Geopolimerização de resíduos industriais para a obtenção de estruturas leves - Buruberri, Leire Hernando (2023)
O principal objetivo deste trabalho é a valorização de resíduos industriais, tais como lama de anodização de alumínio, cinzas da queima de biomassa florestal e de casca de arroz, na produção de geopolímeros com arquitetura porosa controlada e argamassas geopoliméricas que possam ser aplicadas em revestimentos exteriores, com a adequada durabilidade face à ação de agentes de degradação. Desta forma perspetivam-se formas viáveis de valorização de resíduos que são ainda maioritariamente depositados em aterro, contribuindo para o novo paradigma da economia circular. Em primeiro lugar foi realizada a caracterização físico química dos resíduos e o estudo da sua reatividade em hidróxido de sódio, condições que simulam as da reação de geopolimerização. Utilizou-se metacaulino comercial como precursor sólido de referência e também para otimizar as misturas. O seu potencial, como precursor geopolimérico, foi avaliado através da libertação de espécies reativas (Si e/ou Al) no meio alcalino. As cinzas da queima de biomassa florestal demostraram fraco desempenho na libertação destas espécies, 357 mg/L de Si e 337 mg/L de Al em 8 dias, enquanto o metacaulino forneceu 942 mg/L de Si e 931 mg/L de Al em 48 horas. A lama de anodização e as cinzas da queima da casca de arroz fornecem rapidamente quantidades elevadas de Al (1086 mg/L em 30 min) e de Si (3364 mg/L, 60 min), respetivamente. A rápida libertação de Al por parte da lama de anodização não se traduziu em elevado potencial de endurecimento, mas foi utilizada para o controlo da arquitetura porosa na fabricação de geopolímeros porosos à base de metacaulino, devido à sua capacidade em aumentar a viscosidade das pastas. A incorporação de até 6 % (em massa) de lama permitiu obter materiais com porosidade total de 84 %, sendo 70 % a fração de poros abertos, com consequente reduzida densidade (339 kg/m3), baixa condutividade térmica (0,082 W/m.K) e resistência mecânica à compressão de 2 MPa, valor suficiente para permitir manuseio, transporte e aplicação. As cinzas da queima da casca de arroz foram utilizadas como substituto parcial de silicato de sódio na formulação do ativador alcalino, com o intuito de reduzir a concentração deste reagente na mistura Na2SiO3/KOH e diminuir, desta forma, a pegada ecológica associada à preparação das formulações. A substituição parcial de silicato de sódio pela cinza (10, 20 % em massa), permitiu obter argamassas com menor permeabilidade ao vapor de água, coeficiente de capilaridade (< 0,4 kg/m2min0,5), e índice de secagem (< 0,13 kg/m2.h), do que as formuladas com ligantes comerciais, o que traduz melhor desempenho. A permeabilidade destas argamassas garante superior resistência à degradação perante mudanças de temperatura/humidade, simuladas em ensaios de gelo/degelo. A perda de massa das amostras após 25 ciclos de teste foi de 61, 27 e 23 % quando são utilizadas, na sua preparação, soluções de KOH 5, 7,5 e 10M e se promove a substituição de silicato de sódio por 20 % de cinza da queima da casca de arroz.