Avaliação da influência da incorporação de metacaulim e das relações areia/ligantes e água/ligantes nas propriedades de concretos para impressão 3D

Evaluation of the influence of metakaolin incorporation and sand/binder and water/binder ratios on the properties of concretes for 3D printing

dc.contributorMartinelli, Antonio Eduardo
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/6520068899102152
dc.contributorhttps://orcid.org/0000-0003-3885-9104
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/0022988322449627
dc.contributorFreitas, Júlio Cézar de Oliveira
dc.contributorCabral, Kleber Cavalcanti
dc.contributorBezerra, Ulisses Targino
dc.contributorSouza, Wendell Rossine Medeiros de
dc.creatorDiniz, Hugo Alessandro Almeida
dc.date2023-05-15T23:58:53Z
dc.date2023-05-15T23:58:53Z
dc.date2023-01-30
dc.date.accessioned2023-09-04T12:32:25Z
dc.date.available2023-09-04T12:32:25Z
dc.identifierDINIZ, Hugo Alessandro Almeida. Avaliação da influência da incorporação de metacaulim e das relações areia/ligantes e água/ligantes nas propriedades de concretos para impressão 3D. Orientador: Antônio Eduardo Martinelli. 2023. 131f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.
dc.identifierhttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52423
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/8601153
dc.description3D printing of concrete (3DCP) is a construction technique based on the deposition of successive layers of a cementitious composite without the need for conventional formwork. To apply the technique, the composite must be able to pass through a printing nozzle and support the successive printed layers. This method promotes a faster execution and with less waste, however, there are few studies to understand these abilities. In this perspective, the objective of this study is to understand the influence of sand, water, and metakaolin incorporation on the extrusion capabilities and constructability of cementitious composites for 3D printing. The analysis was based on an experimental statistical planning of mixtures to gauge the effect and interaction of the variables: cement replacement content by metakaolin, sand/binder ratio and water/binder ratio. Ten mixtures were evaluated through the properties of extrudability, constructability, rheology and strength in the hardened state. To assist in the analysis, experimental flow and dimensional stability tests were developed. The water/binder factor had a preponderant influence on the extrudability, being the component responsible for the fluidization of the materials. The metakaolin reduced the extrusion capacity, and can be used as a control mechanism. However, the partial replacement of cement increased deformation by reducing thixotropy, being negative for constructability. The metakaolin also promoted optimization of the application time, by delaying the setting. The sand increased the constructability by increasing the cohesion between the particles, but reduced the application time by increasing the evaporation of the mixing water. There was a significant interaction between sand and metakaolin, caused by the reduction of packing, which influenced the increase of extrusion and reduction of the constructive capacity. It was also observed that the printing process and the deformations that occurred, influenced the final strength of the printed block. In the end, it was possible to understand the effect of each component, as well as, propose new tests and parameters: the sand/binder ratio 1: 1.5 proved to be feasible in all the properties analyzed; mixtures with 30% of metakaolin presented adequate constructability and extrusion at higher water contents; the water/binder factor below 0.37 proved to be unfeasible, preventing the printing of the M3 and M10 mixtures; the maximum yield stress to enable printing was 250 N; the minimum spread of 161 mm; and the ideal flow rate at 20 ml/s.
dc.descriptionA impressão 3D de concreto (3DCP) é uma técnica de construção baseada na deposição de camadas sucessivas de um compósito cimentício sem a necessidade de fôrmas convencionais. Para aplicação da técnica, o compósito deve possuir a capacidade de passar em um bico de impressão e suportar as sucessivas camadas impressas. Esse método promove uma execução mais rápida e com menos desperdício, porém, existem poucos estudos para entender as habilidades citadas. Nesta perspectiva, o objetivo deste estudo é entender a influência da areia, da água e da incorporação de metacaulim nas capacidades de extrusão e construtibilidade de compósitos cimentícios para impressão 3D. A análise foi baseada em um planejamento estatístico experimental de misturas para aferição do efeito e interação das variáveis: teor de substituição do cimento por metacaulim, relação areia/ligantes e relação água/ligantes. Foram avaliadas 10 misturas através das propriedades de extrusibilidade, construtibilidade, reologia e resistência no estado endurecido. Para auxiliar na análise foram desenvolvidos os ensaios de vazão experimental e de estabilidade dimensional. O fator água/ligantes teve influência preponderante na capacidade de extrusão, sendo o componente responsável pela fluidificação dos materiais. O metacaulim reduziu a capacidade de extrusão, podendo ser utilizado como mecanismo de controle. Porém, a substituição parcial do cimento elevou a deformação pela redução da tixotropia, sendo negativo para a construtibilidade. O metacaulim também promoveu otimização do tempo de aplicação, por retardar a pega. A areia elevou a capacidade construtiva pelo aumento da coesão entre as partículas, porém, reduziu o tempo de aplicação por elevar a evaporação da água de mistura. Houve uma interação significativa entre areia e metacaulim, provocada pela redução do empacotamento, que influenciou na elevação da extrusão e redução da capacidade construtiva. Observou-se também que o processo de impressão e as deformações ocorridas, influenciaram na resistência final do bloco impresso. Ao fim, foi possível compreender o efeito de cada componente, bem como, propor novos ensaios e parâmetros: a relação areia/ ligantes 1:1,5 mostrou-se viável em todas as propriedades analisadas; misturas com 30% de metacaulim apresentaram construtibilidade e extrusão adequadas em maiores teores de água; o fator água/ ligantes abaixo de 0,37 mostrou-se inviável, impedindo a impressão das misturas M3 e M10; a tensão de escoamento máxima para possibilitar a impressão foi de 250 N; o espalhamento mínimo de 161 mm; e a vazão ideal em 20 ml/s.
dc.formatapplication/pdf
dc.languagept_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisherBrasil
dc.publisherUFRN
dc.publisherPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia dos materiais
dc.subjectImpressão 3D de concreto - 3DCP
dc.subjectCapacidade de extrusão
dc.subjectConstrutibilidade
dc.subjectMetacaulim
dc.subjectPlanejamento de mistura
dc.subjectCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
dc.titleAvaliação da influência da incorporação de metacaulim e das relações areia/ligantes e água/ligantes nas propriedades de concretos para impressão 3D
dc.titleEvaluation of the influence of metakaolin incorporation and sand/binder and water/binder ratios on the properties of concretes for 3D printing
dc.typedoctoralThesis


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