EVOLUÇÃO DO CIMENTO PARA O MEIO AMBIENTE

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No dia 08 de agosto celebramos o Dia de Sobrecarga da Terra. Isso significa que todos os recursos produzidos pelo planeta para o ano todo já foram consumidos pelo homem
Esse cálculo, feito desde 2000, é como se fosse um termômetro que avalia o nível de degradação do planeta Terra. Quem faz essa medição é a Global Footprint Network, usando como base dados dos próprios países, da ONU, da Agência Internacional de Energia e também da Organização Mundial do Comércio (OMC).
Os dados mostram que o tamanho da população e o consumo global estão além da capacidade da natureza de prover recursos. Com isso, uma série de problemas se tornam mais evidentes na Terra, entre eles o desmatamento de florestas, perda de biodiversidade, a erosão do solo e o acúmulo de dióxido de carbono da atmosfera.
 13º SIMPÓSIO INTERNACIONAL 2016 
 O PLANETA PEDE AJUDA
TEMA
 EVOLUÇÃO DO CIMENTO PARA O MEIO AMBIENTE
 
APRESENTAÇÃO: EVANILDO M.VIEIRA
 COLABORAÇÃO: PROF(A) JULIANE BERNARDI
 7ª ETAPA DE ENGENHARIA CIVIL UNAERP GUARUJÁ S.P
 2010; Estatística Ambiental Global
A cada ano, cerca de 1,7 bilhão de toneladas de cimento Portland são produzidas no mundo, um espantoso total de cerca de 250 quilos por habitante do planeta. 
Para cada tonelada de cimento Portland que emerge dos fornos, cerca de uma tonelada de CO2 escapa para a atmosfera. A produção de cimento é responsável por cerca de 7% das emissões artificiais totais de dióxido de carbono no mundo, um número que sobe para além dos 10% em países que se vêm desenvolvendo rapidamente, como a China, que atualmente produz uma em cada três toneladas de cimento empregadas no mundo.
Problemas ambientais
As fábricas de cimento são consideradas grandes poluidoras.
Durante o processo de extração do calcário de pedreiras podem ocorrer desmoronamentos e erosões devido às vibrações produzidas no terreno ou pelo abandono de pedreiras já muito exploradas. Também são emitidos gases poluentes. Já a extração de argila em rios causa aprofundamento desses cursos d’água, diminuindo a quantidade de água nos leitos e atrapalhando os habitats ali existentes, o que diminui a biodiversidade da região.
Além de consumir 2% de toda a energia global, as cimenteiras também são responsáveis por 5% da emissão de dióxido de carbono (CO2) de todo o mundo (na produção de uma tonelada de clínquer, é produzido uma tonelada de CO2), contribuindo em grande parte para o aumento do efeito estufa. Liberam também óxido de enxofre, óxido de nitrogênio, monóxido de carbono e compostos de chumbo, todos eles poluentes.
2010; Cimento Alternativo  
Desenvolvido um cimento alternativo para ser utilizado na produção de fibrocimento.
O produto poderá substituir em até 80% o cimento portland, que é usado na composição do fibrocimento, como aglomerante.
Durante os testes, o fibrocimento alternativo mostrou maior durabilidade e menor custo, além de ser menos agressivo ao meio ambiente.
Cimento magnesiano
"O material não será produzido para utilização em fins estruturais, mas sim para elementos construtivos ou artefatos, como telhas e painéis de fechamento",
A base do novo produto, são compostos de óxido de magnésio.
"O cimento à base de óxido de magnésio, chamado de cimento magnesiano, começou a ser estudado por volta de 1867. Contudo, devido ao seu alto custo, a utilização ficava inviável". O óxido de magnésio é usado principalmente na produção de materiais refratários. Adição de algumas cargas minerais ao óxido de magnésio acabaram por reduzir o custo. "Conseguimos então um produto que, na composição do fibrocimento, pode substituir por completo o cimento portland", garante o pesquisador.
 
A característica menos agressiva ao meio ambiente fica por conta do processo de produção do cimento alternativo, o produto é menos alcalino que o cimento tradicional. "Verificou-se ser possível menores emissões de carbono durante a produção. Ao mesmo tempo, o produto consegue capturar mais carbono do meio ambiente“.
Outra vantagem é em relação à “cura final”, ou seja, quando o material atinge a secagem e ponto de resistência ideais. Enquanto o fibrocimento com cimento alternativo atinge o ponto ideal (cura) em cerca de 40 minutos, o produto feito com o cimento portland atinge sua cura somente em torno de 28 dias depois
2010; Cimento Alternativo 
 Placas refratária blocos telhas...
