Environmental performance of the production of ternary cements based on calcined clay and waste from marble

Authors

DOI:

https://doi.org/10.46421/entac.v20i1.5872

Keywords:

Limestone Calcined Clay Cement (LC3), Waste, Marble, Environmental impacts.

Abstract

The cement industry has the potential to reduce raw material extraction and its environmental impacts by using solid waste. This study evaluated the environmental performance by replacing limestone filler in the production of Limestone Calcined Clay Cement (LC³) with marble waste. Environmental impacts were compared among different formulations: reference (ordinary Portland cement), LC³, and CTR with marble waste (15% limestone replacement). The environmental analysis was cradle-to-gate, including raw material extraction/acquisition to cement production. Using OpenLCA software and the Ecoinvent 3.6 database, the evaluation considered categories such as global warming potential (GWP100a) and abiotic resource depletion. The ternary cement produced with marble waste caused less environmental impact, with a 39,0% reduction in greenhouse gas emissions compared to conventional cement and 1,2% compared to LC³ without the waste. Regarding natural resource consumption, there was a 45,0% decrease compared to conventional cement and 13,0% compared to LC³ without the waste.

Author Biographies

Sheila Miranda Correia Souza, Universidade Estadual de Feira de Santana

Bacharelado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Recôncavo da Bahia (Cruz das Almas - BA, Brasil) . Mestrando em Engenharia Civil e Ambiental da Universidade Estadual de Feira de Santana (Feira de Santana - BA, Brasil). 

Kaio Sales de Tancredo Nunes, Universidade Estadual de Feira de Santana

Bacharelado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Campina Grande (Campina Grande - PB, Brasil). Mestrando em Engenharia Civil e Ambiental na Universidade Estadual de Feira de Santana (Feira de Santana - BA, Brasil). 

Susane Eterna Leite Medeiros, UEFS

Doutora em Física pela Universidade Federal da Paraíba (João Pessoa -PB, Brasil) . Professora visitante na Universidade Estadual de Feira de Santana (Feira de Santana - BA, Brasil).

Diego Lima Medeiros, UFMA

Doutor em Engenharia Industrial pela Universidade Federal da Bahia (Salvador - BA, Brasil) e Professor na Universidade Federal do Maranhão (São Luís - MA, Brasil)

Tiago Assunção Santos, Universidade Estadual de Feira de Santana

Doutor em Energia e Ambiente pela Universidade Federal da Bahia (Salvador - BA, Brasil). Professor Visitante na Universidade Estadual de Feira de Santana (Feira de Santana - BA, Brasil).

References

SCRIVENER, K.L.; JOHN, V.M.; GARTNER, E.M. Eco-Efficient Cements: Potential Economically Viable Solutions for a low-CO2 Cement- Based Materials Industry. Cement and Concrete Research, v. 114, p. 2-26, 2018.

LEWIN, R. Complexity: life at the edge of chaos. 2. ed. Chicago: University of Chicago Press, 2000. U.S. Geological Survey. Mineral Commodity Summaries. United States, 2023. Disponível em <https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2023/mcs2023-cement.pdf.> Acesso em 10 de outubro de 2023.

SNIC- Sindicato Nacional das Indústrias de Cimento. Produção Nacional de Cimento por Regiões e Estados. Rio de Janeiro, 2022. Disponível em <http://snic.org.br/assets/pdf/numeros/1691430860.pdf.> Acesso em: 27 de setembro de 2023.

JYOSYULA, S.K.R.; SURANA. S.; RAJU, S. Role of Lightweight Materials of Construction on Carbon Dioxide Emission of a Reinforced Concrete Building. Materials Today: Proceedings, v. 27, p. 984-990, 2020.

BRASIL. Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações. Resultados do inventário nacional de emissões de gases de efeito estufa por unidade federativa Relatório de atividades. Brasília, DF: Ministério da Justiça, 2022.

SNIC, Sindicato Nacional das Indústrias de Cimento. Relatório anual 2021. 2022. Disponível em: <http://snic.org.br/assets/pdf/relatorio_anual/rel_anual_2021.pdf.> Acesso em: 27 de setembro de 2023.

SNIC, Sindicato Nacional das Indústrias de Cimento. Roteiro Tecnológico do Cimento para o Brasil- 2019. Rio de Janeiro, 2019. Disponível em <https://coprocessamento.org.br/wp-content/uploads/2019/11/Roadmap_Tecnologico_Cimento_Brasil_Book-1.pdf.> Acesso em 26 de setembro de 2023.

SCRIVENER, K.L.; JOHN, V.M.; GARTNER, E.M. Eco-Efficient Cements: Potential Economically Viable Solutions for a low-CO2 Cement- Based Materials Industry. Cement and Concrete Research, v. 114, p. 2-26, 2018.

