Melhoramento de um solo granular por ativação alcalina de resíduos de vidro e cal de casca de ovo

Abstract

Uno de los mayores retos a los que se enfrenta la sociedad, a la hora de evitar la degradación ambiental y la contaminación de las fuentes de agua y del suelo, es la correcta disposición de los residuos. La posibilidad de utilizar residuos como materia prima ha sido una de las principales acciones, económica y ecológicamente viable, adoptadas para la reutilización del material reciclado y su inserción en la cadena productiva. Los residuos de vidrio son residuos sólidos normalmente disponibles cerca de los centros urbanos, clasificados como inorgánicos, que pueden provenir de diferentes actividades. La cal utilizada en esta investigación se produce a partir de la calcinación de residuos de cáscara de huevo del sector alimentario, como material sustituto de la cal convencional como la calcita o la cal dolomítica, cuyos procesos de extracción están generando altos impactos socioambientales. Por otro lado, los cementos alcalinos han surgido recientemente como material alternativo y sustituto de los cementos convencionales como el cemento Portland, teniendo en cuenta las grandes limitaciones que enfrenta actualmente esta industria. Estos cementos activados por álcalis se caracterizan por sus bajas emisiones de CO2 y consumo energético en su proceso productivo, además de la posibilidad de incluir residuos y subproductos de diversas industrias como precursores y activadores para su fabricación con respuestas mecánicas a materiales tradicionales. En este contexto, el presente estudio evaluó el uso potencial de la combinación de vidrio de desecho triturado (GWG) y una cal alternativa obtenida de la calcinación de la cáscara de huevo para la producción y optimización de un cemento activado por álcalis con hidróxido de sodio (NaOH) y silicato de sodio (Soluciones de Na2SiO3) en términos de resistencia a la compresión. Posteriormente, se evaluó la aplicabilidad de este ligante en el mejoramiento del suelo granular mediante la técnica Posteriormente, se evaluó la aplicabilidad de este ligante en el mejoramiento del suelo granular mediante la técnica del suelo artificialmente cementado, evaluando el efecto de la densidad, la resistencia y la rigidez inicial del suelo granular. Los resultados de la investigación definen la metodología para la producción de la cal alternativa (cal viva y cal hidratada) cuyas especificaciones cumplen con los estándares normativos para su uso en la estabilización de suelos. La dosificación óptima entre precursores y activadores se define mediante la metodología estadística de superficie de respuesta del ligante alcalino. Para diferentes tiempos de curado (7 y 28 días), se evidenció el efecto creciente cuadrático y lineal de la resistencia y rigidez del suelo granular tratado con el aumento de la densidad de compactación y el contenido de aglutinante, respectivamente. Por otro lado, se determinó un mejor desempeño mecánico al aumentar la humedad de compactación, principalmente a los 7 días de curado. Sin embargo, la variación de la humedad de la compactación del suelo a los 28 días no mostró una significación estadística en la respuesta mecánica.

