2.1 Pó de mármore como substituto parcial do cimento.

O pó de mármore possui alto teor de Carbonato de Cálcio (CaCO₃), que pode ser adicionado a argamassas e concretos à base de cimento Portland para aumentar a vida útil, funcionando como preenchedor de poros (^{Singh et al. (2017}).

Outros autores, ao contrário, pensam que a substituição parcial do CaCO₃ produz modificações químicas, que se traduzem em alterações nas propriedades mecânicas e físicas do cimento (Tobón & Kazes Gómez, 2008). Adições entre 3 e 5% de pó de mármore foram feitas às pastas de cimento Portland, e seu comportamento mecânico não mudou.

^{El-Sayed, Farag, Kandeel, Younes e Yousef (2016)} substituíram 3, 4 e 5% do peso do cimento por pó de mármore, observando que, devido à alta presença de carbonato de cálcio, não afetou as propriedades do cimento. Com as pastas de cimento endurecidas, foram realizados ensaios de compressão nas idades de 1, 3, 7, 14 e 28 dias, observou-se que as resistências aumentaram proporcionalmente a idade de cura de 1 a 28 dias, conforme mostra a Figura 1.

Foi demonstrado que o corpo de prova com 5% (M5) de pó de mármore, após 28 dias de cura, obteve a mesma resistência à compressão que a amostra controle de cimento Portland comum sem adições.

As demais amostras com 3 e 4% de substituição de cimento por pó de mármore apresentam menor resistência à compressão em relação a M5 e M0.

Com isso, a utilização do pó de mármore na indústria cimenteira torna-se viável devido aos benefícios econômicos e ecológicos que o aproveitamento do resíduo representa.

^{Singh, et al., (2017)}, menciona que o pó de mármore possui alto teor de Carbonato de Cálcio (CaCO₃) e isso ajuda a aumentar a vida útil das pastas e concretos à base de cimento, enquanto Tobón & Kazes Gómez, (2008) mencionam o oposto. ^{El-Sayed, Farag, Kandeel, Younes e Yousef (2016)} mostram que a substituição do cimento por pó de mármore em pequenas quantidades não afeta a resistência à compressão.

Esses trabalhos mostram que a resistência à compressão dos corpos de prova não é afetada quando no máximo 5% de pó de mármore substitui o cimento. Observa-se nos gráficos dos resultados dos ensaios que o aumento da resistência é semelhante nos corpos de prova que possuem pó de mármore e nos que não possuem.

2.2 Pó de mármore e sua aplicação em argamassas.

As argamassas à base de cimento Portland são um dos materiais compósitos mais utilizados na construção civil, sendo o cimento o material de construção que mais gera poluição de CO₂ ao meio ambiente em seu processo de fabricação. Por isso, pesquisadores realizaram estudos experimentais substituindo parcialmente o cimento por pó de mármore para reduzir o uso de clínquer.

^{Corinaldesi, Moriconi e Naik (2010}) substituíram 10% do cimento por pó de mármore de uma amostra de referência e em uma segunda opção substituíram 10% do agregado miúdo da argamassa (areia), conforme apresentado na Tabela 1. Foram moldadas 3 barras de 40 x 40 x 160 mm de cada mistura, das quais foram obtidos cubos de 40 mm de lado, para realizar ensaios de compressão aos 3, 7, 28 e 56 dias de cura.

Os resultados obtidos são apresentados na Figura 2, observa-se que a mistura com substituição de 10% de cimento por pó de mármore apresentou redução na resistência à compressão. No entanto, o pó de mármore utilizado em substituição a 10% de areia, obteve maior resistência do que a mistura com substituição do pó de mármore por cimento.

^{Li G. L. et al (2019}), propõem a substituição por pó de mármore em duas opções para argamassa à base de cimento. A primeira proposta é a substituição parcial do cimento na mistura, sem alterar a relação água-cimento (a/c), e uma segunda em que é substituída uma parte do cimento e da água necessária para a fabricação da argamassa, alterando a relação a/c.

Primeiramente, para cada mistura de argamassa, o volume de pasta (volume de água, cimento, expresso em porcentagem do volume de argamassa) mais o volume de pó de mármore (expresso em porcentagem do volume de argamassa) foi fixado em 60%.