2010; Cimento Alternativo 
O cimento magnesiano poderá substituir em até 80% o cimento portland, que é usado na composição do fibrocimento para telhas, painéis e blocos...
2011;Concreto com menos cimento reduz impacto ambiental 
Concreto resistente e barato
A produção de concreto de alta resistência, com menor impacto ambiental e custo reduzido acaba de ser obtida.
“O objetivo é buscar a tecnologia que possibilitasse um concreto autoadensável, com baixo consumo de cimento Portland, e de alta resistência”
Resistência do concreto
Foram utilizados modelos teóricos e práticos de distribuição granulométrica dos tamanhos de partículas para a composição do concreto, além de um aditivo superplastificante composto por policarboxílicos, que permite que o concreto se torne mais fluido sem adicionar muita água, e de adições minerais correspondendo a 10% da massa de cimento Portland adicionado.
Em geral, a recomendação de uso de altas quantidades de cimento Portland ocorre devido à necessidade de alta resistência do concreto, por exemplo, em pilares de edifícios altos ou em peças de sustentação em grandes vãos.
2011; Concreto com menos cimento reduz impacto ambiental 
Porém, altas quantidades de cimento aumentam o calor de hidratação, ocasionado pela reação química entre o cimento e a água. Este calor, quando liberado, atua aumentando a temperatura do concreto, que se expande e acaba por ter maior propensão a rachar, o que implica na diminuição da resistência mecânica e na possibilidade de penetração de água ou infiltração de umidade do meio ambiente.
Na produção de concreto, 90% do CO2 vem da fabricação do cimento Portland
Redução do impacto ambiental
O maior problema quanto ao uso do cimento Portland em altas porcentagens é que atribui à produção de concreto a característica de vilã ambiental, pois implica na produção de 90% de gás carbônico da indústria de concreto.
O pesquisador explica que, "a intenção era produzir um concreto que utilizasse apenas 350 quilos por metro cúbico (kg/m³) do cimento Portland, bem menos do que os 500 Kg/m³ de um concreto tradicional. Mas os resultados encontrados foram até melhores, porque mais baixos, chegaram a apenas 325 kg/m³."
Esta redução na quantidade de cimento sinaliza a possibilidade da diminuição da produção de cimento e, consequentemente, a diminuição de emissão de gás carbônico e menor impacto ambiental. Além do barateamento da produção de concreto".
2011;Concreto com menos cimento reduz impacto ambiental 
Concreto com fibras e lã de rocha
A mais na composição, diferenciando-se de um concreto tradicional, foram utilizadas fibras de poliamida ou lã de rocha.
Os resultados foram melhores do que os esperados, pois "em um concreto tradicional, em caso de incêndios, a água que permeia o concreto se expande em forma de gás e há a possibilidade de explosão.
Porém, havendo a fibra de poliamida, esta derrete formando canalículos que acabam por auxiliar na liberação do vapor, diminuindo a possibilidade de explosão." 
Já ao se adicionar lã de rocha, a surpresa foi ainda maior porque "apesar de não contribuir para diminuir a possibilidade de explosão do concreto em situações de incêndio, observou-se que esse tipo de fibra contribui para aumentar a resistência à abrasão do concreto, ou seja, diminuir a possibilidade de erosão.
Este resultado indica que concretos com esse tipo de fibra podem ser uma boa opção para aplicá-los em pavimentos", acrescenta o pesquisador.
Concreto autoadensável
Um dos processos durante a produção do concreto é denominado vibração, ela é essencial para a retirada de ar aprisionado da massa e também para tornar o concreto mais homogêneo ao preencher as fôrmas e envolver as armaduras.
O concreto obtido por meio do estudo "é autoadensável e não necessita ser vibrado para que tome forma, ele acaba por se moldar às formas com o próprio peso."
A ausência da vibração elimina uma etapa da moldagem do concreto o que consequentemente gera redução do tempo de construção e do custo de fabricação.
2012; Reciclagem do concreto e cimento utilizando raio;
                 
Emissões concretas.
Milhares de caçambas trafegam todos os dias pelas grandes e pequenas cidades do mundo todo, levando para descarte milhões de toneladas de pedaços de concreto retirados de obras e demolições.
O impacto sobre o meio ambiente, e o custo das novas construções, seriam muito menores se fosse possível reciclar esse concreto.
