ALKALI-ACTIVATED PASTE BASED ON BIOMASS ASH

PASTA ATIVADA POR ALCALIS À BASE DE CINZAS DE BIOMASSA

Authors

  • Iuri Veríssimo Mendonça UFC - UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
  • Mateus Ferreira da Silva UFC - UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
  • Marco Antônio Barbosa de Oliveira IFPA - INSTITUTO FEDERAL DO PARÁ
  • Antônio Eduardo Cabral Bezerra UFC - UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
  • Heloína Nogueira da Costa UFC - UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

DOI:

https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2025.v11.n2.177-188

Keywords:

Alkali activated materials, Binary pastes, Fly ash

Abstract

The increasing demand for sustainable alternatives in civil construction has spurred the development of cementitious materials with reduced environmental impact. In this context, alkali-activated materials have emerged as a promising solution, enabling the partial replacement of Portland cement with industrial by-products, such as biomass ash and fly ash. This paper investigates the use of biomass ash from the ceramic industry (CBA) and the cellulose industry (PBA), in binary mixtures with fly ash (FA), in the production of alkaline-activated cementitious pastes. Mini-slump, setting time, compressive strength, water absorption and scanning electron microscopy (SEM) tests were performed. CBA with a high calcium content (86.23%), showed greater reactivity and better mechanical performance in the pastes. In contrast, PBA, characterized by a high silica content (65.9%) and a low calcium content (6.54%), exhibiting higher compressive strength (30,66 MPa), but lower workability indices. The results demonstrate that these ashes are viable alternatives to Portland cement, contributing to sustainability and the circular economy by reusing industrial waste. However, the variability in ash properties requires strict control to ensure consistency and optimization of composites.

Author Biographies

  • Iuri Veríssimo Mendonça, UFC - UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

    Engenheiro Civil graduado pela Universidade Federal do Ceará (UFC), licenciado em Matemática pela Universidade Norte do Paraná (UNOPAR) e mestrando em Engenharia Civil: Construção Civil (Tecnologia de Materiais, Sistemas Construtivos) pela Universidade Federal do Ceará (UFC).

    LATTES: http://lattes.cnpq.br/5078834722221391

    ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4042-5463

  • Mateus Ferreira da Silva, UFC - UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

    Engenheiro Civil formado pela Univrsidade Federal do Ceará. 

    LATTES: http://lattes.cnpq.br/5815835278164388

    ORCID: https://orcid.org/0009-0004-9013-1780 

  • Marco Antônio Barbosa de Oliveira, IFPA - INSTITUTO FEDERAL DO PARÁ

    Graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Pará. Especialização em Engenharia de Segurança do Trabalho pela Universidade da Amazônia. MBA em Gerenciamento de Obras e Tecnologia das Construções pelo INBEC/Universidade Paulista. Mestrado em Construção Civil e Materiais pela Universidade Federal do Pará. Doutorado em Estruturas e Construção Civil pela Universidade Federal do Pará. Docente do Campus Belém do Instituto Federal do Pará. Detentor de registros de depósitos de patentes. 

    LATTES: http://lattes.cnpq.br/4210043039429704

    ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3876-9232

  • Antônio Eduardo Cabral Bezerra, UFC - UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

    Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Ceará (1997), mestrado em Engenharia Civil (Construção Civil) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2000), doutorado em Ciências da Engenharia Ambiental pela Universidade de São Paulo (2007), com estágio no exterior (Universiy of Technology, Sydney - Austrália) e estágio de pós-doutorado na Universitat Politècnica de Catalunya (UPC-Barcelona, Espanha, 2012). Atualmente é professor Associado do Departamento de Engenharia Estrutural e Construção Civil (DEECC) da Universidade Federal do Ceará (UFC). Atua no ensino de graduação em Engenharia Civil e no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil (PEC) da UFC, além de participar e coordenar vários projetos de pesquisa e de extensão. Tem experiência na área de Construção Civil, atuando principalmente nos seguintes temas: diagnóstico de manifestações patológicas em edificações, reparo e reforço do concreto armado, tecnologia de concretos e de argamassas de cimento Portland, cimento álcali-ativado, geopolímero, uso de materiais não convencionais na construção civil e gestão de resíduos sólidos da construção civil.

    LATTES:  http://lattes.cnpq.br/6399451844691825

    ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6394-1164

  • Heloína Nogueira da Costa, UFC - UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

    Engenheira civil graduada pela Universidade Estadual Vale do Acaraú (UVA), mestra em Engenharia Civil: construção civil e doutora em Engenharia e Ciência de Materiais pela Universidade Federal do Ceará (UFC). Professora adjunta da Universidade Federal do Ceará. Atua na área de materiais e sistemas construtivos, processos de produção e degradação de materiais de construção, cimentos ecoeficientes e geopolímeros.

    LATTES: http://lattes.cnpq.br/6756899731022566

    ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9960-2383

References

AGUIAR, Mariane Costalonga de; GADIOLI, Mônica Castoldi Borlini; SANT’ANNA, Maria Angélica Kramer; ALMEIDA, Kayrone Marvila de; GIORI, Ana Júlia Nali. Processos de fabricação de cerâmica vermelha. Série Tecnologia Ambiental. Rio de Janeiro: CETEM/MCTI, 2022. 53 p.

