Investigação experimental de ligante à base de cinza de casca de arroz e cal de casca de ovo na estabilização de solo sob ataque ácido

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 7542 (2022) Citar este artigo

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Este estudo avalia o uso de cinza de casca de arroz (CCA)-cal casca de ovo (ESL) e CCA-cal comercial (CL) como ligantes alternativos para estabilização de solos argilosos, bem como o desempenho de misturas ligantes de solo sob ataque ácido. Foi realizado um planejamento compósito central para análise da reatividade por meio de testes em batelada com solução de ácido sulfúrico. O comportamento físico e mecânico foi avaliado por meio de ensaio de compactação e resistência à compressão simples (UCS). Os testes de reatividade demonstraram melhor neutralização da acidez do contaminante para misturas com ESL. A maior resistência à compressão, reatividade e encapsulamento parcial de elementos tóxicos estão associados à aplicação de 30% de CCA e 6% de ESL no solo. O gel AC – S – H é observado em fases pouco cristalinas através do padrão XRD. A aplicação de RHA-ESL em solos expostos ao ataque ácido tem viabilidade ambiental. Recomenda-se a análise dos processos de moagem de CCA aliados à resistência da mistura ao longo do tempo, e seus testes de aplicação em barreiras impermeáveis, em aterros sanitários.

Os resíduos sólidos representam uma preocupação crescente a nível global, principalmente devido ao crescimento populacional e ao consumismo1. Um importante gerador de resíduos é a produção mundial de arroz, estimada em 750 milhões de toneladas de casca de arroz anualmente2. Além disso, surge um novo campo de estudos relacionado à valorização dos resíduos do setor alimentício, a casca do ovo. O mundo gera anualmente 4,91 milhões de toneladas de resíduos de casca de ovo, sendo 278.250 toneladas no Brasil3.

O processamento do arroz gera 160 milhões de toneladas de resíduos compostos por casca de arroz, que são destinados a aterros sanitários2 ou para fins energéticos4. A porção de casca de arroz utilizada para fins energéticos é regularmente utilizada como combustível em caldeiras para produção de energia e, após queimada, gera um novo resíduo: a cinza de casca de arroz (CCA). A RHA é considerada uma pozolana devido à sua fonte de sílica amorfa4; que promove a aplicação de CCA em múltiplas destinações, como produção de concreto5,6,7, argamassas8,9, processos de remediação de solos10, adsorção11; constituição de geopolímeros12 e tratamento de efluentes13.

As características da CCA e seu potencial como material pozolânico dependem fortemente dos métodos e condições que originaram a CCA4,14. As CCA de diferentes indústrias podem apresentar diferentes conteúdos de sílica amorfa e áreas superficiais específicas, bem como outras características distintas que ainda são pouco exploradas14,15. Portanto, é importante não só a caracterização da CCA, mas também a exploração da sua utilização em misturas com materiais que aumentam a alcalinidade do ambiente (ex. cal).

Nesse contexto, muitos estudos têm avaliado a utilização de resíduos de casca de ovo como fonte alternativa de cálcio para diversas aplicações geotécnicas e de construção civil3,16,17,18,19,20. Além disso, estudos observaram que a cal de casca de ovo (ESL) apresenta-se como um excelente material para estabilização do solo juntamente com uma fonte pozolânica, como a CCA, e um ligante mais sustentável que a cal dolomítica, pois evita a extração e melhoramento mineral calcário4,20,21.

Embora esses estudos explorem a aplicação isolada de CCA e cal de casca de ovo para o desenvolvimento de novos materiais, faltam estudos utilizando esses dois materiais em mistura para melhorar o comportamento mecânico e reativo de solos residuais argilosos compactados. Essas misturas podem ser aplicadas em barreiras impermeabilizantes de aterros sanitários, por exemplo, e sujeitas ao contato com contaminantes ácidos provenientes da disposição de resíduos ou rejeitos. Essas barreiras podem prevenir a degradação da sua microestrutura e impedir a migração de contaminantes para o subsolo22.

Este artigo preenche essa lacuna comparando a cal de casca de ovo com RHA com a cal comercial de RHA como ligantes alternativos para a estabilização do solo. Um planejamento experimental foi realizado para investigar fatores que poderiam influenciar significativamente a reatividade de misturas de solo argiloso-CCA-cal. Além disso, foram realizadas caracterização da cinza de casca de arroz, ensaio de resistência à compressão simples, desempenho ambiental, análises químicas e mineralógicas nas misturas.