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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
SILAS DE ANDRADE PINTO
INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE NANOTUBOS DE CARBONO (NTC) NA DURABILIDADE DE MATRIZES CIMENTÍCIAS
Salvador
2018
SILAS DE ANDRADE PINTO
INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE NANOTUBO DE CARBONO (NTC) NA DURABILIDADE DE MATRIZES CIMENTÍCIAS
Projeto de Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, como requisito obrigatório para obtenção do título de Doutor em Engenharia Civil.
Orientador(a): Prof. Dr. Daniel Véras Ribeiro
Coorientador(a): Prof. Dr. Cléber Marcos Ribeiro Dias
Agência Financiadora: FAPESB
Salvador
2018
RESUMO
À medida que a ciência avança, novas tecnologias são criadas em diversas áreas de
estudo, incluindo a nanotecnologia e, à medida que esses campos se tornam mais
especializados, levam a novos caminhos de investigação. Nas últimas décadas, a
nanotecnologia tem crescido em vários setores, como energia, química, agricultura,
aeroespacial, saúde e outros, incluindo a produção de clínqueres e incorporação a
matrizes à base de cimento. Entretanto, há a necessidade do entendimento da ação
destes nanomateriais nas principais propriedades das matrizes cimentícias, tais como
reologia, desempenho mecânico e, principalmente, durabilidade. Entre os diversos
tipos de nanomateriais, os nanotubos de carbono (NTC) apresentam propriedades
intrínsecas que favorecem a sua utilização em argamassas e concretos, contudo,
devido às dificuldades de dispersão do NTC em água, observa-se a necessidade de
utilização de técnicas alternativas para obtenção de matrizes homogêneas e de boa
qualidade. Diversos estudos recentes mostram o efeito benéfico do NTC quando
adicionado à matrizes cimentícias, todavia, os estudos de durabilidades são ainda
escassos e precários. Desta forma, este trabalho visa a utilizar de técnicas de
avaliação da durabilidade em matrizes cimentícias para análise de teores ótimo de
NTC e seu comportamento quando utilizado de forma combinada ao metacaulim, por
meio de ensaios de migração de íons cloro, potencial de corrosão, espectroscopia de
impedância eletroquímica (EIE), resistividade elétrica e resistência à ciclagem gelo-
degelo. Espera-se, assim, analisar a influência do NTC nas propriedades do concreto,
determinando os teores ótimos de utilização e, principalmente, a sua durabilidade.
Palavras-chave: Nanotubos de carbono (NTC); Durabilidade; Nanotecnologia; Íons
Cloro; Carbonatação.
ABSTRACT
As a result of the new technologies, new windows were opened to researchers in
various fields of study, including nanotechnology. As science advances, these fields
are becoming more specialized, leading to new avenues of research. In the last
decades, nanotechnology has grown in several sectors, such as energy, chemistry,
agriculture, aerospace, health and others, reaching cement-based matrices, these
building materials being widely used. However, there is a need for an adequate
understanding of the nanomaterials used in cement matrices, both in terms of
mechanical performance and durability. Thus, among the different types of
nanomaterials, the carbon nanotube (NTC) presents intrinsic properties that favor its
use in mortars and concretes. However, there are difficulties in dispersing the NTC in
water, and there is a need for alternative techniques to improve dispersion. The
beneficial effect of NTC is well-dispersed in the mechanical properties of cementitious
matrices, however, the studies of durability are scarce and punctual, with no precise
determination of which types of contaminants NTC would be well used. In this way,
this work aims to use the techniques of evaluation of the durability in cementitious
matrices for analysis of NTC optimum contents and its behavior when used in
combination with Metacaulim using the migration tests of chlorine ions, corrosion
potential, EIA, resistivity and analysis of ice and thaw cycles. After the application of
the methodology, it is expected to analyze the influence of the NTC determining optimal
utilization levels, the effect of Metacaulim on the properties of the matrix containing the
nanoreforço and its ideal contents, as well as to identify the appropriate NTC
applications regarding the durability of the matrices the Portland cement base.
