Comportamento de um solo arenoso estabilizado com álcali ativação visando a pavimentação

Abstract

A técnica de melhoramento de solos é muito frequente diante de obras geotécnicas, entretanto a prática de solos artificialmente cimentados comumente faz uso de agentes químicos tradicionais, como o cimento Portland e a cal. Sob o ponto de vista ambiental, estes materiais não são considerados tecnicamente sustentáveis, o que atualmente torna-se uma grande preocupação. Conciliar a sustentabilidade e o desenvolvimento de novos materiais é, sem dúvidas, essencial para progredirmos em sociedade. Os cimentos álcali ativados surgiram recentemente, e são um potencial substituto aos materiais tradicionais. Isto se deve a possibilidade de utilizar resíduos e subprodutos, industriais e/ou domésticos, como precursores e ativadores para a produção, logo, a emissão de CO2 e o consumo de energia são ínfimos. A presente pesquisa visa o emprego de dois resíduos para a técnica de ativação alcalina através da cerâmica vermelha, provenientes da indústria de construção e demolição, e a cal de carbureto, subproduto da produção de gás acetileno, ativados com soluções de hidróxido de sódio. Este novo material cimentante é utilizado como fonte de estabilização de um solo granular uniforme, onde é avaliado o desempenho perante aos ensaios de resistência à compressão simples, resistência à tração por compressão diametral, rigidez inicial, durabilidade por ciclos de molhagem e secagem e módulo de resiliência. Ainda, buscou-se por uma análise mineralógica através de DRX para verificar os produtos de reação formados nesta estabilização. As variações da porosidade, do teor de agente cimentante utilizado, do teor de umidade de moldagem e do tempo de cura afetam significativamente o comportamento de todas as variáveis respostas, onde a resistência à compressão simples atingiu valores de 4,23 MPa aos 7 dias de cura e, 7,62 MPa aos 28 dias de cura. Pode-se perceber que há uma relação íntima entre o teor de agente cimentante e o teor de umidade de moldagem, os quais resultam em um impacto negativo quando considerada certas dosagens, em todos os ensaios. Diante disto, a análise mineralógica revelou a formação de um gel silicato de sódio e cálcio, o qual varia de intensidade conforme as variáveis controláveis. Por fim, foi possível relacionar os dados obtidos com a relação entre porosidade/teor volumétrico de agente cimentante, se mostrando adequada e compatível com a previsão do desempenho mecânico e que combinação dos materiais utilizados para a estabilização apresentam potencial para a utilização como camada de pavimento.

The soil improvement technique is very common in geotechnical works, however the practice of artificially cemented soils commonly aplly traditional chemical agents, such as Portland cement and lime. Considering the environmental impacts, these materials are not technically sustainable, which is currently a major concern. Reconciling sustainability and the development of new materials is undoubtedly essential for progress in society. Alkali-activated cements have recently appeared, and are a potential substitute for traditional materials. This is due to the possibility of using residues and by-products, industrial and/or domestic, as precursors and activators for production, therefore, CO2 emissions and energy consumption are very small. The present research aims to use two wastes for the alkali activation technique through red ceramics wastes, from the construction and demolition industry, and carbide lime, a by-product of the production of acetylene gas, activated with sodium hydroxide solutions. This new binder is used as a source of stabilization for a uniform granular soil, where performance is evaluated by unconfined compression strength, splitting tensile test, initial shear strength, durability wetting -drying cycles and resilient modulus. Moreover, the microstructure of a few blends was evaluated through X-ray diffraction tests (XRD) to identify the reactions products that are expected to be formed. The variation in porosity, binder content, moisture content and curing time significantly altered the behavior of response variables, results show that unconfined compressive strength varies to 4,23 MPa after 7 days curing time to 7,62 MPa after 28 days curing time. There is a relation between binder content and moisture content, which results in negative impact considering some blends. Therefore, the XRD analyses identified sodium calcium silicate as a cementitious gel formed by alkali-activated process. The relationship between porosity/volumetric binder content is adequate and compatible to estimate the mechanical response of the blends that are suitable to use as cemented materials for pavements.