Eco-efficient steel slag concretes: an alternative to achieve circular economy

Rev. IBRACON Estrut. Mater., vol. 15, no. 2, e15201, 2022 ORIGINAL ARTICLE Corresponding author: Laís Cristina Barbosa Costa. E-mail: [email protected] Financial support: National Council for Scientific and Technological Development (CNPq, grant number 140896/2019-8). Conflict of interest: Nothing to declare. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Rev. IBRACON Estrut. Mater., vol. 15, no. 2, e15201, 2022| https://doi.org/10.1590/S1983-41952022000200001 1/17 Received 01 April 2021 Accepted 19 July 2021 Eco-efficient steel slag concretes: an alternative to achieve circular economy Concretos ecoeficientes de escória de aciaria: uma alternativa para alcançar a econômica circular Laís Cristina Barbosa Costa a Marcela Aguiar Nogueira a Larissa Caroline Ferreira a Fernanda Pereira da Fonseca Elói a José Maria Franco de Carvalho b Ricardo André Fiorotti Peixoto a a Universidade Federal de Ouro Preto – UFOP, Laboratório de Materiais de Construção Civil, Ouro Preto, MG, Brasil b Universidade Federal de Viçosa – UFV, Laboratório de Materiais Compósitos, Viçosa, MG, Brasil Abstract: Annually billions of tonnes of aggregates are extracted to apply in civil construction generating environmental impacts and energy consumption. So, based on circular economy principles applying residues as aggregates is a good solution to reduce the mining activity and to generate a more efficient destination for the residues. Thus, this research aims to evaluate the technical, economic, and environmental performance of concretes produced entirely with steel slag aggregates. The concretes were characterized through physical properties, as specific gravity, water absorption, compressive and tensile strength. Durability tests (expansibility) were also conducted. The authors analyzed the cost assessment and environmental impact of steel slag concrete production as well. The incorporation of steel slag increases the compressive and tensile strength of concrete, analyzed in different ages. Additionally, the steel slag does not present expansibility when confined in the concrete matrix. The entire replacement of natural aggregates for steel slag allowed to reduce in 31% the cement consumption, a decrease of 140 kg/m 3 , for the same strength class. The environmental analysis showed that the incorporation of steel slag aggregates reduced the cement intensity of concrete and its impact. Regarding the cost assessment, the mixtures with steel slag presented a lower cost compared to the conventional one. These results indicate that steel slag aggregates could be used in a cleaner production of concrete, replacing natural aggregates with no injury. This research provides the feasibility of using steel slag aggregates in a cleaner and cheaper concrete production and contribute to the promotion of sustainable solutions for the construction sector through the circular economy principles. Keywords: steel slag aggregate, compressive strength, cement intensity; circular economy. Resumo: Anualmente bilhões de toneladas de agregados são extraídos para aplicação na construção civil, resultando em impactos ambientais e significativo consumo de energia. Assim, baseando-se nos princípios da economia circular, aplicar resíduos como agregados para construção civil é uma boa alternativa para reduzir a extração de recursos naturais e gerar uma destinação mais eficiente para os resíduos. Assim, essa pesquisa objetiva analisar o desempenho técnico, econômico e ambiental de concretos produzidos inteiramente com agregado de escória de aciaria. Os concretos foram caracterizados quanto suas propriedades físicas, como massa específica, absorção de água e resistência à compressão e tração. Ensaios de durabilidade (expansão) também foram realizados. Também foram analisados os custos do concreto de escória de aciaria e o seu impacto ambiental, através da intensidade de ligantes. Os concretos foram avaliados mecanicamente em diferentes idades, sendo observado que a incorporação de escória de aciaria aumenta a resistência à compressão e tração das matrizes. Além disso, em ensaios acelerados, a escória de aciaria não apresentou expansibilidade. A substituição total dos agregados naturais por escória de aciaria permitiu reduzir em 31% o consumo de concreto e cimento, o que representa um decréscimo de 140 kg/m 3 para a mesma classe de

Eco-efficient steel slag concretes: an alternative to achieve circular economy

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