Keywords: Carbon nanotube. Durability. Nanotechnology. Chlorides. Carbonation.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .............................................................................................. 1
2 JUSTIFICATIVA ............................................................................................ 3
3 OBJETIVOS .................................................................................................. 4
3.1. OBJETIVO GERAL ..................................................................................... 4
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................... 4
4 REVISÃO DA LITERATURA ......................................................................... 5
4.1. MICROESTRUTURA DE MATRIZES CIMENTÍCIAS ............................... 5
4.2. NANOTUBO DE CARBONO (NTC) ......................................................... 8
4.2.1. Efeitos da adição do NTC em matrizes cimentícias ........................... 10
4.2.2. Dispersão do NTC na matriz cimentícia ............................................. 11
4.3. DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS E VIDA ÚTIL ................................ 12
5 MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................... 18
5.1. MATERIAIS .............................................................................................. 18
5.1.1. Cimento ............................................................................................... 18
5.1.2. Agregado miúdo .................................................................................. 18
5.1.3. Agregado graúdo ................................................................................ 18
5.1.4. Aditivo ................................................................................................. 18
5.1.5. Água ................................................................................................... 18
5.1.6. Aço ...................................................................................................... 19
5.1.7. Nanotubo de Carbono (NTC) .............................................................. 19
5.1.8.Metacaulim ........................................................................................... 19
5.2. MÉTODOS ............................................................................................... 19
5.2.1. Caracterização dos insumos .............................................................. 21
5.2.2. Dispersão do NTC em matrizes cimentícias....................................... 23
5.2.3. Caracterização no estado endurecido ................................................ 23
5.2.4. Ensaios de durabilidade em matrizes cimentícias .............................. 25
6 RESULTADOS ESPERADOS ..................................................................... 32
7 IMPACTOS .................................................................................................. 33
7.1. IMPACTOS ACADÊMICOS ...................................................................... 33
7.2. IMPACTOS CIETÍFICOS .......................................................................... 33
7.3. IMPACTOS TECNOLÓGICOS ................................................................. 33
7.4. IMPACTOS AMBIENTAIS ........................................................................ 34
7.5. IMPACTOS SOCIAIS ............................................................................... 34
8 REFERÊNCIAS ........................................................................................... 35
9 CRONOGRAMA ......................................................................................... 38
1
1 INTRODUÇÃO
Começar falando uns dois parágrafos sobre NTC e suas aplicações, em
geral. Pode incorporar este trecho no 1º: Em 1991, decorrente de pesquisas
realizadas por Iijima (1991), descobriu-se uma forma de carbono com estrutura
tubular que possui propriedades intrínsecas superiores aos materiais já citados.
O concreto é um material utilizado em larga escala, em todo o mundo, para
a edificação de diversos tipos de empreendimentos. O principal constituinte do
concreto, o cimento Portland, é responsável, em sua produção, pela emissão de
grande quantidade de dióxido de carbono (CO2) para a atmosfera.
Diversos autores (MELO, 2009; LACERDA, 2017; PARVEEN et al., 2013;
CAMACHO et al., 2014; RASHAD, 2017) estudaram os efeitos da adição do NTC
na resistência mecânica do concreto e os métodos mais eficazes de dispersão
destes NTC. FALAR UM POUCO MAIS NESTA LINHA AQUI
As estruturas de concreto podem sofrer diversas formas de degradação,
trazendo riscos de segurança aos usuários, além de um maior consumo deste
material na realização de reparos, causando, assim, um grande impacto ao meio
ambiente. Estes fenômenos de degradação são, geralmente, consequência da
ação de substâncias nocivas que penetram por meio dos seus poros, chegando à
armadura.
Segundo Ribeiro et al. (2010a), nos ambientes urbanos e sem elevada
concentração de cloretos, a carbonatação é, geralmente, o principal fenômeno
responsável por desencadear a corrosão. De acordo com estudos de Vilasboas
(2013), regiões litorâneas que possuam direção de vento voltados para a região
costeira possuem grandes problemas patológicos em virtude da ação dos íons
cloro na despassivação das armaduras de concreto armado.
Segundo Grochoski e Helene (2008), mais de 15% dos recursos totais
investidos pela indústria da construção civil estão associados a gastos com
reparos e manutenção, podendo superar o montante gasto com novas
construções. Assim, é crescente a necessidade de desenvolvimento de materiais
que aumentem a durabilidade da matriz cimentícia, quanto à penetração dos
agentes agressores.
