Efeitos da incorporação de whiskers de carbeto de silicio em matrizes geopoliméricas a base de metacaulim

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Taborda Barraza, Madeleing
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/247576
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2023.
id UFSC_da6ffcf24eabe008be7f53aee5a03aa2
oai_identifier_str oai:repositorio.ufsc.br:123456789/247576
network_acronym_str UFSC
network_name_str Repositório Institucional da UFSC
repository_id_str 2373
spelling Efeitos da incorporação de whiskers de carbeto de silicio em matrizes geopoliméricas a base de metacaulimEngenharia civilPolímeros inorgânicosMateriais nanoestruturadosPolímeros inorgânicosCimentoTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2023.A incorporação de nanomateriais em matrizes geopoliméricas é uma tendência crescente e diversificada. Essa abordagem visa melhorias no desempenho mecânico da matriz, especificamente em relação às resistências à flexão e à compressão. Um nanomaterial atuando como material de reforço, com módulo de elasticidade, resistência à flexão e dureza maior que a matriz de base, foi introduzido em diferentes proporções e em duas matrizes, a base de metacaulim, com molaridades diferentes: uma principal de 13 M de NaOH e outra alternativa de 6 M de NaOH, obtendo respostas diferentes no seu desempenho mecânico e na sua estabilidade química. A adição de whiskers de Carbeto de Silício (WCS), em teores de 0,10%, 0,20% e 0,50% em massa, na primeira matriz geopolimérica produzida com um metacaulim comercial resultou em incrementos significativos nas resistências à compressão (Rc) e flexão (Rf) no primeiro dia de avaliação (aprox. 20% para Rc e 70% para Rf). Entretanto, esses incrementos nas propriedades mecânicas progressivamente reduziram ao longo do tempo, o que levou aos seguintes questionamentos sobre a compatibilidade química do compósito: A matriz apresentou alterações químicas com o tempo? Ou a estabilidade química dos WCS foi afetada pelo ambiente alcalino das reações? As análises de difração de raios-X (DRX), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) levaram à verificação de uma das hipóteses levantadas. A formação da fase carbonato de sódio provocou o início das quedas do desempenho mecânico do compósito, porém a incorporação dos WCS contrapõe este efeito do carbonato na matriz quando adicionados teores de 0,20% e 0,50%. Paralelamente, foi identificada a presença de SiO2 cristalina junto aos WCS que parcialmente favoreceu a absorção de grupos Na2O da solução ativadora e, consequentemente, levou à formação de gel silicato na superfície dos WCS. Desta forma, os WCS atuaram como pontos de nucleação das reações em estado fresco deste sistema para percentuais de adição de até 0,20% (em massa). Entretanto, o compósito ainda apresentou instabilidade física após 28 dias. Em contrapartida, com o intuito de avaliar a estabilidade do compósito geopolimérico e o efeito da adição dos WCS, uma segunda matriz foi produzida utilizando um metacaulim calcinado em laboratório. Esta nova matriz de referência apresentou porosidade inferior, menor concentração de íons Na+ livres e uma reatividade mais lenta em comparação à primeira matriz avaliada. Essas características resultaram em um desempenho mecânico oposto em comparação à matriz com metacaulim comercial, ou seja, a incorporação de WCS resultou em valores de Rc e Rf similares à matriz de referência para o primeiro dia avaliado, porém aos 28 dias foram observados incrementos significativos para ambos os parâmetros (35% para Rc e 17% para Rf). Estas propriedades mecânicas se mantiveram estáveis aos 56 dias. Nesta nova matriz não foi identificada alguma fase carbonato ou cristalina até os 56 dias, indicando estabilidade química da matriz. Finalmente foi definido um teor ótimo de adição dos WCS para o desempenho mecânico em ambas as matrizes.Abstract: The incorporation of nanomaterials in geopolymer matrices is a growing trend. This approach aims to improve the mechanical performance of the matrix, specifically for flexural and compressive strengths. A nanomaterial acting as a reinforcement material, with the modulus of elasticity, resistance to flexion, and hardness more significant than the base matrix, was introduced in different proportions and in two matrices, based on metakaolin, with different molarities: the principal made of 13 M of NaOH and other 4 M NaOH alternative, obtaining different responses at mechanical performance and chemical stability. The addition of Silicon Carbide Whiskers (SCW), in 0.10%, 0.20%, and 0.50% wt, into a commercial metakaolin-based geopolymer, resulted in significant increases in compressive (Rc) and flexural (Rf) strengths on the first day of evaluation (aprox. 