Tratamento com uso de CO2 de agregados graúdos reciclados de concretos controlados : propriedades microestruturais e captura de CO2

Abstract

O setor da construção civil contribui consideravelmente com o aquecimento global, uma vez que a produção do cimento é responsável por 5% a 8% das emissões antropogênicas globais de CO2. Atualmente, estão em desenvolvimento alternativas para a captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS), as quais tem aplicação no tratamento de agregados reciclados de concreto (ARC), em um processo conhecido como mineralização do CO2. Nesse sentido, o objetivo do presente trabalho consiste na avaliação da influência do tratamento com CO2 de ARC nas propriedades físicas (massa específica e absorção de água), microestruturais (microtomografia de raios-x, microscopia eletrônica de varredura e microdureza Vickers) e na captura de CO2. Também engloba a avaliação das propriedades mecânicas de concretos produzidos com agregados tratados (ARCC) ou não (ARC) com CO2. Para isso, foram produzidos concretos para processamento e produção de resíduos, utilizando dois tipos de cimento (CP IV e CP V ARI) e duas relações água/cimento (0,55 e 0,65). Por meio das etapas de cominuição e peneiramento, partículas de agregado graúdo com dimensão entre 4,75 e 19 mm foram selecionadas para tratamento com CO2 em câmara de carbonatação (UR 60%, CO2 15%, tempo 24 horas). A determinação da captura de CO2 pelo ARC foi realizada por termogravimetria. Os resultados indicam que a carbonatação dos agregados foi parcial, e que a relação água/cimento influenciou mais na difusão de CO2 que o tipo de cimento. O ARC IV_65 obteve a maior quantidade de CO2 capturado (12,81 kgCO2/ton). Em relação às propriedades físicas, o ARC IV_65 obteve o maior aumento da massa específica (3,03%) e a maior redução da absorção de água (7,32%) após o tratamento. A análise de variância (ANOVA) indicou que o efeito isolado da mineralização influenciou nestas propriedades. Por microtomografia de raios-x constatou-se que a porosidade de todos os tipos de ARC diminuiu, enquanto no ensaio de microscopia eletrônica de varredura constatou-se que a profundidade de carbonatação não alcançou a região da argamassa aderida próxima à zona de transição interfacial. A avaliação da microdureza Vickers para o ARC IV_65 indicou que esta propriedade foi aprimorada com o tratamento com CO2. Para os concretos produzidos com ARC e ARCC, foi constatado que o efeito isolado do tratamento influenciou positivamente na resistência à compressão; contudo, esta variável não influenciou no módulo de elasticidade. Diante dos resultados obtidos, é possível constatar que o tratamento melhorou as propriedades físicas e microestruturais dos ARC e promoveu o uso e captura de CO2. O protocolo de tratamento pode ser aprimorado, de modo a se obter carbonatação completa do ARC, aumentando a captura de CO2 e o desempenho de concretos produzidos com este material. Dessa forma, o tratamento por mineralização do CO2 de ARC poderá ser utilizado em escala industrial, contribuindo com o desenvolvimento sustentável da construção civil.

The construction sector contributes considerably to global warming, since cement production is responsible for 5% to 8% of global anthropogenic CO2 emissions. Alternatives for carbon capture, use and storage (CCUS) are currently being developed, which have applications in the treatment of recycled concrete aggregates (RCA), in a process known as CO2 mineralization. In this sense, the objective of the present work is to evaluate the influence of of CO2 tratment of RCA on physical properties (bulk density and water absorption), microstructural properties (x-ray microtomography, scanning electron microscopy and Vickers microhardness) and CO2 capture. It also encompasses the evaluation of the mechanical properties of concrete produced with aggregates treated (CRCA) or not (RCA) with CO2. To achieve this, concrete was produced for processing and waste production, using two types of cement (CP IV and CP V ARI) and two water/cement ratio (0.55 and 0.65). Through the comminution and sieving steps, coarse aggregate particles with dimensions between 4.75 and 19 mm were selected for treatment with CO2 in a carbonation chamber (RH 60%, CO2 15%, time 24 hours). Determination of CO2 capture by RCA was carried out using thermogravimetry. The results indicate that the carbonation of the aggregates was partial, and that the water/cement ratio influenced CO2 diffusion more than the type of cement. The RCA IV_65 obtained the highest amount of CO2 captured (12.81 kgCO2/ton). Regarding physical properties, RCA IV_65 obtained the greatest increase in in bulk density (3,03%) and the greatest reduction in water absorption (7,32%) after treatment. Analysis of variance (ANOVA) indicated that the isolated effect of mineralization influenced these properties. Using x-ray microtomography it was found that the porosity of all types of RCA decreased, while in the scanning electron microscopy test it was found that the depth of carbonation didn’t reach the region of the adhered mortar close to the interfacial transition zone. Vickers microhardness assessment for RCA IV_65 indicated that this property was improved with CO2 treatment. For concrete produced with RCA and CRCA, it was found that the isolated effect of the treatment positively influenced the compressive strength; however, this variable didn’t influence the elastic modulus. Given the results obtained, it is possible to verify that the treatment improved the physical and microstructural properties of RCA and promoted the use and capture of CO2. The treatment protocol can be improved to obtain complete carbonation of the RCA, increasing CO2 capture and the performance of concrete produced with this material. In this way, the treatment by mineralization of CO2 from RCA can be used on and industrial scale, contributing to the sustainable development of civil construction.