TCC - Engenharia de Materiais

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ILATIT - Centro de Tecnologia e Infraestrutura - Bacharelado em Engenharia de Materiais

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Navegando TCC - Engenharia de Materiais por Autor "Ferreira Junior, Leonardo"

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    Influência da adição de chamote na formulação de pastas geopoliméricas à base de metacaulim
    (2025) Ferreira Junior, Leonardo
    A procura por materiais de construção que combinem sustentabilidade e alto desempenho tem se intensificado nos últimos anos, motivada pela urgência em minimizar os impactos ambientais, como os decorrentes da fabricação do cimento Portland, responsável por cerca de 8% das emissões globais de CO₂. Nesse contexto, os geopolímeros emergem como uma alternativa promissora, pois podem ser produzidos a partir de resíduos industriais, como cinzas volantes e escórias de alto-forno, contribuindo para a economia circular e a redução do descarte inadequado de resíduos sólidos. Dentre esses subprodutos, temos o chamote (CM), gerado a partir da quebra de materiais cerâmicos em linha de produção, como as de blocos, telhas e porcelanatos. Esse material, um rejeito sinterizado, pode ser reintroduzido na formulação como matéria-prima (MP) secundária, reduzindo o descarte de materiais beneficiados. Além de mitigar os desperdícios, o chamote é empregado para melhorar a resistência mecânica de peças cerâmicas no estado a verde e após a sinterização, como em casos que necessitem reduzir a retração das peças durante a secagem e/ou queima. Esse subproduto pode apresentar propriedades como elevada estabilidade térmica, dureza e baixa absorção de água, especialmente quando proveniente de indústrias de porcelanato, com sua granulometria e refratariedade variando conforme a origem. Atualmente o Brasil é um dos maiores produtores mundiais de cerâmicas, com 8,15 bilhões de blocos/telhas e 470.550 toneladas de outros produtos por ano (ANICER, 2023). É o terceiro maior em revestimentos cerâmicos, representando 6% do PIB da construção (ANFACER, 2025), mas enfrenta perdas de até 14% no processo, como a produção de cerâmicas vermelhas que gera ~7.500 toneladas anuais de resíduos (chamote) (Queiroz Neto et al., 2016). Diante desse cenário, o estudo buscou avaliar a influência da adição de chamote de porcelanato esmaltado nas propriedades mecânicas e microestruturais de pastas geopoliméricas à base de metacaulim, silicato de sódio e hidróxido de sódio. Para as análises foram produzidos corpos de prova cúbicos de arestas de 50mm, sendo confeccionados três corpos de prova (CP’s) para cada formulação. Cada traço variou sua fórmula através da substituição de metacaulim por chamote entre 0%, 20%, 30%, 70% e 80%. As amostras foram caracterizadas por meio de ensaios de compressão, difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersão de elétrons (EDS). Os resultados revelaram uma distribuição granulométrica de 35,67 ± 13,65 μm para o chamote moído utilizado, além de uma resistência à compressão atrativa (40–50 MPa) para as formulações com 20% e 30% de chamote, comparável à do cimento Portland convencional. A análise de DRX identificou halos amorfos e fases cristalinas bem definidas de quartzo nas matérias primas precursoras, enquanto a MEV mostrou uma microestrutura densa e homogênea no CP confeccionado com 20% de chamote. A ativação alcalina da fase cristalina do chamote foi sugerida pelo abaulamento dos cantos vivos das partículas evidenciadas no MEV, demonstrando seu potencial como material alternativo para a produção de geopolímeros de alto desempenho. Esses resultados contribuem para a ecoeficiência dos materiais, promovendo a economia circular na indústria da construção civil e de revestimentos cerâmicos, além de reduzir o descarte inadequado de resíduos industriais. Resumen La demanda de materiales de construcción que combinen sostenibilidad y alto rendimiento se ha intensificado en los últimos años, motivada por la urgencia de minimizar los impactos ambientales, como los derivados de la fabricación del cemento Portland, responsable de alrededor del 8% de las emisiones globales de CO₂. En este contexto, los geopolímeros emergen como una alternativa prometedora, pues pueden ser producidos a partir de residuos industriales, como cenizas volantes y escorias de alto horno, contribuyendo a la economía circular y a la reducción del descarte inadecuado de residuos sólidos. Entre estos subproductos, se encuentra la chamota (CM), un subproducto generado a partir de la rotura de materiales cerámicos en líneas de producción, como las de bloques, tejas y baldosas. Este material, un rechazo sinterizado, puede ser reintroducido en la formulación como materia prima secundaria, reduciendo la eliminación de materiales procesados. Además de mitigar los desperdicios, la chamota se emplea para mejorar la resistencia mecánica de piezas cerámicas, en estado verde y después de la sinterización, además de reducir la contracción durante las etapas de secado y sinterización. Este subproducto puede presentar propiedades como elevada estabilidad térmica, dureza y baja absorción de agua, especialmente cuando proviene de industrias de porcelanato, con su granulometría y refratariedad variando según el origen. Actualmente, Brasil es uno de los mayores productores mundiales de cerámicas, con 8.150 millones de bloques/tejas y 470.550 toneladas de otros productos al año (ANICER, 2023). Es el tercer mayor productor de revestimientos cerámicos, representando el 6% del PIB de la construcción (ANFACER, 2025), pero enfrenta pérdidas de hasta el 14% en el proceso, como en la producción de cerámicas rojas que genera ~7.500 toneladas anuales de residuos (chamota) (Queiroz Neto et al., 2016). Ante este panorama, el estudio buscó evaluar la influencia de la adición de chamota de porcelanato esmaltado en las propiedades mecánicas y microestructurales de pastas geopoliméricas a base de metacaolín, silicato de sodio e hidróxido de sodio. Para los análisis se produjeron probetas cúbicas de aristas de 50 mm, elaborándose tres probetas (CPs) para cada formulación. Cada dosificación varió su composición mediante la sustitución de metacaolín por chamota entre 0%, 20%, 30%, 70% y 80%. Las muestras fueron caracterizadas mediante ensayos de compresión, difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB) y espectroscopía de dispersión de energía (EDS). Los resultados revelaron una distribución granulométrica de 35,67 ± 13,65 μm para la chamota molida utilizada, además de una resistencia a la compresión atractiva (40-50 MPa) para las formulaciones con 20% y 30% de chamota, comparable a la del cemento Portland convencional. El análisis de DRX identificó halos amorfos y fases cristalinas bien definidas de cuarzo en las materias primas precursoras, mientras que el MEB mostró una microestructura densa y homogénea en la probeta elaborada con 20% de chamota. La activación alcalina de la chamota en la pasta fue sugerida por el redondeamiento de los bordes vivos evidenciado en las partículas en el MEB, demostrando su potencial como material alternativo para la producción de geopolímeros de alto desempeño. Estos resultados contribuyen a la ecoeficiencia de los materiales, promoviendo la economía circular en la industria de la construcción civil y de revestimientos cerámicos, además de reducir el descarte inadecuado de residuos industriales.