O pó de mármore foi ajustado para 0, 5, 10, 15 e 20% e o respectivo volume de pasta foi ajustado para 60, 55, 50, 45 e 40%, para adicionar cada uma das misturas aos 60% previamente ajustados. O volume do agregado miúdo foi fixado em 40% do volume total da argamassa (Figura 3). Para a segunda proposta, o pó de mármore substituiu 0, 5, 10, 15 e 20% do volume do cimento, que foi fixado em 100, 95, 90, 85 e 80%.

É importante ressaltar que o volume da água na mistura permanece constante (Figura 4). Com cada uma das misturas foram fabricados 3 cubos de 100 mm de cada lado, após 28 dias de cura, foram realizados os ensaios de resistência à compressão.

Os ensaios mostraram que na argamassa com substituição de pasta (cimento e água) com relação a/c de 0,40 e aumentando o volume do pó de mármore de 0% para 20%, a resistência do cubo aumentou de 607,75 para 730,12 kg/cm², na relação a/c de 0,55, a resistência à compressão aumentou de 402,79 para 543,51 kg/cm².

Nas misturas de argamassa onde o cimento foi substituído apenas parcialmente por pó de mármore de 0 a 5% e com relação a/c de 0,40, a resistência do cubo aumentou de 607,75 para 610,81 kg/cm², e o volume de pó aumentou. de 0% para 20% apresentou uma diminuição da resistência à compressão de 607,5 para 488,44 kg/cm².

No mesmo caso, mas com relação a/c de 0,55, e substituindo 0 a 10% do cimento por pó de mármore, a resistência aumentou de 402,79 para 411,97 kg/cm², e com a substituição de 0% para 20% o cubo a resistência diminuiu de 402,79 para 344,66 kg/cm².

No trabalho realizado por ^{Yamanel et al. (2019}) fizeram argamassas substituindo 0, 5, 10, 15 e 20% do cimento por pó de mármore, e fabricaram prismas de 40 x 40 x 160 mm, curados por 28 dias, antes de realizar os ensaios mecânicos e de durabilidade as amostras (Tabela 2).

Após 28 dias de cura, a resistência à compressão das misturas afetadas a 5, 10, 15 e 20% é inferior à da mistura sem substituição de cimento.

Após 90 dias de cura, a mistura com substituição de 5% do pó de mármore pelo cimento aumentou a resistência à compressão, ainda mais do que a mistura sem pó de mármore (Figura 5).

^{Toubal Seghir, N., et al. (2019}), fabricaram argamassas com proporções de 3:1 areia-cimento, e substituídas em teores de 0%, 5%, 10% e 15% do peso de cimento na argamassa, por pó de mármore. Foi mantida uma relação água/cimento de 0,5 (constante). Os ensaios de resistência à compressão foram feitos com cubos de 50 mm das argamassas, e foram ensaiados aos 3, 7, 28 e 65 dias. As amostras foram curadas ao ar livre, este estudo ofereceu os seguintes resultados: Todas as amostras com até 15% de substituição obtiveram uma resistência à compressão menor que a amostra sem pó de mármore, essa diminuição é atribuída à falta de cura, o que causou vazios e microfissuras dentro das amostras, bem como uma redução na densidade das amostras.

Corinaldesi, Moriconi e Naik (2010) mostram que a substituição do cimento por pó de mármore afeta a resistência à compressão e quando o pó de mármore é substituído por areia não é afetado. Li G. L. et al (2019), mostram que o aumento na substituição do pó de mármore por cimento diminui a resistência à compressão e quando a substituição é menor, a resistência é mantida ou aumentada. ^{Toubal Seghir, N., et al. (2019}) mostra que para se ter bons resultados em resistência à compressão é necessário que haja boa cura dos corpos de prova.

Quando o pó de mármore é substituído pelo cimento nas argamassas, na maioria dos casos há diminuição da resistência à compressão, principalmente nas relações água/cimento inferiores a 0,5. Quando a relação água/cimento aumenta, a resistência à compressão das amostras também aumenta. Outro fator importante na resistência das amostras é a cura, menciona-se que quando as amostras não são curadas, a resistência em idades precoces é baixa.

2.3 Concreto com pó de mármore.

2.4 Pó de mármore, concreto, argamassa e superplastificantes.

Aditivos redutores de água (plastificantes) e redutores de água de alto rendimento (superplastificantes) contribuem para o aumento da durabilidade e proporcionam uma redução na quantidade de água em pelo menos 5%, diminuindo a relação a/c, e os superplastificantes, em pelo menos 12 % e até 40%.

