Mineralização de CO2 em pós reciclados de resíduos de construção e demolição: uso de carbono e emprego como material cimentício suplementar
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Data
2026-01-28
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Resumo
Este trabalho aplicou a mineralização por carbonatação acelerada (gás-sólido) em pós reciclados de resíduos da construção e demolição (RCD), com o objetivo de fixar CO2 e utilizá-los como materiais cimentícios suplementares (MCS) na fabricação de cimento. Para isso, foi desenvolvido um conjunto de cinco estudos experimentais envolvendo as principais variáveis que afetam esse processo. Inicialmente, estudou-se a moagem das partículas de RCD, avaliando as características físicas após a cominuição. O processamento por 30 minutos com 0,5% de aditivo propilenoglicol reduziu o d50 e aumentou a área superficial BET, sendo adotado como padrão por demandar menor tempo de moagem e teor de aditivo, e produzir partículas com características físicas similares às do cimento Portland (CP). Na sequência, foi conduzida a avaliação de procedimentos para determinação da absorção de água dos pós, comparando-se a análise termogravimétrica (TGA) com outros métodos da literatura. A TGA apresentou potencial de aplicação, com menor variabilidade nos resultados e menor interferência do operador. No entanto, o tempo de saturação deve ser inferior a 24 h para minimizar os efeitos da pré-hidratação das partículas residuais anidras do cimento. O terceiro estudo explorou os efeitos de diferentes origens de pós de RCD (mista e concreto), com três faixas granulométricas, submetidas a diferentes tempos de exposição (2 h, 8 h, 24 h, 48 h e 168 h) ao CO₂ (15% a 23 ± 2 °C), avaliando-se o potencial de uso como MCS em argamassas com substituição de 25% do CP. Constatou-se que, por meio da mineralização, foi possível fixar entre 0,8 e 29,51 kg.CO2/t, com maior eficácia em pós reciclados de concreto (RCP). No quarto experimento, foram avaliados apenas os RCP, analisando-se a fixação de carbono e o desempenho como MCS. Utilizando CO₂ a 15% de concentração, foram testados teores de umidade entre 0% e 24% e temperaturas de ensaio de 20, 40 e 60 °C, com tempo fixo de exposição de 0,5 h. Para pós com 12% de umidade e temperatura de 40 °C, avaliou-se a fixação de carbono nos tempos de 1 h, 1,5 h, 2 h e 24 h. O arranjo com 12% de umidade e temperaturas de 40 °C e 60 °C por 0,5 h de exposição ao CO₂ permitiu substituir 25% do cimento, reduzindo o índice de carbono (kg CO₂/m³/MPa) em 9% e 8%, respectivamente, quando comparado ao RCP não mineralizado. Por fim, no último estudo, avaliou-se o desempenho de pós reciclados de concreto de múltiplas fontes, observando-se a influência na fixação de carbono e no desempenho com substituições de 10%, 25% e 40% do CP. Os pós com 12% de umidade foram submetidos à exposição de 15 a 120 minutos a 15% de CO₂ e 60 °C. Constatou-se a fixação de CO2 entre 7 e 25 kg.CO2/t, valores influenciados pela granulometria, pela origem dos pós e pelo tempo de exposição ao CO2, sendo observada a maior fixação de CO2 nos pós produzidos com CP V e maiores porosidades (maior relação água/cimento). De modo geral, constatou-se que o potencial de fixação de CO2 em pós reciclados de concreto é superior aos de origem mista, com maior fixação em partículas menores e mais porosas. O processo de mineralização é fortemente influenciado pelas variáveis de contorno: umidade, temperatura e tempo de exposição ao CO2. A fixação de CO2 em RCP representa uma estratégia que promove a economia circular, podendo ser considerada em negociações de créditos de carbono.