2
Diversas pesquisas (SHI et al., 2012, SIDDIQUE, 2011 e MOTA, 2016)
mostraram a influência de adições como microssílica, metacaulim e cinza de
eucalipto nos ensaios de durabilidade, evidenciando que adições crescentes
alteram a microestrutura do material, refinando os poros (ações pozolânicas e
efeito filler) e pela presença de aluminatos, no metacaulim, que contribuem para
retardar a penetração de íons cloro, devido à formação de cloroaluminatos.
Neste contexto, a busca por materiais que possam contribuir para a melhoria
do desempenho de estruturas chegaram a níveis nanométricos, com a utilização
da nanosílica e do nanotubos de carbono (NTC). Assim, há uma necessidade de
compreensão dos efeitos na ação dos NTC na durabilidade de matrizes
cimentícias.
A presente pesquisa... FALAR UM POUCO A RESPEITO DA PROPOSTA
DE SUA PESQUISA.
3
2 JUSTIFICATIVA
A nanotecnologia vem sendo empregada em diversas áreas de
conhecimento, no entanto, ainda são incertas as suas influências no desempenho
de matrizes cimentícias e a sua eficácia, em comparação com áreas já
consolidadas de aplicação, tais como biomedicina e eletrônica, nas quais os
nanomateriais são adotados com sucesso (PAUL et al., 2018).
Pesquisa recente (AYDIN, NASL E KOTAN, 2018) mostrou que a inserção
de nanopartículas em pastas, argamassas e concretos, influencia notavelmente
as propriedades mecânicas e a durabilidade do concreto.
Melo (2009), Parveen et al. (2013) e Reales e Toledo Filho (2017) indicam
que o grande desafio de se utilizar nanotubos de carbono (NTC) como adição a
matrizes cimentícias está em homogeneizar adequadamente a mistura, uma vez
que há uma tendência natural à aglomeração. Desta forma, as pesquisas ligadas
à utilização de NTC focam, predominantemente, nas formas de dispersão e em
sua influência nas propriedades mecânicas de matrizes cimentícias.
Conforme destacado por Reales e Toledo Filho (2017), há uma escassez de
estudos que comprovem a influência da adição de NTC na durabilidade de
compósitos de base cimentícia. Assim, a necessidade de estudos que visem a
análise da durabilidades destes materiais se torna evidente, visando fornecer ao
meio cientifico resultados que contribuam para a utilização deste material de forma
adequada, quando destinado a fins estruturais, contemplando os critérios de um
desejado desempenho e vida útil.
4
3 OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GERAL
O objetivo deste trabalho é avaliar a influência dos nanotubos de carbono
(NTC) no desempenho e na durabilidade de matrizes cimentícias, quanto à
penetração de íons cloro, carbonatação e ciclagem gelo-degelo.
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Os objetivos específicos deste trabalho são:
• Determinar um teor ótimo de adição de NTC em matrizes cimentícias;
• Avaliar a influência do NTC na difusividade de agentes agressivos ao
concreto, tais como íons cloro e CO2;
• Avaliar a capacidade de dissipação das tensões provenientes da ação
de ciclagem gelo-degelo;
• Observar se a elevada condutibilidade elétrica dos NTC influência
significativamente nas propriedades eletroquímicas da matriz cimentícia;
• Avaliar a influência do metacaulim nas propriedades da matriz reforçada
com NTC.
5
4 REVISÃO DA LITERATURA
4.1. MICROESTRUTURA DE MATRIZES CIMENTÍCIAS
Os materiais oriundos de matrizes cimentícias, tais como argamassas e
concretos, são constituídos por agregados (miúdo/graúdo), cimento Portland,
aditivos, adições e água. Com o intuito de deixar o concreto trabalhável, a
quantidade de água adicionada à massa é muito maior do que a necessária para
a completa hidratação do cimento. Esta água em excesso vem a evaporar
deixando vazios ou poros, que têm grande importância na durabilidade do
concreto, pois, é através dos caminhos formados por estes poros que todos os
contaminantes nocivos ao concreto armado penetram no material, causando
efeitos como a redução do pH do concreto, devido às reações de carbonatação
que consomem hidróxidos responsáveis pelo caráter alcalino, catalisando o
processo de corrosão do aço pela ação dos íons cloro.