20% for Rc and 70% for Rf). However, these increases progressively were reduced over time, which led to the following questions about the chemical compatibility of the composite: Did the matrix show chemical changes over time? Or was the chemical stability of WCS affected by the alkaline environment of reactions? X-ray diffraction (XRD) analysis, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and scanning electron microscopy (SEM) allowed the verification of one of the hypotheses raised. The formation of the sodium carbonate phase caused a decrease in the mechanical performance of the composite; nevertheless, the incorporation of SCW counteracts its deleterious effect, when was add 0.20% and 0.50% SCW. In other matters, it was identified the presence of crystalline SiO2 on SCW surface that allowed the absorption of Na2O groups from the activator solution and, consequently, led to the formation of silicate gel on the surface of the SCW. In this way, the SCW acted as nucleation points of the reactions in fresh state for this system, for addition percentages up to 0.20% (by mass). Even so, the composite showed physical instability after 28 days. In contrast, to evaluate the stability of the composite and the effect of SCW on it, another matrix was manufactured under other conditions, using a metakaolin calcined in laboratory. This new reference matrix showed lower porosity, lower concentration of free Na+ ions, and slower reactivity compared to the first one. These characteristics caused an opposite mechanical performance compared to the matrix with commercial metakaolin: Rc and Rf had similar values to the reference matrix, at the first age evaluated, but at 28 days significant increases were observed for both parameters (35% for Rc and 17% for Rf). These mechanical properties remained stable at 56 days. This new matrix did not identify any carbonate or crystalline phase until 56 days, suggesting the chemical stability of the matrix. Finally, was defined an optimum quantity of SCW's addition for the mechanical performance in both systemsGleize, Philippe Jean PaulUniversidade Federal de Santa CatarinaTaborda Barraza, Madeleing2023-06-28T18:26:48Z2023-06-28T18:26:48Z2023info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis165 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf381312https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/247576porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-06-28T18:26:48Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/247576Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732023-06-28T18:26:48Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
dc.title.none.fl_str_mv Efeitos da incorporação de whiskers de carbeto de silicio em matrizes geopoliméricas a base de metacaulim
title Efeitos da incorporação de whiskers de carbeto de silicio em matrizes geopoliméricas a base de metacaulim
spellingShingle Efeitos da incorporação de whiskers de carbeto de silicio em matrizes geopoliméricas a base de metacaulim
Taborda Barraza, Madeleing
Engenharia civil
Polímeros inorgânicos
Materiais nanoestruturados
Polímeros inorgânicos
Cimento
title_short Efeitos da incorporação de whiskers de carbeto de silicio em matrizes geopoliméricas a base de metacaulim
title_full Efeitos da incorporação de whiskers de carbeto de silicio em matrizes geopoliméricas a base de metacaulim
title_fullStr Efeitos da incorporação de whiskers de carbeto de silicio em matrizes geopoliméricas a base de metacaulim
title_full_unstemmed Efeitos da incorporação de whiskers de carbeto de silicio em matrizes geopoliméricas a base de metacaulim
title_sort Efeitos da incorporação de whiskers de carbeto de silicio em matrizes geopoliméricas a base de metacaulim
author Taborda Barraza, Madeleing
author_facet Taborda Barraza, Madeleing
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Gleize, Philippe Jean Paul
Universidade Federal de Santa Catarina
dc.contributor.author.fl_str_mv Taborda Barraza, Madeleing
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia civil
Polímeros inorgânicos
Materiais nanoestruturados
Polímeros inorgânicos
Cimento
topic Engenharia civil
Polímeros inorgânicos
Materiais nanoestruturados
Polímeros inorgânicos
Cimento
description Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2023.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-06-28T18:26:48Z
2023-06-28T18:26:48Z
2023
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv 381312
https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/247576
identifier_str_mv 381312
url https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/247576
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 165 p.| il., gráfs., tabs.
application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSC
instname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron:UFSC
instname_str Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron_str UFSC
institution UFSC
reponame_str Repositório Institucional da UFSC
collection Repositório Institucional da UFSC
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1808652182990356480

Registros relacionados