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metadata.dc.type: Dissertação
Title: Celulose nanofibrilada em compósito de cimento Portland: transformações físico-químicas, microestruturais e análise do potencial de mitigação de reação álcali-agregado
metadata.dc.creator: Farias, Marcelo Miranda
metadata.dc.contributor.advisor1: Pereira, Eduardo
metadata.dc.contributor.referee1: Carvalho, Benjamim de Melo
metadata.dc.contributor.referee2: Gonçalves, Jose Roberto Albuquerque
metadata.dc.description.resumo: Diversos mecanismos são capazes de gerar manifestações patológicas em estruturas de concreto, causando diminuição de sua vida útil. Dentre esses processos, destaca- se a reação álcali-agregado (RAA), reação na qual a sílica amorfa dos agregados sofre dissolução devido às hidroxilas presentes na solução de poros, gerando um gel higroscópico com características expansivas. A utilização de adições tem sido uma alternativa para mitigar o desenvolvimento da RAA. Nesse contexto, pesquisadores têm somado esforços para avaliar como a celulose nanofibrilada (CNF) pode influenciar na durabilidade e nas propriedades dos materiais cimentícios. O objetivo deste trabalho foi verificar a influência da adição de CNF em matrizes de cimento Portland sob o enfoque de modificações em propriedades de pastas e as alterações na expansão de argamassas sujeitas à RAA. Para isso, teores de 0%, 0,05%, 0,10% e 0,15% de CNF em massa de cimento foram dispersados em pastas e argamassas. A suspensão de CNF utilizada foi obtida por desfibrilamento grinding de Eucalyptus sp. As pastas foram curadas de forma selada por 30 dias e, após isso, expostas em solução de NaOH 1N por 30 dias à (80 ± 2) °C para estudo das modificações causadas pelo meio altamente alcalino nas nanofibras e propriedades químicas, físicas e mecânicas das pastas. As argamassas, por sua vez, foram curadas por 30, 60 e 120 dias. Após isso, foram realizados ensaios para avaliar como a CNF altera as propriedades e as expansões causadas pela presença de agregado reativo nas argamassas. Para isso, realizaram-se ensaios de resistência à compressão, tração, absorção, caracterizações químicas, físicas e análise de variação de expansão linear em barras de argamassa, de acordo com a NBR 15577-4. Para as pastas, observou-se que a CNF causa reduções na consistência e aumentos no tempo de início e fim de pega. Aumentos de até 59% na resistência à compressão foram verificados, já que as fibras distribuem melhor as tensões no interior do material. A elevada resistência à tração das fibras também contribuiu com aumento de até 54% na resistência à tração das pastas. Já para as argamassas, a CNF não foi capaz de contribuir com as resistências mecânicas. Quando expostas em solução alcalina de NaOH, as fibras de CNF se degradaram. Essa degradação reduz o reforço propiciado pelas fibras à matriz e forma vazios antes inexistentes, os quais se tornam pontos de concentração de tensões que afetam as resistências mecânicas. Por outro lado, teores de 0,10% de CNF foram capazes de reduzir as expansões provenientes da RAA na ordem de 10% tanto aos 60 dias quanto aos 120 dias de cura. Isto se deve ao conjunto de dois fatores: o reforço proveniente da CNF na resistência à tração da pasta de cimento e a redução da absorção das argamassas causadas pela presença nas nanofibras. Por fim, concluiu-se que a CNF é capaz de mitigar a RAA. A mesma age como uma “reserva de tensões”, que acabam reduzindo as expansões provenientes da reação, diminuindo assim consequências que podem ser danosas às estruturas.
Abstract: Several mechanisms generate pathological manifestations in concrete structures, causing a decrease in their service life. Among these processes, the alkali-aggregate reaction (AAR) stands out, in which the amorphous silica of aggregates is dissolved due to the hydroxyls present in the pore solution, generating a hygroscopic gel with expansive characteristics. Using additions has been an alternative to mitigate the development of AAR. In this context, researchers have joined efforts to evaluate how nanofibrillated cellulose (NFC) can influence the durability and properties of cementitious materials. This work aimed to verify the influence of NFC addition in Portland cement matrices focusing on modifications in paste properties and changes in the expansion of mortars subjected to AAR. For this, contents of 0%, 0.05%, 0.10%, and 0.15% of NFC in cement mass were dispersed in pastes and mortars. The NFC suspension was obtained by grinding defibrillation of Eucalyptus sp. The pastes were cured in sealed form for 30 days and then exposed to 1N solution of NaOH for 30 days at (80 ± 2) °C to study the modifications caused by the highly alkaline medium in the nanofibers and chemical, physical and mechanical properties of the pastes. The mortars, in turn, were cured for 30, 60 and 120 days. After that, tests were performed to evaluate how the NFC changes the properties and expansions caused by the presence of reactive aggregate in mortars. Tests of compressive strength, tensile strength, absorption, chemical and physical characterizations, and analysis of linear expansion variation were performed, according to NBR 15577-4. For the pastes, it was observed that NFC causes reductions in consistency and increases in the initial and final setting times. Increases of up to 59% in compressive strength were verified, as the fibers better distribute the stresses inside the material. The fibers’ high tensile strength also contributed to an increase of up to 54% in the pastes’ tensile strength. For the mortars, the NFC was not able to contribute to the mechanical strengths. When exposed to alkaline NaOH solution, the NFC fibers degraded. This degradation reduces the reinforcement provided by the fibers to the matrix and forms voids that did not exist before, which become stress concentration points that affect the mechanical strength. On the other hand, contents of 0.10% of NFC were able to reduce the expansions due to AAR by 10%, both at 60 and 120 days of curing. This is due to two factors: the reinforcement from the NFC in the cement paste tensile strength and the reduction of mortar absorption caused by the nanofibers. So, it is concluded that the CNF can mitigate AAR. It acts as a “stress reserve” that reduces the expansions arising from the reaction, thus reducing the consequences that can be deleterious to structures.
Keywords: Reação álcali-agregado
Celulose nanofibrilada
Durabilidade
Alkali-aggregate reaction
Nanofibrillated cellulose
Durability
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Engenharia de Materiais
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiais
Citation: FARIAS, Marcelo Miranda. Celulose nanofibrilada em compósito de cimento Portland: transformações físico-químicas, microestruturais e análise do potencial de mitigação de reação álcali-agregado. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2023.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3886
Issue Date: 12-Dec-2022
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