Influência da adição de chamote na formulação de pastas geopoliméricas à base de metacaulim
Data
2025
Autores
Ferreira Junior, Leonardo
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Resumo
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.
Abstract
The demand for construction materials that combine sustainability and high performance has intensified in recent years, motivated by the urgency to minimize environmental impacts, such as those arising from the production of Portland cement, responsible for about 8% of global CO₂ emissions. In this context, geopolymers emerge as a promising alternative, as they can be produced from industrial waste, such as fly ash and blast furnace slag, contributing to the circular economy and reducing improper disposal of solid waste. Among these by-products is chamotte (CM), generated from the breakage of ceramic materials in production lines, such as blocks, tiles, and porcelain tiles. This sintered residue can be reintroduced into formulations as a secondary raw material, reducing the disposal of processed materials. In addition to minimizing waste, chamotte is used to improve the mechanical strength of ceramic pieces, both in the green state and after sintering, as well as to reduce shrinkage during drying and sintering stages. This byproduct can exhibit properties such as high thermal stability, hardness, and low water absorption, especially when sourced from porcelain tile industries, with its particle size and refractoriness varying according to origin. Currently, Brazil is one of the world's largest ceramic producers, with 8.15 billion blocks/tiles and 470,550 tons of other products per year (ANICER, 2023). It is the thirdlargest producer of ceramic coatings, representing 6% of the construction GDP (ANFACER, 2025), but faces losses of up to 14% in the process, such as in red ceramics production, which generates ~7,500 tons of chamotte waste annually (Queiroz Neto et al., 2016). Given this scenario, the study sought to evaluate the influence of the addition of chamotte on the mechanical and microstructural properties of metakaolin-based geopolymer pastes, using sodium silicate and sodium hydroxide. Cubic specimens with 50mm edges were produced, with three specimens made for each formulation. Each mix varied its composition by replacing metakaolin with chamotte at 0%, 20%, 30%, 70%, and 80%. The samples were characterized through compression tests, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive spectroscopy (EDS). The results revealed a particle size distribution of 35.67 ± 13.65 μm for the ground chamotte, as well as an attractive compressive strength (40-50 MPa) for formulations with 20% and 30% chamotte, comparable to conventional Portland cement. XRD analysis identified amorphous halos and welldefined crystalline phases of quartz in the precursor materials, while SEM showed a dense and homogeneous microstructure in the specimen with 20% chamotte. The alkaline activation of chamotte in the paste was suggested by the rounding of the sharp edges of particles observed in SEM, demonstrating its potential as an alternative material for producing high-performance geopolymers. These results contribute to the eco-efficiency of materials, promoting the circular economy in the construction and ceramic coatings industries, while reducing improper disposal of industrial waste.
Descrição
Trabalho de Conclusão do Curso apresentado ao Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Infraestrutura e Território da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial para à obtenção do título de bacharel em Engenharia de Materiais.
Palavras-chave
resíduos, construção civil, impactos ambientais, chamote