Materiais e Métodos 1 Materiais

Os materiais utilizados serão caracterizados quanto à massa específica, determinada por meio da picnometria a gás hélio (AccuPyc II 1340 Micromeritics), distribuição do tamanho de partículas e diâmetro equivalente mediano (D50), obtidos por granulômetria à laser (granulômetro Mastersizer 2000), área superficial específica B.E.T. (Gemini 2370 V1.02 Micrometrics) e composição química por meio da fluorescência de raios X (FRX S2 Ranger Bruker)

A Tabela 1 apresenta a composição química do cimento utilizado, que atende aos limites da NBR 16697 [18], em relação ao teor de MgO (< 6,50%) e perda ao fogo (< 12,50%). No entanto, o teor de SO3 (5,16%) foi superior ao recomendado na NBR 16697 (< 4,50%).

Tabela 1. Composição química, em óxidos, do cimento.

Material Constituinte (%)

MgO Al2O3 SiO2 SO3 K2O CaO MnO Fe2O3 Outros PF* Cimento 3,79 3,57 15,70 5,16 1,73 59,12 0,06 2,96 0,32 7,48 *PF - Perda ao fogo.

Para a confecção das argamassas, foi utilizado o cimento CP II-F 32 com até 25% de filer calcário. Utilizou-se o nanotubo de carbono (NTC) de paredes múltiplas com e sem funcionalização com grau de pureza superior a 95% e relação comprimento/diâmetro entre 250- 1500, fabricado pela indústria chinesa Timesnano. O nanotubo de carbono funcionalizado (NTCF) utilizado possui grupos funcionais aderidos a sua superfície (-COOH). A areia utilizada é oriunda da região metropolitana de Salvador, pertencete a zona utilizável inferior. A caracterização dos materiais utilizados é apresentada na Tabela 2.

Tabela 2. Caracterização física dos materiais utilizados. Propriedade Cimento CP II-F 32 Areia NTC sem funcionalização NTC funcionalizado (NTCF) Massa Específica (g/cm3₎ 3,16 ± 0,01 2,65 ± 0,01 2,35 ± 0,01 2,38 ± 0,01

Área Superficial B.E.T

(m²/g) 1,64 ± 0,01 --- 96,78 ± 0,02 104,31 ± 0,03 D50 (μm) 17 --- --- --- Dimensão Máxima Característica (mm) --- 1,18 --- --- Módulo de Finura (MF) --- 1,75 --- --- 2.2 Métodos

2.2.1 Obtenção das Formulações e Moldagem dos corpos-de-prova

O traço de referência utilizado foi igual a 1,00 : 2,00 : 0,40 (cimento : areia : água). A este traço de referência foram incorporados nanotubos de carbono sem funcionalização (NTC) e funcionalizados (NTCF) nos teores de 0,050%, 0,075% e 0,100%, em relação à massa de cimento, totalizando 7 traços, conforme Tabela 3.

Tabela 3. Consumo dos materiais utilizados para as misturas produzidas, em kg/m³.

Nomenclatura Cimento NTC NTCF Areia Água Aditivo

REF 680,11 0,00 0,00 1360,22 272,04 1,11 NTC 0,050 680,01 0,34 0,00 1360,02 272,00 1,22 NTC 0,075 679,96 0,51 0,00 1359,92 271,98 1,30 NTC 0,100 679,92 0,68 0,00 1359,82 271,96 1,52 NTCF0,050 680,01 0,00 0,34 1360,03 272,01 1,22 NTCF0,075 679,96 0,00 0,51 1359,93 271,99 1,30 NTCF0,100 679,92 0,00 0,68 1359,83 271,97 1,52

Para a moldagem dos corpos de prova prismáticos, adicionou-se a quantidade de aditivo superplastificante, a base de policarboxilato, necessária para se obter um índice de consistência

(flow table) igual a 260 ± 10 mm. Este valor foi fixado com o intuito de evitar que a perda de plasticidade devida à adição de nanotubo de carbono influenciasse nas propriedades do estado endurecido. Vale ressaltar que a quantidade de aditivo utilizada não superou o mesmo teor limite proposto por Bogas et al. [10] para que ocorra uma dispersão eficiente, sendo utilizado no máximo o teor igual a 0,28% de aditivo superplastificante, em relação à massa de cimento. A relação areia/cimento foi definida como 2,0, com base em ensaios preliminares. Esta relação se mostrou adequada para atingir índices de consistência entre 260 ± 10 mm para todas as misturas utilizando teores de aditivo superplastificante dentro da faixa recomendada pelo fabricante (até 1,0%, em relação à massa de cimento).