BEZERRA, G. G.; QUEIROZ, M. G. C.; OLIVEIRA, M. A. A.; MARINHO, E. P.; LIMA, N. B.; NÓBREGA, A. C. V. Reuso de cinza de lenha de algaroba como fíler calcário alternativo no desenvolvimento de cimento LC3. Cerâmica, 69 (391), p. 224–232. Scielo, 2023.

KRISHNAN, S.; KANAUJIA, S. K.; MITHIA, S.; BISHNOI, S. Hydration kinetics and mechanisms of carbonates from stone wastes in ternary blends with calcined clay. Construction and Building Materials, v. 164, p. 265-274, 2018.

MALACARNE, Camila Salvi. Desenvolvimento e caracterização de cimentos LC3 – cimentos ternários a base de argila calcinada e calcário – a partir de matérias primas do Rio Grande do Sul. Dissertação de Pós-Graduação - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2019.

FROHLICH, J. Uso de resíduo cerâmico em cimentos ternários tipo LC3: estudo dos produtos da hidratação. Dissertação de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS, São Leopoldo, 2019.

MONTANI, C. XXXI Rapporto Marmo e Pietre Nel Mondo 2020. Aldus: Carrara (IT), p. 151, 2021.

ABIRROCHAS- Associação Brasileira da Indústria de Rochas Ornamentais. O Desempenho Brasileiro no Setor de Rochas Ornamentais. Brasília, DF. ABIROCHAS, 2021.

RAMOS, J. C. R.; PASSALINI, P. G. S.; HOLANDA, J. N. F. Utilization of marble waste as a sustainable replacement for calcareous in the manufacture of red-firing wall tiles. Construction and Building Materials, v. 377,2023.

VIDAL, F. W. H., AZEVEDO, H. C. A., CASTRO, N. F. (Eds). Tecnologia de rochas ornamentais: pesquisa, lavra e beneficiamento. Rio de Janeiro: CETEM/MCTI, 2013. 700p.

MULK, S.; KORAI, A. L.; AZIZULLAH, A.; SHANI, L.; KHATTAK, M. N. K. Marble industry effluents cause an increased bioaccumulation of heavy metals in Mahaseer (Tor putitora) in Barandu River, district Buner, Pakistan. Environ Sci Pollut Res, v. 24, p. 23039–23056, 2017.

LI, G., XU, X., CHEN, E., FAN, J., XIONG, G. Properties of cement-based bricks with oyster-shells ash. Journal of Cleaner Production, v. 91, p. 279 – 287, 2015.

ARUNTAŞ, H. Y.; GÜRÜ, M.; DAYI, M.; TEKIN, I. Utilization of waste marble dust as an additive in cement production. Materials & Design, v. 31, p. 4039-4042, 2010.

KRISHNAN, S.; KANAUJIA, S. K.; MITHIA, S.; BISHNOI, S. Hydration kinetics and mechanisms of carbonates from stone wastes in ternary blends with calcined clay. Construction and Building Materials, v. 164, p. 265-274, 2018.

ASHISH, D. K.; Concrete made with waste marble powder and supplementary cementitious material for sustainable development. Journal of Cleaner Production, v. 211, p. 716-729, 2019.

SINGH, M.; SRIVASTAVA, A.; BHUNIA, D. Long term strength and durability parameters of hardened concrete on partially replacing cement by dried waste marble powder slurry. Construction and Building Materials, v. 198, p. 553-569, 2019.

MALACARNE, Camila Salvi. et al. Environmental and technical assessment to support sustainable strategies for limestone calcined clay cement production in Brazil. Construction and Building Materials, v. 310, p. 125-261, 2021.

GAO, T.; DAI, T.; SHEN, L.; JIANG, L. Benefits of using steel slag in cement clinker production for environmental conservation and economic revenue generation. J. Clean. Prod, v. 282, 2021.

SRIVASTAVA, S.; MOUKANNAA, S.; ISTERI, V.; RAMTEKE, D.D.; PERUMAL, P.; ADESANYA, D.; KINNUNEN, P.; OHENOJA, K.; ILLIKAINEN, M. Utilization of calcite-rich Green Liquor Dregs (GLD) by-products from pulp and paper industry: Cement clinker production and life cycle analysis. Case Studies in Construction Materials, v. 20, 2024.

Published

2024-10-07

How to Cite

SOUZA, Sheila Miranda Correia; NUNES, Kaio Sales de Tancredo; MEDEIROS, Susane Eterna Leite; MEDEIROS, Diego Lima; SANTOS, Tiago Assunção. Environmental performance of the production of ternary cements based on calcined clay and waste from marble. In: NATIONAL MEETING OF BUILT ENVIRONMENT TECHNOLOGY, 20., 2024. Anais [...]. Porto Alegre: ANTAC, 2024. p. 1–12. DOI: 10.46421/entac.v20i1.5872. Disponível em: https://eventos.antac.org.br/index.php/entac/article/view/5872. Acesso em: 21 nov. 2024.

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