Corinaldesi, Moriconi e Naik (2010) em uma amostra de referência, substituíram 10% de cimento por pó de mármore e em uma segunda opção substituíram 10% de areia; além disso, foi adicionado um aditivo superplastificante de base acrílica na proporção de 0,5% do peso do cimento, conforme apresentado na Tabela 6.

Três cubos obtidos a partir de barras de 40 x 40 x 160 mm de cada traço foram fabricados para realizar ensaios de compressão aos 3, 7, 28 e 56 dias de cura.

As duas amostras relataram maior resistência à compressão em idades precoces. Aos 28 dias de idade, a amostra de referência obteve maior resistência, porém, o uso do plastificante proporcionou um aumento na resistência à compressão em relação ao estudo realizado sem aditivo. (Figuras 2 e 11).

Em suma, quando um superplastificante é usado no concreto, obtém-se um aumento na resistência à compressão. Pode-se dizer que o pó de mármore pode ser substituído por cimento em quantidade superior a 10% e para compensar a resistência, é aplicado um superplastificante.

2.5 Estudos experimentais prévios para fazer tijolos com pó de mármore.

^{Santos, Villegas e Betancourt (2012)} realizaram um estudo propondo uma série de dosagens com base no pó de mármore, a quantidade de cimento nas amostras variou e a quantidade de água não se alterou (Tabela 7).

Foram confeccionados corpos de prova de 15 cm de altura e 7,5 cm de diâmetro, além de cubos de 5 cm. Eles concluíram que a forma dos tijolos não afetou os resultados.

Os resultados mostram que há uma influência importante na resistência com o aumento de 8 para 11% do cimento, mas em um percentual maior que 11% não há aumento da resistência.

Os resultados mostram que a absorção não mudou dependendo da quantidade de cimento.

^{Morales-Olán, et al.(2015}) propõem a fabricação de um bloco com seção de 14 x 20 x 40 cm, feito com pó de mármore, adição de tepezil, cimento e água. A dosagem é apresentada na Tabela 8. As misturas foram compactadas por meio de vibração e prensagem e submetidas a um processo de secagem ao sol por 48 horas.

Os resultados obtidos no ensaio de absorção de água mostram que: a amostra 1 absorve menos água que a amostra 2, em termos de ensaios de resistência à compressão, eles relatam um melhor desempenho da amostra 1 em relação à amostra 2, conforme mostrado na Tabela 9.

Com os resultados apresentados, a amostra 1 atende as características necessárias indicadas na NMX-C-441-ONNCCE-2013 para funcionar como material de construção para uso não estrutural.

Outro estudo realizado para a fabricação de tijolos com pó de mármore foi realizado por Nevárez e Rangel (2014). A Tabela 10 mostra a dosagem utilizada para fazer os tijolos de referência, curados da forma tradicional e saturados com água. As Tabelas 11 e 12 relatam os resultados dos ensaios de compressão do tijolo, com duas opções para a quantidade de cimento, 12 e 15%.

Uma pré-carga de 100 kg/cm² foi aplicada a todas as amostras durante o processo de preenchimento do molde por um minuto, mas o autor não explica o processo de pré-carga em seu documento.

Para o caso de 12% de cimento nas amostras, conclui-se que a maior resistência à compressão ocorre nas idades precoces, ou seja, aos 7 dias, enquanto para as idades de 14 e 28 dias a resistência diminui em comparação com 7 dias, mas a magnitude se mantém entre 14 e 28 dias. Para o caso de 15% de cimento, a resistência à compressão diminui em comparação com as amostras de 12% na idade de 7 dias, mas nas idades de 14 e 28 dias aumenta, o que indica que para a quantidade de cimento em pequenas percentagens a resistência aumenta em idade precoce e porcentagens mais altas aumentam a resistência em idades avançadas.

Betancourt et al (2015) confeccionaram um tijolo com Cimento Portland Compósito tipo I, água potável, areia de rio e pó de mármore, a fim de observar o comportamento de diferentes proporções e formas das amostras, cubos de 5 x 5 x 5 cm, corpos de prova de 7,5 de diâmetro e 15 cm de altura e pastilhas de 5 x 10 cm; os resultados dos ensaios de compressão são apresentados nas Tabelas 13, 14 e 15, respectivamente.