Para se ter uma ideia do impacto das emissões de CO2 geradas pela produção de cimento, basta ver que a produção de uma tonelada de cimento libera de 650 a 700 quilogramas de dióxido de carbono.
Isto significa que de 8 a 15 por cento da emissão anual global de CO2 é devida unicamente à fabricação de concreto.
E, até hoje, não existe uma solução ideal para a reciclagem do concreto descartado.
O que existe hoje é o chamadodowncycling, com a reutilização de uma parte do material em aplicações menos nobres, cuja qualidade deteriora a cada reutilização.
2012; Reciclagem do concreto e cimento utilizando raio;
Uma técnica explosiva criada por pesquisadores russos nos anos 1940,
era eliminar o maior problema de todas as tentativas feitas até agora de reciclar o concreto e o cimento: a enorme quantidade de poeira gerada na moagem do material.
Além disso, seu interesse é obter de volta as partículas de brita incorporadas no concreto, e reutilizá-las sem perda de qualidade, para o que a moagem não é uma solução adequada, só que depois foi abandonado: a fragmentação eletrodinâmica.
Esta técnica permite que concreto seja dividido em seus componentes individuais - agregado e cimento.
Para alcançar esses objetivos, reviveu-se um método desenvolvido por cientistas russos na década de 1940, 
2012;Reciclagem do concreto e cimento utilizando raio;
2012;Reciclagem do concreto e cimento utilizando raio;
Força dielétrica
O método de "desmontagem" do concreto consiste em uma autêntica tempestade de raios, rompendo o concreto com descargas elétricas.
"Normalmente um raio prefere viajar através do ar ou da água, e não através de sólidos. Mas, para que o raio exploda o concreto, é necessário garantir que ele atinja e penetre no aglomerado.
Mais de 70 anos atrás, cientistas russos descobriram que a força dielétrica, isto é, a resistência de um fluido ou sólido a um impulso elétrico, não é uma constante física, mas varia com a duração do raio.
"Com uma descarga extremamente curta - menos de 500 nanossegundos - a água atinge imediatamente uma força dielétrica mais alta do que a maioria dos sólidos.
Isto significa que, se o concreto estiver imerso em água e for atingido por uma descarga de 150 nanossegundos, o raio vai correr através do sólido, e não através da água.
2012;Reciclagem do concreto e cimento utilizando raio;
Fragmentação eletrodinâmica
Esta é a essência do método.
No concreto, o raio corre ao longo do caminho de menor resistência, a fronteira entre os componentes que o formam, ou seja, entre o cascalho e o cimento.
O primeiro impulso enfraquece mecanicamente o material. Em seguida, forma-se um canal de plasma no concreto que cresce durante alguns milésimos de segundo, produzindo uma onda de pressão de dentro para fora.
"A força dessa onda de pressão é comparável com uma pequena explosão", O concreto é dilacerado e dividido em seus componentes básicos, estando todos prontos para reúso.
No experimento em escala de laboratório, os pesquisadores já conseguem processar uma tonelada de resíduos de concreto por hora.
"Para trabalhar de forma eficiente, o objetivo é atingir um processamento de pelo menos 20 toneladas por hora,".
Segundo ele, a expectativa é que, dentro de dois anos, o sistema possa estar operando em escala industrial, pronto para lançamento no mercado.
2013;Brasileiros revolucionam fabricação do cimento
Estima-se que para cada tonelada de clínquer são emitidos entre 800 e 1.000 quilos de CO2, incluindo o CO2 gerado pela decomposição do calcário e pela queima do combustível fóssil (de 60 a 130 quilos por tonelada de clínquer)",
A carga é uma matéria-prima à base de pó de calcário que dispensa tratamento técnico (calcinação), processo que, na fabricação do cimento, é responsável por mais de 80% do consumo energético e 90% das emissões de CO2.
2013; Brasileiros revolucionam fabricação do cimento; 
Em 17/04/2013 , Foi desenvolvido uma nova técnica para a fabricação de cimento combinando matérias-primas simples com ferramentas e conceitos avançados na gestão do processo industrial.
O resultado pode ser uma revolução mundial na indústria cimenteira. O novo processo industrial permitirá dobrar a produção mundial de cimento sem precisar construir novos fornos e, portanto, sem aumentar as emissões de gases de efeito estufa.
O cimento Portland tradicional é composto basicamente por argila e calcário, substâncias que, quando fundidas em um forno sob altas temperaturas, transformam-se em pequenas bolotas chamadas clínquer.