2.2.2 Dispersão dos nanotubos e mistura das matrizes cimentícias

Antes de realizar a mistura completa, os nanotubos de carbono foram dispersos em uma solução contendo 25% da água da mistura e o aditivo superplastificante. Segundo Collins et al. [21], os aditivos à base de policarboxilato são efetivos em dispersar os NTC devido às interações entre os grupos não polares do aditivo e os nanotubos, enquanto os grupos polares são responsáveis por dispersar o cimento e a água, criando dispersões estáveis e promovendo maior fluidez à mistura. Reales et al. [22] analisaram a dispersão de NTC em matrizes cimentícias, utilizando surfactantes e água. No entanto, tem sido relatado que as dispersões com surfactantes podem retardar a reação de hidratação do cimento, atrasando o final do período de indução. Em virtude disso, Bogas et al. [10] recomendam a utilização dos policarboxilatos e uso do banho ultrassônico, a fim de promover uma dispersão mais eficiente.

A solução foi misturada em um agitador magnético por 30 minutos e, em seguida, esta mistura foi dispersa em um dispersor ultrassônico Yaxun, modelo 3560, com a frequência de 40 kHz e durante 60 minutos. Para evitar a segregação e aglomeração do NTC após o processo de dispersão, a solução foi utilizada para mistura das argamassas em, no máximo, 30 minutos após processo de dispersão.

A mistura das argamassas foi realizada em uma argamassadeira planetária de bancada, adotando- se, para isso, um procedimento de mistura adaptado da NBR 16541 [23].

Inicialmente foi feita a homogeneização dos materiais anidros (cimento e areia) em baixa velocidade, por 5 minutos. Em seguida, 70% da quantidade de água da mistura foi adicionada em 10 segundos, com o misturador em velocidade baixa. O misturador foi mantido na velocidade baixa por 30 segundos e, então, em velocidade alta por 60 segundos. Na sequência, o misturador foi desligado por 90 segundos, período em que se realizou a raspagem da superfície interna da cuba e da paleta da argamassadeira. Em seguida, o misturador foi ligado em velocidade baixa por mais 120 segundos, sendo os 25% da água, o aditivo superplastificante e o NTC adicionados durante os 10 primeiros segundos e os 5% restantes de água nos 10 segundos posteriores. Essa quantidade de água adicionada no final (5%) foi utilizada para “lavar” o recipiente no qual se encontrava a mistura com nanotubo de carbono, de forma a reduzir a quantidade de NTC aderida ao béquer.

2.2.3 Caracterização físico-mecânica das argamassas

Para a caracterização da argamassa no estado endurecido foram moldados corpos de prova prismáticos com dimensões de (40 x 40 x 160) mm³. Os corpos de prova permaneceram nas formas durante as primeiras 24 horas, sendo, então, desmoldados e imersos em água saturada com cal para a cura, até o momento da realização dos ensaios.

Para a determinação da porosidade aparente das argamassas após 28 dias de cura foram três corpos de prova de cada traço, por meio da aplicação do método baseado no princípio de Arquimedes, que consiste em aferir a massa seca (em estufa a 105°C), a massa imersa e a massa saturada do corpo de prova.

As resistências à tração na flexão e à compressão axial, aos 3, 7 e 28 dias, foram determinadas de acordo com a NBR 13279 [24]. Para tal, foi utilizada uma prensa servo-controlada CONTENCO 120T com capacidade de 120 tf. Para a determinação da resistência à tração, os corpos de prova foram posicionados no dispositivo de carga para ensaios à flexão em três pontos (distância entre apoios de 120 mm) e carregados até a ruptura a uma taxa de 50 N/s. As duas metades obtidas na ruptura à flexão de cada um dos corpos de prova foram, então, posicionados no dispositivo de carga para ensaios à compressão, com auxílio de placas quadradas de aço (40 mm de aresta) e carregados até a ruptura a uma taxa de 500 N/s.

3 Resultados e discussões

A Figura 1 apresenta os valores de porosidade aparente das argamassas produzidas com nanotubos de carbono funcionalizados (NTCF) e sem funcionalização (NTC).

Figura 1. Porosidade aparente das argamassas contendo adição de diferentes teores de nanotubos de carbono funcionalizados (NTCF) e sem funcionalização (NTC).

As argamassas com adições de NTC e NTCF não apresentaram variações significativas na porosidade aparente, conforme análise estatística apresentada na Tabela 4, em função da pequena quantidade que é inserida na matriz cimentícia e por não ser um material reativo e, consequentemente, não promove a formação de produtos como o C-S-H.

Tabela 4. Resumo da análise estatística ANOVA das propriedades de argamassas contendo NTC e NCTF quando comparadas as amostras de referência.

Propriedade SQ GL MQ F valor- P Fc Efeito Porosidade aparente NTC 0,27 3,00 0,09 2,74 0,11 4,07 Não NTCF 0,60 3,00 0,20 2,85 0,11 4,07 Não Tensão de tração na flexão NTC 12,44 3,00 4,15 147,79 0,01 4,07 Sim NTCF 16,07 3,00 5,36 131,49 0,01 4,07 Sim Resistência à compressão NTC 253,36 3,00 84,45 24,25 0,01 4,07 Sim NTCF 96,02 3,00 32,01 8,81 0,01 4,07 Sim

O mesmo comportamento também foi verificado para a adição de NTC’s funcionalizados (NTCF), na qual não ocorreu variação significativa na porosidade aparente entre as misturas produzidas.

