Eficiência de argamassas de reparo com nano materiais : propriedades mecânicas, durabilidade e com microestrutura

Abstract

Resumo: Materiais de reparo em vertedouros de barragem, pavimentação, ou ambientes em exposição à radiação solar estão submetidos à ciclos de aquecimento e resfriamento devido as variações de temperatura diárias, ocasionando tensões térmicas no compósito que podem acarretar a perda de aderência entre esse e o substrato de concreto, impactando na sua eficiência. Os nano materiais são partículas com dimensões nanométricas que atuam no refinamento do esqueleto granular de compósitos cimentícios melhorando suas propriedades físicas e mecânicas, assim como os parâmetros de durabilidade. O objetivo principal desse estudo é avaliar a eficiência de argamassas de reparo com nano partículas de nanotubos de carbono e nanossílica, combinadas com micropartículas de grafeno e sílica ativa e microfibras de polipropileno, avaliando-se suas propriedades mecânicas, durabilidade e microestrutura. Para tal, as argamassas foram caracterizadas no estado fresco pela densidade aparente e consistência. No estado endurecido, foram avaliadas à retração por secagem, absorção de água, resistência à compressão, resistência à tração na flexão, módulo de elasticidade estático, coeficiente de expansão térmica, resistividade elétrica superficial, aderência e microestrutura. Ademais, as argamassas foram submetidas ao envelhecimento higrotérmico e os efeitos nas propriedades supracitadas foram avaliadas. Os resultados apontaram que as partículas de grafeno e dos nanotubos foram as mais eficientes em termos de melhoria das propriedades mecânicas. Já quanto à durabilidade, as argamassas com sílica ativa apresentaram incrementos da resistividade de até 69,49% em relação à mistura de referência. A avaliação da microestrutura demonstrou interação e aglutinação entre os produtos de hidratação do cimento Portland e as nano partículas de nanotubo de carbono e micropartículas de grafeno. A argamassa com maior eficiência frente os ciclos higrotérmicos foi a mistura com 0,02% de nanotubos. Esta mistura não apresentou reduções nas propriedades físicas, nomeadamente, absorção, resistência à compressão, resistência à tração na flexão e módulo de elasticidade após a aplicação do envelhecimento higrotérmico.

Abstract: Repair materials in dam spillways, pavements, or environments exposed to solar radiation are submitted to heating and cooling cycles due to daily temperature fluctuations. These phenomena cause thermal stresses in the composite that can lead to a loss of adhesion between it and the concrete substrate, impacting its efficiency. The nanomaterials are particles with nanometric dimensions that act on the packing of the cementitious composite granular skeleton, thus improving their physical and mechanical properties and durability parameters. The main objective of this study is to evaluate the efficiency concerned mechanical properties, durability, and microstructure of repair mortars with nanoparticles such as carbon nanotubes and nano-silica combined with microparticles of graphene and silica fume and polypropylene microfibers. The mortars were analyzed concerning their fresh state by bulk density and consistency. In the hardened state, the properties evaluated were the drying shrinkage, water absorption, compressive strength, flexural tensile strength, static modulus of elasticity, coefficient of thermal expansion, surface electrical resistivity, adhesion, and microstructure. Furthermore, the mortars were submitted to hygrothermal aging, and the effects on the aforementioned properties were evaluated. The results indicated that the graphene and nanotube particles were the most efficient in improving the mechanical properties. As for durability, the mortars with silica fume presented an increase in resistivity of up to 69.49% concerned with the reference mixture. The evaluation of the microstructure showed interaction and agglutination between the hydration products of Portland cement and carbon nanotube nanoparticles and graphene micro-particles. The mortar with the highest efficiency against hygrothermal cycles was the mixture with 0.02% of nanotubes. This mixture showed no reduction in physical properties, including absorption, compressive strength, flexural tensile strength, and modulus of elasticity after hygrothermal aging.