Title

AVALIAçãO DA VIABILIDADE DO USO DE ESCóRIA DE ACIARIA COMO LASTRO FERROVIáRIO: CARACTERIZAçãO QUíMICA, MINERALóGICA E FíSICA PARA APLICAçãO SUSTENTáVEL

Evaluation of the Feasibility of Using Steel Slag as Railway Ballast: Chemical, Mineralogical, and Physical Characterization for Sustainable Application

Authorship

NARCISO, MURILO MIGUEL; GARCIA, JULIANNA MAGALHÃES; PEREIRA, ARTUR CAMPOSO; GUIMARÃES, ANTÔNIO CARLOS RODRIGUES

NARCISO, MURILO MIGUEL

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GARCIA, JULIANNA MAGALHÃES

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PEREIRA, ARTUR CAMPOSO

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GUIMARÃES, ANTÔNIO CARLOS RODRIGUES

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DOI

10.5151/2594-5327-42922

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Abstract

A caracterização avançada de materiais tem se mostrado essencial para avaliar a viabilidade do uso de resíduos industriais em aplicações de engenharia, como a utilização de escória de aciaria como lastro ferroviário. Este estudo investigou as propriedades químicas, mineralógicas e físicas de escórias de aciaria por meio de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura com Espectroscopia por Dispersão de Energia (MEV-EDS) e Microtomografia por Raios X (CT), com o objetivo de correlacionar sua microestrutura e composição com o desempenho mecânico exigido em sistemas ferroviários. Os resultados revelaram a predominância da fase RO (agregados de óxidos de Fe, Mg, Ca e Mn), quartzo e porosidade variável, criticamente influenciada pelos processos térmicos e mecânicos anteriores do material. A microtomografia permitiu a quantificação da heterogeneidade dos vazios e sua relação com a densidade aparente, enquanto ensaios físicos complementares avaliaram parâmetros como expansibilidade e resistência à fragmentação. As amostras submetidas a processamento controlado apresentaram comportamento compatível com os padrões convencionais de lastro, especialmente em termos de estabilidade dimensional e baixa suscetibilidade à deformação permanente sob carregamento cíclico. Assim, a adequação da escória para aplicações como lastro é governada pelas condições de processamento, que devem minimizar fases instáveis. O estudo também demonstrou que a integração de técnicas em múltiplas escalas (DRX + CT + MEV) é essencial para prever o desempenho em campo, apoiando a otimização do comportamento mecânico e a redução de custos em infraestruturas ferroviárias sustentáveis.

ADVANCED MATERIAL CHARACTERIZATION HAS PROVEN ESSENTIAL FOR ASSESSING THE FEASIBILITY OF INDUSTRIAL WASTE IN ENGINEERING APPLICATIONS, SUCH AS THE USE OF STEELMAKING SLAG FOR RAILWAY BALLAST. THIS STUDY INVESTIGATED THE CHEMICAL, MINERALOGICAL, AND PHYSICAL PROPERTIES OF STEEL SLAGS USING X-RAY DIFFRACTION (XRD), SCANNING ELECTRON MICROSCOPY WITH ENERGY DISPERSIVE SPECTROSCOPY (SEM-EDS), AND X-RAY MICROTOMOGRAPHY (CT), AIMING TO CORRELATE THEIR MICROSTRUCTURE AND COMPOSITION WITH THE MECHANICAL PERFORMANCE REQUIRED IN RAILWAY SYSTEMS. THE RESULTS REVEALED A PREDOMINANCE OF RO PHASE (AGGREGATES OF FE, MG, CA, AND MN OXIDES), QUARTZ, AND VARIABLE POROSITY, CRITICALLY INFLUENCED BY PRIOR THERMAL AND MECHANICAL PROCESSING OF THE MATERIAL. MICROTOMOGRAPHY ENABLED THE QUANTIFICATION OF VOID HETEROGENEITY AND ITS RELATIONSHIP WITH BULK DENSITY, WHILE COMPLEMENTARY PHYSICAL TESTS EVALUATED PARAMETERS SUCH AS EXPANSIBILITY AND FRAGMENTATION RESISTANCE. SAMPLES SUBJECTED TO CONTROLLED PROCESSING EXHIBITED BEHAVIOR CONSISTENT WITH CONVENTIONAL BALLAST STANDARDS, PARTICULARLY IN TERMS OF DIMENSIONAL STABILITY AND LOW SUSCEPTIBILITY TO PERMANENT DEFORMATION UNDER CYCLIC LOADING. THUS, THE SLAG’S SUITABILITY FOR BALLAST APPLICATIONS IS GOVERNED BY PROCESSING CONDITIONS THAT MUST MINIMIZE UNSTABLE PHASES. THE STUDY ALSO DEMONSTRATED THAT INTEGRATING MULTISCALE TECHNIQUES (XRD + CT + SEM) IS ESSENTIAL FOR PREDICTING FIELD PERFORMANCE, SUPPORTING THE OPTIMIZATION OF MECHANICAL BEHAVIOR AND COST REDUCTION IN SUSTAINABLE RAILWAY INFRASTRUCTURE.

Keywords

Escória de aciaria, Análise multiescala, Lastro, Infraestrutura ferroviária.