Uma alternativa para diminuir o consumo de matérias-primas e os impactos ambientais oriundos da produção do cimento Portland é a substituição parcial do clínquer por adições minerais utilizando subprodutos agroindustriais. A presente pesquisa teve como objetivo investigar os efeitos da extração de potássio na reatividade das biopozolanas de cinzas puras de cana-de-açúcar e de cana-energia, e avaliar os potenciais ganhos ambientais do seu uso em compósitos de cimento Portland, buscando produzir cinzas reativas e sustentáveis que possam ser utilizadas como pozolanas e o potássio para aplicação como fertilizante. A cana-energia e a cana-de-açúcar foram caracterizadas morfologicamente utilizando um microscópio eletrônico de varredura e espectroscopia de energia dispersiva de raios-X, e o solo coletado durante a extração de ambas as variedades analisados. Ambas as canas foram calcinadas a uma temperatura de 600 °C com taxa de aquecimento de 4 °C/min e tempo de exposição máximo de 120 min. Após a queima, as cinzas foram lavadas para a extração do potássio, cloro e enxofre e moídas de modo a obter a mesma faixa granulométrica, em seguida foi realizada a análise da solução extraída da lavagem, e nas cinzas as análises de massa específica real, granulometria a laser, fluorescência de raios-X, perda ao fogo, difração de raios-X, termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva e determinação de sílica amorfa e cristalina. Em pastas de hidróxido de cálcio e cinzas, foram realizadas análise de fixação de cal por termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva, avaliação de reatividade pozolânica por condutividade e pH e método de Frattini. Em pastas de cimento e cinzas foi realizado o ensaio de porosidade por intrusão de mercúrio. Foi avaliada a influência das cinzas da cana-energia, da cana-de-açúcar e da sílica ativa no desempenho de argamassas de cimento Portland, com os ensaios de massa específica, absorção de água, porosidade aparente, resistência à compressão e carbonatação acelerada. Utilizou-se a técnica de avaliação de ciclo de vida para avaliação dos impactos ambientais potenciais das argamassas com substituição parcial de cinza da cana-energia, cinza da cana-de-açúcar e a sílica ativa em comparação com a argamassa referência (sem substituições). A queima da cana-energia gera 78% a mais de cinzas por hectare em relação a cana convencional, as cinzas da folha da cana-energia apresentaram maior quantidade de sílica do que as de cana-de-açúcar, já os talos apresentaram um alto teor de potássio. A análise da solução da lavagem das cinzas indicou a possibilidade da utilização dessa solução na fertirrigação devido aos altos valores de potássio e enxofre que foram solubilizados na água. A sílica ativa, a folha da cana-de-açúcar, a folha da cana-energia, e a mescla da cana-energia (colmo e folha) foram as cinzas que apresentaram alta pozolanicidade. Sendo as argamassas referência, com substituição de 10 % de cinza-de-açúcar, e 10 % de cana-energia as que apresentaram os melhores resultados de resistência mecânica. No geral a substituição de teores acima de 10 % de cinzas de cana-de-açúcar e cana-energia melhoram o desempenho ambiental das argamassas consideravelmente, devido ao menor consumo de cimento, aos coprodutos gerados na extração da sacarose, como por exemplo torta de filtro e vinhaça, e ao potássio extraído da lavagem da cinza, que evitam a produção de agroquímicos para a agricultura. Levando em conta o desempenho ambiental e a resistência a compressão as argamassas com os melhores resultados são as com 10 % de cana-energia, pois atingem a maior resistência a compressão e bons valores de desempenhos ambiental. Assim as cinzas provenientes da cana-de-açúcar e da cana-energia, podem ser utilizadas para a incorporação em compósitos cimentícios, principalmente a cinza da cana-energia. Porém o potássio e o cloro devem ser extraídos até que esteja dentro de níveis aceitáveis para a utilização em compósitos cimentícios.

An alternative to reduce the consumption of raw materials and the environmental impacts arising from the production of Portland cement is the partial replacement of clinker by mineral additions using agro-industrial by-products. The present research aimed to investigate the effects of potassium extraction on the reactivity of biopozzolans from from sugarcane and energy cane, and to evaluate the potential environmental gains of its use in Portland cement composites, seeking to produce reactive and sustainable ash that can be used as pozzolan and potassium for application as a fertilizer. Energy cane and sugar cane were morphologically characterized using a scanning electron microscope and X-ray energy dispersive spectroscopy, and the soil ,in which both varieties grew, analyzed. Both canes were calcined at a temperature of600 °C with a heating rate of 4 °C/min and a maximum exposure time of 120 min. After burning, the ashes were washed for the extraction of potassium, chlorine and sulfur and, then ground to obtain the same granulometric range; the analysis of the solution extracted from the washing was carried out, and, for the obtained ashes, real specific mass, laser granulometry, X-ray fluorescence, loss on fire, X-ray diffraction, thermogravimetry, scanning electron microscopy with X-ray energy dispersive spectroscopy and determination of amorphous and crystalline silica were carried out. In calcium hydroxide/ash pastes, the lime fixation analysis by thermogravimetry, scanning electron microscopy with X-ray energy dispersive spectroscopy, pozzolanic reactivity evaluation by conductivity and pH, and Frattini method were performed. In cement/ash pastes, the porosity test by mercury intrusion was carried out. The influence of energy cane ash, sugar cane and silica fume on the performance of Portland cement mortars was evaluated, by means specific mass, water absorption, apparent porosity, compressive strength and accelerated carbonation tests. The Life Cycle Analysis technique was used to assess the potential environmental impacts of mortars with partial replacement of energy cane ash, sugar cane ash and silica fume compared to the reference mortar (without replacements). The burning of energy cane generates 78% more ash per hectare compared to conventional sugarcane, the leaf ashes of the energy cane had a higher amount of silica than the sugar cane one; on the other hand, the stalks showed high potassium content. The analysis of the ash washing solution indicated the possibility of using this solution in fertigation due to the high values of potassium and sulfur that were solubilized in the water. Silica fume, sugar cane straw, energy cane straw, and the mixture of energy cane (stem and straw) were the ashes that showed high pozzolanicity. The mortars with replacement of 10% of sugarcane ash, and 10% of energy cane, were the ones that presented the best results in terms of mechanical strength. In general, the substitution of contents above 10% of sugarcane and energy cane ashes improves the environmental performance of mortars considerably, due to the lower consumption of cement, the co-products generated in the extraction of sucrose, such as filter and vinasse, and the potassium extracted from washing the ash, which avoid the production of agrochemicals for agriculture. Taking into account environmental performance and compressive strength, the mortars with the best results are those with 10% energy cane ash, as they achieve the highest compressive strength and good environmental performance values. Thus, ashes from sugarcane and energy cane can be used for incorporation into cementitious composites, especially energy cane ash. However, potassium and chlorine must be extracted until they are within acceptable levels for the use of ashes in cementitious composites.