Esses grãos de clínquer são moídos com o mineral gipsita (matéria-prima do gesso) até virarem pó.
"Estima-se que para cada tonelada de clínquer são emitidos entre 800 e 1.000 quilos de CO2, incluindo o CO2 gerado pela decomposição do calcário e pela queima do combustível fóssil (de 60 a 130 quilos por tonelada de clínquer)".
"A indústria busca alternativas para aumentar a ecoeficiência do processo substituindo parte do clínquer por escória de alto-forno de siderúrgicas e cinza volante, resíduo de termelétricas movidas a carvão. O problema é que a indústria do aço e a geração de cinza crescem menos que a produção de cimento, o que inviabiliza essa estratégia a longo prazo".
                                                           
2013; Brasileiros revolucionam fabricação do cimento
Carga bem distribuída
A nova tecnologia consiste basicamente em aumentar a proporção de carga (filler) na fórmula do cimento Portland, adicionando dispersantes orgânicos que afastam as partículas do material e possibilitam menor uso de água na mistura com o clínquer.
A carga é uma matéria-prima à base de pó de calcário que dispensa tratamento técnico (calcinação), processo que, na fabricação do cimento, é responsável por mais de 80% do consumo energético e 90% das emissões de CO2.
A fórmula para calcular a quantidade de carga no cimento é usada desde 1970, estabelecendo que a quantidade do material de preenchimento não poderia ser alta porque havia o risco de comprometer a qualidade do produto.
Os pesquisadores brasileiros descobriram que isto não é verdade.
"Em laboratório, foi possível chegar a teores de 70% de filler, sendo que atualmente ele está entre 10% e 30%". "Com isso será possível dobrar a produção mundial de cimento sem construir mais fornos e, portanto, sem aumentar as emissões".
2013; Brasileiros revolucionam fabricação do cimento
A solução veio da matemática, mais especificamente de estudos que, muitas vezes, parecem teorias sem qualquer ligação com a praticidade do mundo industrial.
"A tecnologia é baseada em modelos de dispersão e empacotamento de partículas que possibilita organizar os grãos por tamanho, favorecendo a maleabilidade do cimento”. "Por meio da reologia, ramo da ciência que estuda o escoamento dos fluidos, obteve-se misturas fluidas com baixo teor de clínquer e outros ligantes como a escória. Também foi possível reduzir a quantidade de cimento e água utilizados na produção de concreto, sem perda da qualidade".
"O estudo atual mostrou que é possível mudar a forma como se fabrica
cimento, concretos e argamassas". "Agora é preciso desenvolver uma tecnologia de moagem sofisticada em escala industrial."
Em 2015, os recursos naturais disponíveis para os 365 dias do ano se esgotaram no dia 13 de agosto. Vale lembrar que na primeira vez que essa medição foi realizada, em 2000, os recursos da Terra se esgotaram no dia 04 de outubro. Alguns cálculos retroativos também foram feitos e, em 1970, o Dia de Sobrecarga da Terra caiu em 23 de dezembro.
2015;Cimento e concreto ficam mais verdes e mais fortes
A análise do concreto em nível atômico permitiu aumentar sua resistência e reduzir a emissão de CO2 a menos da metade
2015; Emissões do cimento
O cimento e o concreto são os materiais de construção mais usados em todo o mundo.
Apesar de produzirem um material eficiente e barato, contudo, as cimenteiras são responsáveis por quase um décimo das emissões de gases de efeito estufa geradas por toda a indústria.
Agora, uma nova técnica permite não apenas reduzir essas emissões a menos da metade, como também produzir um cimento mais forte e mais durável.
Como o cimento é fabricado
O cimento é fabricado cozinhando um material rico em cálcio - geralmente calcário - misturado a um material rico em sílica - geralmente argila - a temperaturas de 1.500 graus Celsius, produzindo uma massa dura chamada clínquer.
Depois de sair do forno e esfriar, esse clínquer é moído até se transformar em pó - o cimento.  
2015; Emissões do cimento
No cimento comum, a proporção cálcio/sílica varia entre 1,2 e 2,2, com 1,7 sendo aceito como o padrão da indústria. Mas as estruturas moleculares resultantes de cada proporção nunca haviam sido comparadas em detalhe.
A nova análise sugere que a redução da proporção de cálcio em relação à sílica produz um concreto mais forte e reduz muito as emissões de CO2 durante todo o processo, já que essas emissões são geradas sobretudo pela descarbonatação do calcário.