A Figura 2 apresenta os valores de resistência à compressão e à tração na flexão de argamassas produzidas com NTC, com e sem funcionalização.

Figura 2. Resistência (A e C) à tração na flexão e (B e D) à compressão axial de argamassas contendo adição de diversos teores de nanotubos de carbono sem funcionalização (NTC) e funcionalizados (NTCF), respectivamente.

(a) (b)

(c) (d)

Em relação ao desempenho mecânico das argamassas, as adições de teores de NTC iguais a 0,050% e 0,075%, possibilitaram ganhos de 8,5% e 19,8%, na resistência à tração na flexão, respectivamente. Quando avaliada a resistência à compressão axial, o teor de 0,05% NTC’s estatisticamente não promoveu melhorias nesta propriedade e a adição de 0,075% NTC’s aumentou em 12,9% a resistência à compressão, quando comparada a mistura de referência.

Já com relação à funcionalização, as adições de teores de NTCF iguais a 0,050% e 0,075%, possibilitaram ganhos de 6,3% e 21,5%, na resistência à tração na flexão, e aumentos de 9,3% e 21,9% na resistência à compressão, respectivamente. Estas melhorias ocasionadas na resistência mecânica provavelmente foram resultado do efeito “ponte” de transferências de tensão, conforme também observado nos trabalhos de Abu Al-Rub et al. [25] e Hawreen et al. [8]. O preenchimento de nano-poros pelos nanotubos também contribuí para o aumento nas resistências [8]. Além disso, Nochaiya e Chaipanich [26] observaram uma boa interação entre os produtos de hidratação e os NTC’s dispersos, que foram vistos densamente inseridos entre o C- S-H e a portlandita, promovendo aumentos na resistência à compressão das argamassas produzidas.

Já para a argamassa com 0,1% de NTC’s (sem e com funcionalização), foram observadas reduções nos valores das propriedades mecânicas, em relação às argamassas com incorporação de 0,075% NTC’s, com exceção da resistência à compressão com o uso de NTC’s não funcionalizados, já que os resultados permaneceram estatisticamente similares. Esse comportamento é resultado da má dispersão dos nanotubos, resultando em aglomerados. Esses aglomerados são estruturas porosas que pouco contribuem para a resistência mecânica e são responsáveis por aumentar a porosidade da argamassa e a absorção de água por capilaridade. Além disso, podem resultar em aumentos em tensões locais, reduzindo o efeito ponte de transferência de tensão e, consequentemente, a resistência mecânica da matriz [21].

De forma geral, independentemente do tipo de nanotubo de carbono utilizado, o teor que possibilitou melhor desempenho nas propriedades mecânicas da matriz avaliada foi o teor de 0,075%. Contudo, os NTCF não apresentaram melhorias expressivas quando comparados aos NTC’s sem funcionalização, indicando que a adesão de carboxilas (-COOH) na superfície do NTC não contribuiu para sua dispersão na matriz à base de cimento, sendo um produto com maior custo e que não promoveu melhorias adequadas.

Carriço et al. [9] encontraram resultados semelhantes a este ao estudar matrizes contendo NTC’s com e sem funcionalização. Segundo os autores, esta pequena variação entre os resultados pode ter ocorrido em função do emprego do aditivo a base de policarboxilato (que tem como finalidade melhorar a dispersão em meio líquido), uma vez que, o tamanho das moléculas do

matriz cimentícia, tornando a aderência ineficaz para melhorias de desempenho. Ainda, os autores relatam também que a combinação de tratamentos para dispersão (aderência de grupos funcionais e sonicação) pode amplificar possíveis defeitos estruturais pré-existentes nos NTC’s, o que pode acarretar em perda de desempenho do nanomaterial.

4 Conclusões

A partir dos resultados obtidos durante o programa experimental e análises realizadas ao longo do estudo, pode-se concluir que:

• A adição de nanotubos de carbono não funcionalizado e funcionalizado, dispersos em aditivos a base de plicarboxilatos, possibilitou melhorias estatisticamente significativas no desempenho mecânico de argamassas, promovendo aumentos de até 21,5% e 21,9% na tração na flexão e resistência à compressão, respectivamente;

• Não foi possível observar diferença significativa na utilização do NTCF, quando comparado ao NTC sem funcionalização, devido ao modo de dispersão não ser o adequado para este nanomaterial;

• Em ambos nanomateriais empregados, para a forma de dispersão empregada, o teor ótimo de incorporação de NTC foi igual a 0,075%.

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TEMÁTICA 02

DURABILIDADE DAS