Análise do comportamento mecânico da matriz de um compósito cimentício com adição de nanotubos de carbono (NTCs) dispersos com uso de ultrassom

Autores

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v11i5.28066

Palavras-chave:

Nanotubo de Carbono; Propriedades físicas; Porosidade; Alto desempenho.

Resumo

Os nanotubos de carbono (NTCs) possuem uma estrutura de carbono com formato cilíndrico com diâmetro variável entre 0,4 e 10 mm. Por ser um produto muito fino, é um material com potencial de inserção em compósitos cimentícios para diminuir o número de vazios da mistura. Este trabalho tem como objetivo a adição de nanotubos de carbono em uma matriz cimentícia com cimento Portland, para a avaliação da dispersão na matriz cimentícia curada e os impactos na sua resistência mecânica. Para tal, foram elaboradas amostras contendo diferentes percentuais de nanotubos de carbono dispersos com base no do método de dispersão ultrassônica e realizados ensaios para análise. A análise se deu através de ensaios de resistência à compressão, tração na flexão e à compressão, absorção de água, índice de vazios, massa específica, absorção de água por capilaridade, e análise por Microscópio Eletrônico de Varredura, somado a técnica de EDS, nas idades de 7, 28 e 56 dias. Os resultados obtidos nesse estudo apontam para melhorias com a utilização dos nanotubos, favorecendo o comportamento mecânico das matrizes. O processo de mistura dos nanotubos no aditivo para o concreto se mostrou favorável para a sua dispersão.

Referências

ABNT NBR NM 45:2006 – Agregados – Determinação da massa unitária e do volume de vazios.

ABNT NBR NM 52:2009 – Agregado miúdo – Determinação de massa específica e massa específica aparente.

ABNT NBR NM 248:2003 – Agregados – Determinação da composição granulométrica.

ABNT NBR 5739:2018 - Concreto - Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos.

ABNT NBR 9778:2005 – Argamassa e concreto endurecidos – Determinação da absorção de água, índice de vazios e massa específica.

ABNT NBR 9779:2013 - Argamassa e concreto endurecidos — Determinação da absorção de água por capilaridade

ABNT NBR 13279:2005 – Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação da resistência à tração na flexão e à compressão.

ABNT NBR 13276:2016 - Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação do índice de consistência.

Adhikary, S.K et al. (2021) Effects of carbon nanotubes on expanded glass and silica aerogel based lightweight concrete. Scientific Reports, 11(1), 1–11

Batiston, E. R. (2012) Incorporação de nanotubos de carbono em matriz de cimento portland. 1–152

Carriço, A. et al. (2018) Durability of multi-walled carbon nanotube reinforced concrete. Construction and Building Materials, 164, 121–133.

Celadyn, W. (2016) Innovative Structural Systems. v. 1, n. International Scientific Workshops „Innovative Structural Systems in Architecture” (ISSA2016) November 3-5, 2016, Wrocław, Poland, 2016.

Collins, F., Lambert, J., & Duan, W. H. (2012) The influences of admixtures on the dispersion, workability, and strength of carbon nanotube-OPC paste mixtures. Cement and Concrete Composites, 34(2), 201–207

De Medeiros, M. H. F. et al. (2015) Compósitos de cimento Portland com adição de nanotubos de carbono (NTC): Propriedades no estado fresco e resistência à compressão. Revista Materia, 20(1), 127–144

Ferro, G. Carbon nanotube cement composites. Convegno Nazionale IGF XXI. Anais...2011

Foldyna, J., Foldyna, V., & Zelenak, M. (2016) Dispersion of carbon nanotubes for application in cement composites. Procedia Engineering, 149, 94–99

Hassan, A., Elkady, H., & Shaaban, I. G. (2019) Effect of Adding Carbon Nanotubes on Corrosion Rates and Steel-Concrete Bond. Scientific Reports, 9(1), 1–12

Henche, D. (2013) Composto Cimentício de Alta Resistência com Adição de Nanotubos de Carbono.

Hu, Y. et al. (2014) Fracture toughness enhancement of cement paste with multi-walled carbon nanotubes. Construction and Building Materials, 70, 332–338

Iijima, S. (2002) Carbon nanotubes: Past, present, and future. Physica B: Condensed Matter, 323, 1–5

Jo, B. W. et al. (2017) Strength and durability assessment of portland cement mortars formulated from hydrogen-rich water. Advances in Materials Science and Engineering.

Jung, M. et al. (2020) Carbon nanotubes (CNTs) in ultra-high performance concrete (UHPC): Dispersion, mechanical properties, and electromagnetic interference (EMI) shielding effectiveness (SE). Cement and Concrete Research, 131, 106017

Knuth, R.D, Margarete, R.F.G, Silva, R.M.E, & Knuth, F. A. (2016) reforço em compósito de cimento portland através da adição de nanotubos de carbono de paredes múltiplas. 140–144.

Konsta-Gdoutos, M. S., Metaxa, Z. S., & Shah, S. P. (2010) Highly dispersed carbon nanotube reinforced cement based materials. Cement and Concrete Research, 40(7), 1052–1059.

