Autocicatrização autônoma de concretos com adição de nanorreservatórios de sílica e LDHS de nitrito sujeitos à ação de íons cloreto ou sulfato

Abstract

Resumo: Uma das formas de desenvolvimento do setor da construção civil é o aperfeiçoamento dos materiais já existentes. No que concerne a isso, a nanotecnologia aparece nas pesquisas recentes com resultados promissores em diversos campos, com destaque para o seu uso em conjunto com o concreto. A incorporação em concreto dos materiais em escala nanométrica vêm sendo amplamente explorada pela capacidade desses, devido ao seu tamanho reduzido e a singularidade de suas características, de melhorar ou até originar novas propriedades no compósito. Essas melhorias podem abranger as características mecânicas, físicas, químicas, promover a recuperação de fissuras e a inibição ou a mitigação de algumas manifestações patológicas, dependendo do nanomaterial adicionado. No que se refere a recuperação de fissuras, induzir a propriedade de autocicatrização autônoma na dosagem do concreto é promissor para reduzir a entrada de íons agressivos por esses caminhos preferenciais e, ainda, produzir compostos secundários na matriz cimentícia, os quais podem impactar de diferentes maneiras no compósito. Sendo assim, no presente trabalho foram moldados corpos de prova de concreto contendo adição de 3% e 6% (em relação a massa de cimento) de nanorreservatórios de sílica e LDHs com nitrito, além de um concreto de referência, com o intuito de avaliar os efeitos dos nanomateriais nas propriedades do concreto endurecido e sua resposta frente ao aparecimento de fissuras e à exposição a ambientes agressivos. Para esse fim foram avaliados os aspectos mecânicos (resistência à compressão, módulo de elasticidade estático e resistência à tração), físico-químicos (absorção de água por capilaridade, resistividade elétrica, velocidade de propagação ultrassônica, difratometria de raios-X e espectroscopia de impedância eletroquímica) e microestruturais (microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura) dos concretos ao longo do tempo, antes e após fissuração, com exposição em meios contendo íons cloreto ou sulfato, em câmara úmida e ambiente externo. A adição dos LDHs com nitrito proporcionou um aumento nos valores de resistência à compressão dos concretos, enquanto as misturas contendo as nanocápsulas de sílica apresentaram valores elevados de resistência elétrica superficial. A densificação da zona de interface pasta/agregado, ocasionada pela adição dos nanomateriais, foi identificada nas imagens de microscopia eletrônica para ambas as adições. Pela análise de espectroscopia de impedância eletroquímica foi possível detectar o momento de troca iônica realizada pelos nanorreservatórios do tipo LDHs de nitrito quanto estão em contato com íons cloreto ou sulfato. Em relação a autocicatrização, foi constatada que ambos os nanomateriais atuaram formando produtos secundários no interior das fissuras, sendo as cicatrizações mais significativas foram nas exposições em câmara úmida e em contato com os íons cloreto. Em vista dos resultados obtidos, as nanocápsulas de sílica e os LDHs de nitrito tem potencial para serem empregados como materiais autocicatrizantes em concretos expostos a diferentes ambientes. Palavras-chave: Autocicatrização. Concreto. Hidróxidos Duplos Lamelares. Nanocápsulas de sílica.

Abstract: One way of developing the construction industry is the improvement of existing materials. Regarding this refinement, nanotechnology appears in recent studies with promising results in several fields, with emphasis on its use in conjunction with concrete. The incorporation of nanoscale materials in concrete has been widely explored because of their ability to enhance or even give rise to new properties in the composite due to their reduced dimensions and unique characteristics. These improvements may include mechanical and physico-chemical properties, can promote crack healing, and the inhibition or mitigation of pathological manifestations depending on the added nanomaterial. Concerning crack recovery, induce the autonomous selfhealing property in the concrete dosage is promising to reduce aggressive ions entrance, by these preferential paths, and also to produce secondary compounds in the cement matrix, which can impact the composite in different ways. In the present work, concrete specimens containing 3% and 6% (in relation to the cement mass) of silica nanorreservatories and LDHs with nitrite were produced, in addition to a reference concrete, to evaluate the effects of nanomaterials on concrete properties and their response to cracks and aggressive environments exposure. For this purpose, mechanical (compressive strength, static modulus of elasticity and tensile strength), physicochemical (water absorption by capillarity, electrical resistivity, ultrasonic propagation velocity, X-ray diffractometry and electrochemical impedance spectroscopy) and microstructural (optical microscopy and scanning electron microscopy) properties to these concretes were evaluated over time, before and after cracking, with exposure to environments containing chloride or sulfate ions, wet chamber and external environment. The LDHs with nitrite provided an increase in the compressive strength values, while the mixtures containing the silica nanocapsules presented high values of electrical resistivity. The densification of the paste/aggregate interface, caused by the added nanomaterials, was identified in the SEM images for both additions. By the EIS results it was possible to detect the ion exchange performed by the LDHs when they are in contact with chloride or sulphate ions. On self-healing results, it was observed that both nanomaterials acted producing secondary compounds inside the fissures, and the most significant cicatrizations were in the exposure in wet chamber and in contact with chloride ions. In view of the obtained results, silica nanocapsules and LDHs with nitrite have the potential to be used as selfhealing materials in concretes exposed to different environments. Keywords: Self-healing. Nanotechnology. Concrete. Layered double hydroxides. Silica nanocapsules.