Resumen
Este trabajo aplicó la mineralización por carbonatación acelerada (gas-sólido) en polvos reciclados de residuos de construcción y demolición (RCD), con el objetivo de fijar CO2 y utilizarlos como materiales cementicios suplementarios (MCS) en la fabricación de cemento. Para ello, se desarrolló un conjunto de cinco estudios experimentales que involucraron las principales variables que afectan este proceso. Inicialmente, se estudió la molienda de las partículas de RCD, evaluando las características físicas después de la conminución. El procesamiento durante 30 minutos con 0,5% de aditivo propilenglicol redujo el d50 y aumentó el área superficial BET, siendo adoptado como estándar por requerir menor tiempo de molienda y contenido de aditivo, y producir partículas con características físicas similares a las del cemento Portland (CP). A continuación, se llevó a cabo la evaluación de procedimientos para la determinación de la absorción de agua de los polvos, comparando el análisis termogravimétrico (TGA) con otros métodos de la literatura. El TGA presentó potencial de aplicación, con menor variabilidad en los resultados y menor interferencia del operador. Sin embargo, el tiempo de saturación debe ser inferior a 24 h para minimizar los efectos de la prehidratación de las partículas residuales anhidras del cemento. El tercer estudio exploró los efectos de diferentes orígenes de polvos de RCD (mixto y concreto), con tres rangos granulométricos, sometidos a diferentes tiempos de exposición (2 h, 8 h, 24 h, 48 h y 168 h) al CO2 (15% a 23 ± 2 °C), evaluando el potencial de uso como MCS en morteros con sustitución del 25% del CP. Se constató que, mediante la mineralización, fue posible fijar entre 0,8 y 29,51 kg.CO2/t, con mayor eficacia en polvos reciclados de concreto (PRC). En el cuarto experimento, se evaluaron solo los PRC, analizando la fijación de carbono y el desempeño como MCS. Utilizando CO2 al 15% de concentración, se probaron contenidos de humedad entre 0% y 24% y temperaturas de ensayo de 20, 40 y 60 °C, con un tiempo fijo de exposición de 0,5 h. Para polvos con 12% de humedad y temperatura de 40 °C, se evaluó la fijación de carbono en los tiempos de 1 h, 1,5 h, 2 h y 24 h. El arreglo con 12% de humedad y temperaturas de 40 °C y 60 °C por 0,5 h de exposición al CO2 permitió sustituir el 25% del cemento, reduciendo el índice de carbono (kg CO2/m³/MPa) en 9% y 8%, respectivamente, en comparación con el PRC no mineralizado. Finalmente, en el último estudio, se evaluó el desempeño de polvos reciclados de concreto de múltiples fuentes, observándose la influencia en la fijación de carbono y en el desempeño con sustituciones del 10%, 25% y 40% del CP. Los polvos con 12% de humedad fueron sometidos a exposición de 15 a 120 minutos a 15% de CO2 y 60 °C. Se constató la fijación de CO2 entre 7 y 25 kg.CO2/t, valores influenciados por la granulometría, el origen de los polvos y el tiempo de exposición al CO2, observándose la mayor fijación de CO2 en los polvos producidos con CP V y mayores porosidades (mayor relación agua/cemento). En general, se constató que el potencial de fijación de CO2 en polvos reciclados de concreto es superior al de origen mixto, con mayor fijación en partículas más pequeñas y porosas. El proceso de mineralización está fuertemente influenciado por las variables de contorno: humedad, temperatura y tiempo de exposición al CO2. La fijación de CO2 en PRC representa una estrategia que promueve la economía circular, pudiendo ser considerada en negociaciones de créditos de carbono.
Abstract
This work applied mineralization by accelerated carbonation (gas-solid) in recycled powders from construction and demolition waste (CDW), with the objective of fixing CO2 and using them as supplementary cementitious materials (SCM) in cement manufacturing. For this, a set of five experimental studies was developed involving the main variables that affect this process. Initially, the grinding of CDW particles was studied, evaluating the physical characteristics after comminution. Processing for 30 minutes with 0.5% of propylene glycol additive reduced d50 and increased the BET surface area, being adopted as a standard for requiring less grinding time and additive content, and producing particles with physical characteristics similar to Portland cement (PC). Next, the evaluation of procedures for determining the water absorption of the powders was conducted, comparing the thermogravimetric analysis (TGA) with other methods from the literature. The TGA showed potential for application, with less variability in results and less operator interference. However, the saturation time should be less than 24 h to minimize the effects of pre-hydration of the residual anhydrous cement particles. The third study explored the effects of different origins of CDW powders (mixed and concrete), with three particle size ranges, subjected to different exposure times (2 h, 8 h, 24 h, 48 h and 168 h) to CO2 (15% at 23 ± 2 °C), evaluating the potential use as SCM in mortars with 25% replacement of PC. It was found that, through mineralization, it was possible to fix between 0.8 and 29.51 kg.CO2/t, with greater efficiency in recycled concrete powders (RCP). In the fourth experiment, only RCP were evaluated, analyzing carbon fixation and performance as SCM. Using CO2 at 15% concentration, moisture contents between 0% and 24% and test temperatures of 20, 40 and 60 °C were tested, with a fixed exposure time of 0.5 h. For powders with 12% moisture and temperature of 40 °C, carbon fixation was evaluated at times of 1 h, 1.5 h, 2 h and 24 h. The arrangement with 12% moisture and temperatures of 40 °C and 60 °C for 0.5 h exposure to CO2 allowed replacing 25% of the cement, reducing the carbon index (kg CO2/m³/MPa) by 9% and 8%, respectively, when compared to non-mineralized RCP. Finally, in the last study, the performance of recycled concrete powders from multiple sources was evaluated, observing the influence on carbon fixation and performance with replacements of 10%, 25% and 40% of PC. The powders with 12% moisture were subjected to exposure from 15 to 120 minutes at 15% CO2 and 60 °C. CO2 fixation between 7 and 25 kg.CO2/t was found, values influenced by particle size, origin of the powders and exposure time to CO2, with greater CO2 fixation observed in powders produced with CP V and higher porosities (higher water/cement ratio). In general, it was found that the CO2 fixation potential in recycled concrete powders is higher than those of mixed origin, with greater fixation in smaller and more porous particles. The mineralization process is strongly influenced by boundary variables: moisture, temperature and CO2 exposure time. CO2 fixation in RCP represents a strategy that promotes the circular economy and can be considered in carbon credit negotiations.
Descrição
Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Doutor em Energia e Sustentabilidade.
Palavras-chave
resíduos como material de construção, cimento, mineralização, créditos de carbono