As Tabelas 13, 14 e 15 apresentam os resultados de resistência à compressão de cubos, cilindros e pastilhas feitos com pó de mármore em seu maior percentual. As tabelas mostram apenas os percentuais de cimento, areia e água e o percentual que falta para chegar a 100% em cada peça é o que corresponde ao pó de mármore.

Os elementos com maior quantidade de cimento apresentaram melhores resultados de compressão. A forma do elemento não influencia significativamente os resultados. Em relação aos resultados da Tabela 15, observa-se que, ao adicionar areia e comprimir a amostra, a resistência à compressão aumenta (Betancourt Chávez, et al., 2015).

Para as dosagens anteriores, considerou-se que, a partir do peso do pó de mármore a ser utilizado, foram utilizadas as porcentagens de cimento, cal, areia e água conforme indicado nas tabelas 13, 14 e 15.

Na primeira mistura é adicionada areia de rio, na segunda mistura areia de rio é substituída 100% por areia de calcário triturada (AT), a terceira mistura areia de rio é substituída 100% por areia de sílica (S), a seguinte mistura com 66% de sílica areia e o restante do agregado com areia de rio (SR), na última mistura com 66% de areia de rio e o restante com areia de sílica (RS). Os resultados da compressão aos 28 dias de cura, de acordo com cada mistura, são apresentados na Figura 12.

Com os resultados apresentados, a mistura AT apresentou melhor comportamento de compressão (Figura 12), mas não possui resistência suficiente para funcionar como tijolo estrutural segundo a norma NMX-C-404-ONNCCE-2012.

No Paquistão, ^{Khan, et al (2021}) analisaram o comportamento do tijolo de barro com a substituição parcial do pó de mármore em percentuais de 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% e 30%.

Três diferentes fábricas de tijolos da região participaram do estudo; os resultados obtidos foram semelhantes em cada uma das empresas participantes. Foram realizados ensaios de eflorescência, condutividade térmica, resistência à compressão, porosidade, absorção e densidade.

A densidade dos tijolos na amostra original sem pó de mármore foi de 1,55 g/cm³, e diminuiu à medida que a porcentagem de substituição aumentou até atingir 30% com densidade de 1,27 g/cm³. As amostras não apresentaram eflorescência. A porosidade das amostras também aumentou de acordo com o percentual de substituição do pó de mármore, de 12,6% para 52,71%, isso devido à liberação de Dióxido de Carbono (CO₂), além de Óxido de Cálcio (CaO), sendo expansível na amostra, portanto, também se reflete um aumento na absorção de amostras de 18% para 36%. Dado o aumento da porosidade nos tijolos, a resistência à compressão também é bastante afetada, diminuindo a resistência à compressão de 18,06 MPa para 4,83 MPa. ^{Khan et al (2021}) comentam que as normas turcas e europeias indicam que um tijolo de barro deve ter uma resistência mínima de 7 MPa, para que uma substituição de até 20% de pó de mármore por barro atenda às normas de resistência. Devido ao aumento da porosidade dos tijolos, a condutividade térmica diminuiu de 0,99 para 0,86 W/mK, e conclui-se que com este resultado as peças funcionariam como isolante térmicas.

^{Santos, Villegas, Betancourt (2012)} e ^{Khan et al (2021}) encontraram bons resultados na resistência à compressão de tijolos em baixos níveis de substituição do pó de mármore e em percentuais maiores a resistência diminui, Morales-Olán, et al ( 2015) mostram resultados onde o pó de mármore é combinado com a adição de Tepezil e mostra-se que quanto maior a substituição do pó de mármore, maior a resistência. Nevárez e Rangel (2014) apresentam altas resistências à compressão em seus tijolos desde que haja uma pré-carga na fabricação dos tijolos, Betancourt et al (2015) constataram que a resistência à compressão das amostras é proporcional à quantidade de cimento, que ou seja, quanto maior o cimento, maior a resistência. Moreno et al (2020) em suas pesquisas utilizaram diferentes tipos de areia, resultando na areia calcária com melhor desempenho.

Como conclusão desta seção, determina-se que os tijolos de pó de mármore podem ser usados como elementos não estruturais e como isolantes térmicos.