Tesis
Avaliação da forma de adição de nanossílica nas propriedades mecânicas de pastas de cimento
Autor
Luz, Graziele da
Institución
Resumen
TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico. Engenharia Civil. A adição de nano materiais permite o aumento da reatividade e da área de contato entre as superfícies, o que proporciona diversas vantagens em termos de reforço e eficiência.
Existem muitas pesquisas mostrando as vantagens da adição de nano materiais. Grande
parte delas trata-se da adição da nanossílica, que além do aumento da área de contato
entre as superfícies, apresenta reatividade pozolânica: a nanossílica reage com o hidróxido
de cálcio (um dos produtos da hidratação do cimento Portland) formando silicato de cálcio
hidratado (C-S-H) Desta forma, aumentando
a quantidade de C-S-H, obtém-se uma maior densificação da matriz, o que proporciona
maior resistência à compressão, poros menores e maior durabilidade.
Apesar do grande número de trabalhos que mostram a influência da nanossílica nas propriedades dos compósitos do cimento, os efeitos não estão bem caracterizados ainda, e
algumas discrepâncias e diferenças em resultados são observadas.
Alguns pesquisadores relatam um progressivo aumento de resistência à compressão com
o aumento do teor de nanossílica de 0,2 até 10-12% em relação ao peso de cimento.
Em contraste, outros encontraram um máximo de ganho de resistência adicionando 0,6%
de nanossílica em relação ao peso de cimento. Esse ganho de resistência caiu para 19%
quando a quantidade de nanossílica era aumentada de 0,6% para 0,8% em relação ao peso
de cimento. Essas discrepâncias podem ser oriundas da forma da adição da nanossílica.
O objetivo deste estudo foi analisar a forma de adição de nanossílica (diretamente em
pó e após sonicação na água) em algumas propriedades de pastas de cimento tais como
hidratação do cimento, trabalhabilidade, resistência à compressão, resistência à tração na
flexão, módulo de elasticidade dinâmico, distribuição de poros e área superficial. Para a
confecção das pastas de cimento, foi utilizado cimento Portland com adição de fíler calcário (CP II-F). A relação água/cimento utilizada foi de 0,40, sendo utilizado também
um aditivo superplastificante à base de policarboxilatos a fim de alcançar a mesma trabalhabilidade de amostras sem adição de nanossílica. Foram moldados corpos de prova
cilíndricos com 2 cm de diâmetro e 4 cm de altura e prismáticos de 10x2x2 cm³ , com e
sem superplastificante, com 2,5% de adição e sem nanossílica, para fins de comparação.
Foi constatado, no ensaio de calorimetria, que a adição de nanossílica afeta a hidratação
do cimento, fazendo com que esta ocorra mais rápido, implicando em maiores resistências
iniciais à compressão, principalmente aos 3 dias, chegando à 28% no caso de corpos de
prova cilíndricos, adicionando nanossílica tanto na forma de pó quanto sonicada em água
e ambas com o uso de superplastificante.
Com a análise BET foi possível observar que a adição de nanossílica alterou a porosidade
das pastas de cimento, para poros menores que 150 nm, mas essa alteração não implicou
em mudanças significativas na resistência à compressão.
Observando as resistências à compressão e à tração na flexão, foi possível notar que a
sonicação da nanossílica em água não tem efeito sobre as mesmas. The addition of nano materials allows the increasing of reactivity and contact area between
surfaces, which provides many advantages in terms of strength and efficiency.
There are many researches showing the advantages of nano materials addition. A large
amount of them corresponds to nanosilica addition, which besides the increasing in contact
area between surfaces, presents pozzolanic reactivity: it reacts with calcium hydroxide (one
of the products from the Portland cement hydration) yielding calcium silicate hydrate (C-S-H). This way, increasing the amount of C-S-H,
a larger matrix densification is obtained, which provides the increasing of compressive
strength, smaller pores and the improvement of durability.
Although numerous papers have studied the influence of nanosilica on the properties of
cement composites, their effects have not been adequately characterized yet, and some
discrepancies and differences in results are witnessed.
Some researchers also reported a progressive increase of compressive strength with increasing nanosilica content over the range of nanosilica dosages from 0.2 to 10-12 wt. of cement. In contrast, some others found a maximum strength gain for a 0.6 wt% of cement.
This strength gain reduced to 19% as the nanosilica content was increased from 0.6 to 0.8wt%. These discrepancies might be originated from the nanosilica addition form.
This study objective was to analyze the nanosilica addition form (directly in powder and
after sonication in water) on some properties such as workability, compressive and tensile
strength, dynamic elastic modulus, pore distribuition and surface area. To the production
of the cement pastes, a Portland cement with calcareous filler (CP II-F) was used. A 0.40 water/cement ratio was utilized, and also a polycarboxylate superplasticizer additive
to achieve the same workability from the control samples (without nanosilica addition).
Cylindrical (2 cm diameter and 4 cm height) and prismatics (2x2x10 cm³) test samples
were modeled, with 0 and 2.5 wt.% nanosilica addition, with and without superplasticizer.
It was noted, in calorimetric analysis, that the addition of nanosilica affects the cement hydration. By doing so, the hydration occurs faster, resulting in larger compressive strength,
mainly at 3 days, achieving 28% in cylindrical samples, adding nanosilica in powder and
after sonication in water and both with superplasticizer additive.
In BET analysis it was possible to note that the addition of nanosilica changed the
porosity of cement pastes for pores smaller than 150 nm, but this change did not result
in significant changes in compressive strength.
Observing the compressive and tensile strength it was possible to note that the sonication
of the nanossílica in water has no effect on them.