Como o cimento deverá ser produzido
A mistura ideal de cálcio e sílica deve ficar em uma relação de 1,5 porque, nesse ponto, o material pode atingir "duas vezes a resistência do cimento normal em termos de resistência mecânica à fratura". Conforme a proporção dos dois materiais varia, a estrutura molecular do clínquer passa de uma estrutura cristalina altamente ordenada para uma estrutura desordenada, do tipo vítrea.
Como o material produzido na relação 1,5 tende mais à estrutura vítrea do que à estrutura cristalina, os pesquisadores afirmam que o concreto será mais resistente a fraturas porque "não há tensões residuais no material".
2016; Cimento sem água é mais barato e emite menos CO2
Cimento carbonatado
Se for amplamente adotada, uma nova abordagem para a fabricação de cimento poderá reduzir significativamente as emissões de gases de efeito estufa, diminuir o consumo de água e ajudar a lidar com o aquecimento global - além de produzir um concreto mais durável e de custo mais baixo.
Os pedreiros vão estranhar bastante, porque o novo tipo de cimento ganha resistência através da carbonatação, e não da sua mistura com água.
"Em vez de cimento que reage com água, este cimento carbonatado reage com dióxido de carbono e silicato de cálcio.
"À primeira vista este novo produto se parece com o concreto convencional, mas ele tem propriedades que devem fazê-lo durar mais tempo em algumas aplicações. Além disso, seu uso poderia reduzir as emissões de dióxido de carbono, que é um objetivo importante da indústria do cimento," 
Cimento de silicato de cálcio carbonatado
O novo material foi batizado de "cimento de silicato de cálcio carbonatado", ou CCSC (Carbonated Calcium Silicate-based Cement).
O novo cimento está pronto para ser usado em produtos de concreto pré-moldados, que podem ser criados em uma fábrica e transportados para onde serão usados. Um uso mais generalizado poderá demorar mais tempo, já que a carbonatação exige um aparato mais complicado do que uma mangueira jorrando água sobre a massa - como botijões com CO2 sob pressão.
2016;Cimento sem água é mais barato e emite menos CO2
Foi demostrado que o material é mais resistente à degradação do que o concreto comum, inclusive em contato direto com sais usados para o degelo das estradas em países de clima frio, tais como cloreto de sódio e cloreto de magnésio.
O concreto - uma combinação de cimento, areia e brita - é um dos materiais de construção mais eficazes da história humana. Isto na verdade é parte do problema - o concreto funciona tão bem e tem tantos usos que são produzidas anualmente de 2 a 4 toneladas de concreto para cada pessoa na Terra, o que se acredita ser responsável por algo entre 5 e 8% de todas as emissões globais de dióxido de carbono.
Dia de Sobrecarga da Terra: chegamos ao limite
Habitantes precisaram de oito meses para consumir os recursos que o planeta produz para o ano todo
A conclusão da ONG que fez a medição é de que a humanidade precisa de 1,6 planeta Terra para atender a todas as suas demandas. Sem uma medida urgente para reverter a situação, antes de 2050 serão necessários dois planetas Terra.
Uma das saídas para mudar esse cenário é reduzir a emissão de gases em pelo menos 30%, conforme proposta levantada na COP 21. Dessa forma, o Dia de Sobrecarga da Terra poderá ser adiado para a segunda quinzena de setembro.
REFERÊNCIAS; 
SITE:
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/assuntos.php?assunto=material
2010; Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP; engenheiro civil Carlos Gomes, responsável pelo desenvolvimento;
2011; Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP. Tobias Pereira, que desenvolveu o trabalho em conjunto com o professor Jefferson Libório;
2012; Dr. Volker Thome, do Instituto de Física das Construções, em Holzkirchen, na Alemanha;
2013; Cientistas da Escola Politécnica da USP,  professor Vanderley John, um dos responsáveis pelo projeto;
2015; Combinatorial molecular optimization of cement hydrates;
M.J. Abdolhosseini Qomi, K.J. Krakowiak, M. Bauchy, K.L. Stewart, R. Shahsavari, D. Jagannathan, D.B. Brommer, A. Baronnet, M.J. Buehler, S. Yip, F.-J Ulm, K.J. Van Vliet, R.J-.M. Pellenq;
Nature Communications;
Vol.: 5, Article number: 4960;
DOI: 10.1038/ncomms5960
2016; professor Jason Weiss, da Universidade Estadual de Oregon, nos EUA;