Koshio, A. et al. (2001) Uma maneira simples de reagir quimicamente Nanotubos de carbono de parede simples com materiais organicos usando a ultrasonificação. 1, 361–363

Lelusz, M. (2014) Carbon nanotubes influence on the compressive strength of cement composites. Technical Transactions, v. 2014, n. Civil Engeneering Issuet 1-B (5) 5–11

Lemes, Felix. (2016) Caracterização do comportamento mecânico e térmico de argamassas de cimento portland com adição de nanotubo de carbono. Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais 06 a 10 de Novembro de 2016, Natal, RN, Brasil. 22o CBECiMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Natal, RN, Brasil, (2), 4033–4044.

Li, H., Xiao, H. Gang, Ou, & Ping. J. (2004) A study on mechanical and pressure-sensitive properties of cement mortar with nanophase materials. Cement and Concrete Research, 34(3), 435–438, 2004.

Liew, K. M., Kai, M. F., & Zhang, L. W. (2016) Carbon nanotube reinforced cementitious composites: An overview. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 91, 301–323

Lourie, O., Cox, D. M., & Wagner, H. D. (1998) Buckling and collapse of embedded carbon nanotubes. Physical Review Letters, 81(8), 1638–1641.

Macleod, A. J. N. et al. (2019) Quantitative microstructural characterisation of Portland cement‑carbon nanotube composites using electron and x-ray microscopy. Cement and Concrete Research, 123, 105767

Makar, J. M., Margeson, J. C., & Luh, J. (2005) Carbon nanotube / cement composites - early results and potential applications. Construction, 2005.

Makar, J.M, & Beaudoin, J. J. (2007) Carbon Nanotubes and Their Application in the Construction Industry. (Institute for Research in Construction, National Research Council Canada 1200 Montreal Road, Ottawa, Ontario, 368

Marcondes, C. G. N., Medeiros, M. H. F., & Marques Filho, J., H. P. (2016) Carbon Nanotubes in Portland cement concrete: Influence of dispersion on mechanical properties and water absorption. Alconpat Journal, 5, 1–16.

Marcondes, C. (2012) Adição De Nanotubos De Carbono Em Concretos De Cimento Portland – Absorção, permeabilidade, penetração de cloretos e propriedades mecânicas. 3, 143, 2012.

Marcondes, C. (2015) Nanotubos de carbono em concreto de cimento portland: Influência da dispersão nas propriedades mecânicas e na absorção de água. Alconpat, 4, 140–156

Medeiros, M. H. F. et al. (2015) Compósitos de cimento Portland com adição de nanotubos de carbono ( NTC ): Propriedades no estado fresco e resistência à compressão Portland cement composites with carbon nanotubes ( CNT ) addition : Properties in freshly state and compressive strength. Revista Matéria, 20(1), 127–144

Mehta, P., & Monteiro, P, (2014) CONCRETO-Microestrutura- Propriedades e Materiais. v. 4, 2014.

Melo, V. S. (2009) Nanotecnologia Aplicada ao Concreto: Efeito da Mistura Física de Nanotubos de Carbono em Matrizes de Cimento Portland. 146.

Metaxa, Z. S., Konsta-Gdoutos, M. S., & Shah, S. P. (2013) Carbon nanofiber cementitious composites: Effect of debulking procedure on dispersion and reinforcing efficiency. Cement and Concrete Composites, 36(1), 25–32.

Mehta, P. K. et al. (2008) Microestrutura, propriedades e materiais. Microestrutura do Concreto, v. 37, n. 9, p. 21–202, 2008.

Mohsen, M. O. et al. (2019) Carbon nanotube effect on the ductility, flexural strength, and permeability of concrete. Journal of Nanomaterials, 1–12,

Parveen, S. et al. (2015) Microstructure and mechanical properties of carbon nanotube reinforced cementitious composites developed using a novel dispersion technique. Cement and Concrete Research, 73

Saez de Ibarra, Y. et al. (2006) Atomic force microscopy and nanoindentation of cement pastes with nanotube dispersions. Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science, 203(6), 1076–1081

Shah, S. P., & Konsta-Gdoutos, M. S. (2017) Uncoupling Modulus of Elasticity and Strength. Concrete International, 39(11), 37–42.

Shi, T. et al. (2019a) Research progress on CNTs/CNFs-modified cement-based composites – A review. Construction and Building Material.

Shi, T. et al. (2019b) FTIR study on early-age hydration of carbon nanotubes-modified cement-based materials. Advances in Cement Research, 31(8), 353–361

Sobolkina, A. et al. (2012) Dispersion of carbon nanotubes and its influence on the mechanical properties of the cement matrix. Cement and Concrete Composites, 34(10), 1104–1113, 2012.

Wang, B., Han, Y., & Liu, S. (2013) Effect of highly dispersed carbon nanotubes on the flexural toughness of cement-based composites. Construction and Building Materials, 46, 8–12

Downloads

Publicado

05/04/2022

Como Citar

KREMER, B. M. .; PACHECO, F.; EHRENBRING, H. Z. .; CHRIST, R.; FRACASSI, M. A. T. .; OLIVEIRA, M. F.; FUHR, M. I. Análise do comportamento mecânico da matriz de um compósito cimentício com adição de nanotubos de carbono (NTCs) dispersos com uso de ultrassom. Research, Society and Development, [S. l.], v. 11, n. 5, p. e24711528066, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i5.28066. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/28066. Acesso em: 17 jul. 2024.

Edição

Seção

Engenharias