Análise da substituição parcial de cimento por fíler calcário em argamassas de revestimento com base em modelos de empacotamento de partículas

Abstract

Resumo: A crescente demanda por infraestrutura urbana ressalta a necessidade de alternativas sustentáveis no setor da construção civil. A produção de cimento, uma das principais fontes de emissões de gases de efeito estufa, pode ter seu impacto ambiental reduzido pela substituição parcial do material por fíler calcário, que oferece benefícios técnicos, econômicos e ambientais. Este trabalho teve como objetivo investigar o efeito da substituição parcial do cimento Portland por fíler calcário em argamassas de revestimento, variando os teores de substituição. Foram utilizados cimento CP II F e cal hidratada CH III, areia artificial e fíler calcário como substituto parcial do cimento. Os teores de substituição foram definidos com base em técnicas de empacotamento de partículas utilizando o método experimental de Wong e Kwan e o modelo analítico de De Larrard (CPM). Foram produzidas quatro formulações de argamassa com traço 1:1:6 (em volume) com teores de substituição de 0%, 15%, 20% e 25% a partir dos resultados obtidos pelo CPM, além de outras cinco formulações adicionais com teores de 0%, 4%, 10%, 16% e 20% e mesmo traço, utilizadas exclusivamente para validação desses resultados, tomando-se como base os resultados experimentais das mesmas no estado fresco. O desempenho no ensaio de squeeze flow foi empregado como parâmetro para indicar o teor de água mínima das formulações (método de Wong e Kwan para o conjunto granular) para uma adequada trabalhabilidade (argamassas produzidas e ensaiadas). As propriedades foram avaliadas tanto no estado fresco (índice de consistência, densidade de massa e comportamento reológico pelo ensaio de squeeze flow) quanto no estado endurecido (resistência à tração na flexão e compressão, densidade de massa, absorção de água e módulo de elasticidade). Os resultados indicaram que a substituição parcial de cimento por fíler calcário pode ser uma alternativa viável para desenvolver argamassas mais sustentáveis. O teor de 20% de fíler calcário demonstrou ser o mais eficaz para esse traço e esses materiais, proporcionando um equilíbrio entre trabalhabilidade e resistência mecânica. Esse teor de substituição do cimento por fíler calcário resultou em uma menor incorporação de ar, maior densidade no estado fresco e desempenho satisfatório quanto à deformabilidade e resistência mecânica. Teores mais elevados de fíler calcário resultaram em menor porosidade e maior flexibilidade, sendo adequados para aplicações que não exigem alta resistência mecânica. No entanto, a redução na resistência à compressão em teores acima de 20% indica a necessidade de cuidado em sua utilização.

Abstract: The growing demand for urban infrastructure highlights the need for sustainable alternatives in the construction industry. Cement production, one of the main sources of greenhouse gas emissions, can reduce its environmental impact through the partial replacement of cement with limestone filler, which offers technical, economic, and environmental benefits. This study aimed to investigate the effects of partially replacing Portland cement with limestone filler in rendering mortars, varying the substitution levels. CP II F cement, CH III hydrated lime, artificial sand, and limestone filler were used as partial substitutes for cement. The substitution levels were determined based on particle packing techniques, employing the experimental method of Wong and Kwan and the analytical CPM model by De Larrard. Four mortar formulations with a 1:1:6 mix ratio (by volume) and substitution levels of 0%, 15%, 20%, and 25% were produced based on CPM results, alongside five additional formulations with substitution levels of 0%, 4%, 10%, 16%, and 20%, exclusively for validating these results using experimental data in the fresh state. Squeeze flow performance was used as a parameter to determine the minimum water content of the formulations (Wong and Kwan’s granular assembly method) for adequate workability. Mortar properties were evaluated in both fresh (consistency index, bulk density, and rheological behavior via squeeze flow tests) and hardened states (flexural and compressive strength, bulk density, water absorption, and modulus of elasticity). The results indicated that partially replacing cement with limestone filler is a viable alternative for developing more sustainable mortars. A 20% limestone filler substitution proved the most effective for this mix and these materials, balancing workability and mechanical strength. This substitution level led to lower air incorporation, higher fresh state density, and satisfactory performance in terms of deformability and mechanical resistance. Higher limestone filler contents reduced porosity and increased flexibility, making them suitable for applications that do not require high mechanical strength. However, the reduction in compressive strength for levels above 20% underscores the need for caution in their use.