AL-KUTTI, Walid; ISLAM, A. B. M. S.; NASIR, Muhammad. Potential use of date palm ash in cement-based materials. Journal of King Saud University - Engineering Sciences, v. 31, n. 1, p. 26-34, 2019. DOI: 10.1016/j.jksues.2017.01.004. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1018363916300551. Acesso em: 15 jun. 2024.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13279: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação da resistência à compressão. Rio de Janeiro, 2005.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16607: Cimento Portland – Determinação dos tempos de pega. Rio de Janeiro, 2018.

BERNAL, S. A.; NICOLAS, R.S.; MYERS, R.J.; GUTIÉRREZ, R.M.; PUERTAS, F.; VAN DEVENTER, J.S.J.; PROVIS, J.L. MgO content of slag controls phase evolution and 175 structural changes induced by accelerated carbonation in alkali-activated binders. Cement and Concrete Research, v. 57, p. 33–43, 2014.

CASTRO, V. G. Cimento Portland. In: Compósitos madeira-cimento: um produto sustentável para o futuro [online]. Mossoró: EdUFERSA, 2021, p. 13-21. ISBN 978-65-87108-26-1. Disponível em: https://doi.org/10.7476/9786587108612.0002.

CIRINO, A. A. Desempenho de concretos avançados para a construção civil, formulados a partir do método de dosagem computacional. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://www.scielo.br/j/abcm/. Acesso em: 12 dez. 2023.

COSTA, Andressa Bianca da. Potencial pozolânico da cinza volante como material de substituição parcial de cimento. 2015. 67 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) – Centro Universitário UNIVATES, Lajeado, 2015

DAVIDOVITS, J. Geopolymer Chemistry and Applications. Institut Géopolymère, 2008.

KONG, Y.K.; KURUMISAWA, K. Fresh properties and characteristic testing methods for alkali-activated materials: A review. Journal of Building Engineering, 2023. DOI: 10.1016/j.jobe.2023.106830(KONG).

LUUKKONEN, T.; ABDOLLAHNEJAD, Z.; YLINIEMI, J.; MASTALI, M.; KINNUNEN, P.; ILLIKAINEN, M.. Alkali-activated soapstone waste: Mechanical properties, durability, and economic prospects. Journal of Cleaner Production, v. 206, p. 256-268, 2019. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.09.161.

MENDONÇA, IURI VERÍSSIMO. Caracterização e avaliação da atividade pozolônica das cinzas de biomassa residual de fornos da industria de cerâmica de Crateús. Repositorio.ufc.br, 2023.

OLIVEIRA, Marco Antonio Barbosa de. Aproveitamento de resíduos da indústria de celulose para produção de cimento Portland na Região Amazônica. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2023.

POGGIALI, Flávia Spitale Jacques; SOARES, M. M. N. S.; BEZERRA, Augusto Cesar da Silva; PÁDUA, Paula Gisele Lamezon; FIGUEIREDO, R. B.; AGUILAR, Maria Teresa Paulino; CETLIN, P. R. Desempenho de argamassas fabricadas com adição de cinza de bagaço de cana-de-açúcar. 57º Congresso Brasileiro de Cerâmica, 5º Congresso Iberoamericano de Cerâmica, Natal, RN, Brasil, 2013. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/312029336. Acesso em: 15 jun. 2024.

ROADMAP tecnológico do cimento: potencial de redução das emissões de carbono da indústria do cimento brasileira até 2050. Coord. por Gonzalo Visedo e Marcelo Pecchio. Rio de Janeiro: SNIC, 2019. 64 p.(Roadmap_Tecnologico_Cim…).

SILVA, Mábia Marelino Montalvão da; SILVA, Lays Xavier Da; SILVA, Milleny Almeida; DUARTE, Thainá Guimarães; OLIVEIRA, Ana Cláudia Alves de. Efeitos do dióxido de carbono na saúde e no meio ambiente. 2023. Trabalho acadêmico (Biomedicina) – Faculdade Alfredo Nasser, Aparecida de Goiânia, 2016.

SINDICATO NACIONAL DA INDÚSTRIA DO CIMENTO. Relatório anual 2021. Rio de Janeiro: SNIC, 2021. 57 p.(rel_anual_2021).

TEIXEIRA, Elisabete; CAMÕES, Aires; BRANCO, Fernando G. Incorporação de cinzas de biomassa como substituto do cimento em argamassas. In: II Congresso Luso-Brasileiro de Materiais de Construção Sustentáveis, Guimarães, Portugal. CTAC, Universidade do Minho, 2015.

MEHTA, P. Kumar; MONTEIRO, Paulo J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. São Paulo: IBRACON, 2008.

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Published

2025-10-20

Issue

Vol. 11 No. 2 (2025): v. 11 n. 2 (2025): Edição regular

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Científica

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ALKALI-ACTIVATED PASTE BASED ON BIOMASS ASH: PASTA ATIVADA POR ALCALIS À BASE DE CINZAS DE BIOMASSA. (2025). Mix Sustentável, 11(2), 177-188. https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2025.v11.n2.177-188

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