Um dos maiores desafios enfrentados pela sociedade, quando se trata de evitar a degradação ambiental e a contaminação das fontes de água e do solo, é a correta destinação dos resíduos. A possibilidade de utilizar resíduos como matéria-prima tem sido uma das principais ações, econômica e ecologicamente viáveis, adotadas para a reutilização do material reciclado e sua inserção na cadeia produtiva. Os resíduos de vidro são materiais sólidos normalmente disponíveis perto dos centros urbanos, classificados como inorgânicos, que podem vir de diferentes atividades. A cal utilizada nesta pesquisa é produzida a partir da calcinação de resíduos de casca de ovo (CO) do setor alimentício, como material substituto da cal convencional, como a cal calcitica ou a cal dolomítica, cujos processos de extração são altamente geradores de impactos sócio-ambientais. Por outro lado, os cimentos alcalinos surgiram recentemente como um material alternativo e substituto dos cimentos convencionais, como o cimento Portland, levando em conta as principais limitações que esta indústria enfrenta atualmente. Estes cimentos álcali-ativados têm se caracterizado por suas baixas emissões de CO2 e consumo de energia em seu processo produtivo, além da possibilidade de incluir resíduos e subprodutos de várias indústrias como precursores e ativadores para sua fabricação com respostas mecânicas comparáveis aos ligantes tradicionais. Neste contexto, o presente estudo avaliou a potencial utilização da combinação de resíduos de vidro moído (RVM) e uma cal alternativa obtida a partir da calcinação da casca do ovo para a produção e otimização de um cimento álcali-ativado com soluções de hidróxido de sódio (NaOH) e silicato de sódio (Na2SiO3) em termos da resistência à compressão. Posteriormente, foi avaliada a aplicabilidade deste ligante no melhoramento de um solo granular através da técnica de solo artificialmente cimentado, avaliando o efeito da densidade, conteúdo de ligante e humidade de compactação na resistência e rigidez inicial do solo granular. Os resultados da investigação definem a metodologia para a produção de cal alternativa (cal viva e cal hidratada) cujas especificações cumprem os padrões normativos para a sua utilização na estabilização do solo. A dosagem ótima entre precursores e ativadores foi determinada através da metodologia estatística de superfície de resposta do ligante alcalino. A inclusão deste ligante ótimo como agente químico para melhorar o solo granular, independentemente do tempo de cura (7 e 28 dias), evidenciou um efeito quadrático e linear de aumento da resistência e rigidez das misturas compactadas com o aumento da densidade de compactação e do conteúdo de ligante alcalino, respectivamente. Por outro lado, o melhor desempenho mecânico foi determinado com o aumento da umidade de compactação principalmente aos 7 dias de cura. No entanto, a variação da humidade de compactação do solo aos 28 dias não mostrou uma significância estatística na resposta mecânica.

One of the greatest challenges facing society, when it comes to avoiding environmental degradation and the contamination of water sources and soil, is the correct disposal of waste. The possibility of using waste as raw material has been one of the main actions, economically and ecologically viable, adopted for the re-use of recycled material and its insertion in the production chain. Glass waste is a solid waste normally available near urban centres, classified as inorganic, which can come from different activities. The lime used in this research is produced from the calcination of eggshell waste from the food sector, as a substitute material for conventional lime such as calcite or dolomitic lime, whose extraction processes are highly generating socio-environmental impacts. On the other hand, alkaline cements have recently emerged as an alternative and substitute material to conventional cements such as Portland cement, taking into account the major limitations currently faced by this industry. These alkali-activated cements are characterized by their low CO2 emissions and energy consumption in their production process, in addition to the possibility of including waste and sub-products from various industries as precursors and activators for their manufacture with mechanical responses comparable to traditional materials. In this context, the present study evaluated the potential use of the combination of ground waste glass (GWG) and an alternative lime obtained from eggshell calcination for the production and optimization of an alkaliactivated cement with sodium hydroxide (NaOH) and sodium silicate (Na2SiO3) solutions in terms of compressive strength. Subsequently, the applicability of this binder in the improvement of a granular soil by means of the artificially cemented soil technique was evaluated, assessing the effect of density, binder content and compaction moisture on the strength and initial stiffness of the granular soil. The results of the research define the methodology for the production of alternative lime (quicklime and hydrated lime) whose specifications meet the normative standards for its use in soil stabilization. The optimum dosage between precursors and activators is defined by means of the statistical methodology of surface response of the alkaline binder. For different curing times (7 and 28 days), the quadratic and linear increasing effect of the strength and stiffness of the treated granular soil with increasing compaction density and binder content, respectively, was evidenced. On the other hand, better mechanical performance was determined with increasing compaction moisture, mainly at 7 days of curing. However, the variation of soil compaction moisture at 28 days did not show a statistical significance in the mechanical response.