentaram uma resistência potencial de aderência à tração superior ao valor mínimo de 0,3 MPa, conforme estabelecido pela NBR 13749 (ABNT, 2013b). Durante o ensaio, as formas de ruptura mais frequentes observadas foram: a ruptura na interface chapisco/argamassa e a ruptura na argamassa, conforme classificação definida na NBR 13528-2 (ABNT, 2019b). No entanto, diferentemente das propriedades descritas anteriormente, não foi possível avaliar a resistência potencial de aderência à tração da amostra RLV30CM10 devido ao desplacamento desta ao ser aplicada ao substrato.

Sauer (2013) observou um aumento de até 280% na resistência de aderência à tração de argamassa com 13% de substituição do cimento por resíduo de vidro, em relação à argamassa sem resíduos (0,25 MPa). Hisseine e Tagnit-Hamou (2020) registraram que a adição de vidro aumenta a compacidade da matriz cimentícia, proporcionando uma maior ligação entre as partículas devido à fricção entre elas, o que resulta em uma boa resistência à aderência ao substrato.

Akinyemi e Dai (2020) incorporaram cinza de madeira em substituição ao cimento em argamassas e, para o teor de 10%, obtiveram um acréscimo de 260% na resistência de aderência à tração, em comparação à amostra de referência (0,75 MPa). A adição de até 10% de cinzas foi considerada a substituição ideal do material por apresentar um número reduzido de partículas que não reagem. Os produtos hidratados advindos das reações são capazes de aumentar o módulo de elasticidade e diminuir a estrutura de poros da matriz, o que contribui para uma boa aderência ao substrato e, consequentemente, desenvolvimento da resistência.

Durabilidade (Ataque de sulfato)

Na Figura 13 são apresentados os resultados médios de variação de massa das argamassas expostas à solução de sulfato de sódio. Estes foram utilizados como parâmetro para avaliação da durabilidade:

1. as amostras contendo mistura híbrida apresentaram perda de massa inferior à da referência após o ataque do sulfato de sódio. Apenas a formulação com maior percentual de substituição (RLV30CM10) apresentou variações significativas em relação à REF, com reduções de 240% e 144% aos 14 e 42 dias, respectivamente; e

2. para as amostras com mesmo percentual de substituição do cimento (20% e 30%), os resultados de perda de massa não apresentaram diferença significativa entre as amostras com mistura híbrida e as que continham apenas o RLV, ou seja, a cinza de madeira não comprometeu a durabilidade das argamassas.

Matos e Sousa-Coutinho (2012) avaliaram a durabilidade de argamassas com resíduo de vidro submetidas ao ataque de sulfato de sódio. O cimento Portland misturado com 10% de substituição por resíduo de vidro mostrou uma resistência impressionante ao ataque de sulfato, reduzindo a expansão do comprimento de cada corpo de prova em aproximadamente 83% durante seis semanas, em relação à amostra de referência que apresentou uma expansão de 0,03%. Segundo Sasui et al. (2021), o resíduo de vidro fornece Si reativo, fortalecendo a ligação e uma estrutura mais compacta, e consequentemente, as argamassas se tornam menos suscetíveis ao ataque de sulfato. Também foi observado que a porosidade e permeabilidade das argamassas foram reduzidas, dificultando a penetração dos íons agressivos da solução de sulfato de sódio nas amostras e, assim, aumentando a durabilidade.

Acordi et al. (2020) realizaram testes de ataques com Na₂SO₄ em argamassas contendo cinzas de madeira como substituto parcial do cimento. Após 28 dias, para um teor de 13% de cinzas de madeira, os autores observaram que as argamassas com as cinzas apresentaram maior resistência ao sulfato, com uma redução na expansão de aproximadamente 50% em relação à amostra de referência. Os autores ainda afirmaram que a adição de MCSs reduz a quantidade de hidróxido de cálcio Ca(OH)₂ para reagir com o sulfato, promovendo uma melhora na resistência ao sulfato. Segundo Cheah e Ramli (2012), a adição de cinzas volantes melhora a durabilidade das argamassas, principalmente devido à redução da porosidade e à formação de compostos pozolânicos.

Análise da microestrutura

Na Figura 14 constam as imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) de (a) uma argamassa sem resíduos e (b) outra com a mistura híbrida (RLV e CM). Em comparação com a argamassa de referência (Figura 14a) é possível identificar aglomerados típicos de densificação na argamassa com a mistura híbrida (Figura 14b). Isso evidencia que a incorporação da mistura híbrida melhorou a microestrutura das argamassas.

Ince, Tayançli e Derogar (2021) substituíram o cimento por cinzas de biomassa em argamassas e observaram uma melhoria na compactação microestrutural. Já Rodier e Savastano Junior (2018) substituíram o resíduo de vidro pelo cimento Portland na produção de argamassa e constataram a densificação da microestrutura.

Segundo Yan et al. (2024), a densificação da microestrutura pode ser atribuída principalmente ao resíduo de vidro, devido a seu potencial pozolânico. Alguns cristais de hidróxidos de cálcio são consumidos durante as reações de hidratação secundária, resultando na formação de gel silicato de cálcio hidratado (C-S-H) adicional, que preenche os poros da microestrutura. Além disso, o encapsulamento de sítios de nucleação deve ser considerado nesta análise, uma vez que os resíduos são mais finos do que o agregado miúdo e as partículas podem preencher os vazios entre os agregados e refinar a estrutura dos poros.

As alterações na microestrutura das argamassas estão em consonância com o desempenho das propriedades anteriormente mencionadas e discutidas.

Conclusão

O objetivo geral da pesquisa foi analisar a influência de misturas híbridas de resíduo de lapidação de vidro (RLV) e cinza de madeira (CM) nas propriedades da argamassa, substituindo parcialmente o cimento Portland. A viabilidade da substituição parcial do cimento pela mistura híbrida mostrou-se uma alternativa sustentável, oferecendo uma opção para a destinação adequada dos mesmos, além das argamassas produzidas apresentarem propriedades que permitem a sua utilização na construção civil. As principais observações e contribuições da pesquisa são as seguintes:

1. substituição do cimento pelas misturas híbridas influenciou diretamente na redução da consistência das argamassas;

2. as misturas híbridas não proporcionaram alterações significativas no teor de ar, na massa específica real, na absorção de água, bem como na resistência potencial de aderência à tração das argamassas;

3. quanto à resistência à compressão, observou-se que foi possível substituir até 30% de do cimento pela mistura híbrida, sem comprometer esta propriedade. Além disso, a adição da cinza de madeira não prejudicou o desempenho do RLV e as misturas híbridas se apresentaram mais benéficas do que o uso isolado da CM;

4. foi possível reduzir a absorção de água por capilaridade e a retração das argamassas com a incorporação das misturas híbridas; e

5. por fim, registrou-se uma menor perda de massa das argamassas com a incorporação da mistura híbrida quando expostas à solução de sulfato de sódio. Além disso, foi constatada uma microestrutura mais densa dessas argamassas, o que indica uma melhoria da durabilidade, considerando os parâmetros adotados nesta pesquisa.

Dessa forma, foi possível constatar que é viável produzir argamassas com substituição de cimento por mistura híbrida de resíduo de lapidação de vidro e cinza de madeira, promovendo uma prática sustentável, com a redução da extração de matérias-primas, consumo de energia, emissão de CO2 e destino adequado para os resíduos.

Referências

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