Segundo Fusco (2008), os poros existentes nos materiais são classificados
segundo a sua dimensão e podem ser: poros de compactação, devido ao
adensamento da massa; poros de ar incorporados, presentes em função de
aditivos incorporadores de ar; poros capilares, formados devidos à saída da água
livre presente na massa; e poros de gel, formados por meio da retração química
do cimento e formação e precipitação dos hidratos na pasta. Ademais, para Haung
et al. (2015), os poros capilares podem ser classificados como pequenos ou
grandes devido a sua variação de tamanho, cujos valores, incluindo a variação
dos poros capilares, são apresentados na Tabela 4.1.
Tabela 4.1. Dimensões dos tipos de poros existentes nos materiais.
Tipos de poros Dimensões (nm)
Poros de ar incorporado > 104
Poros capilares grandes 50 a 104
Poros capilares pequenos 2,5 a 50
Poros de gel C-S-H < 2,5
Fonte (Haung et al., 2015)
6
Por possuírem tamanhos muito pequenos e por serem formados
isoladamente, os poros de gel não são tão importantes no estudo da durabilidade
das matrizes cimentícias. A Figura 4.1 apresenta, de forma esquemática, os tipos
de poros presentes nas matrizes cimentícias.
O tamanho dos poros influencia diretamente no tipo de mecanismo que irá
transportar o agente externo ao interior do concreto. Esta distribuição dos
tamanhos de poros juntamente com o mecanismo de transporte preponderante é
apresentada na Figura 4.2, na qual pode ser observada a importância dos poros
capilares e macroporos para a durabilidade já que, devido ao seu tamanho e por
formar caminhos intercomunicáveis, estes são os maiores responsáveis por
favorecer a entrada dos agentes externos. Estes poros possibilitam o transporte
por meio da permeabilidade, absorção capilar e difusão.
Figura 4.1. Distribuição dos tamanhos de poros.
Fonte (Adaptado de CEB Nº 183,1997).
7
Figura 4.2. Mecanismo predominante de transporte de massa em função das dimensões dos poros.
Fonte (Meng, 1994).
A microestrutura de um concreto pode ser dividida em três zonas distintas,
sendo elas, a zona da pasta (matriz), a zona do agregado e, por último, uma zona
intermediária, que possui alta importância para a durabilidade do material,
denominada de zona de transição. Apesar de constituição semelhante à da matriz,
a zona de transição (Figura 4.3) é a região mais frágil do concreto, devido à
formação de uma película de água adsorvida pelo agregado que faz com que esta
zona de transição possua uma elevada relação água/cimento e,
consequentemente, possua uma maior porosidade em comparação à matriz
(Ollivier, 1995; Mehta; Monteiro, 2014). Esta película adsorvida contribui, ainda,
para a cristalização do hidróxido de cálcio e da etringita, que possuem dimensões
maiores, quando comparados aos outros cristais formados durante a hidratação,
e orientação predominante nesta região de transição, contribuindo, assim, para a
diminuição da densidade desta zona. Segundo Yang (2013) e Ollivier (1995), a
extensão da zona de transição varia de 20 µm a 30 µm.
8
Figura 4.3. Representação esquemática das zonas existentes no concreto.
Fonte (Mehta e Monteiro, 2014).
Esta zona de interface possui grande influência no transporte de
contaminantes, como, por exemplo, os íons cloro que, por meio do processo de
difusão, atravessam o interior da massa de concreto, principalmente por estas
zonas de maior porosidade, atingindo profundidades maiores e reduzindo, assim,
a durabilidade do concreto.
4.2. NANOTUBOS DE CARBONO (NTC)
Segundo Rashad (2017) e Ladeira (2017), os nanotubos de carbono (NTC)
foram desenvolvidos em 1991, quando o pesquisador Iijima (1991) conseguiu
obtê-los como subproduto secundário da síntese de fulereno.
Os NTCs são elementos constituídos de átomos de carbono, em um arranjo
hexagonal, enrolados em formato de tubos que possuem diâmetros da ordem de
nanômetros (10-9 m). A depender do sentido no qual a camada (ou folha) é
enrolada, forma-se, então, os NTC podem classificados como zig-zag, armchair
ou chiral, como evidencia a Figura 4.4 (RASHAD, 2017).
9
Figura 4.4. Diferentes formas de enrolar folhas de grafite para formar NTC.
Fonte (RASHAD, 2017).
No processo de obtenção dos NTC utilizado por Iijima (1991), eram obtidos
nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) que consistem em várias
camadas de carbono sobrepostas com separação de aproximadamente 0,34 nm
e alta relação comprimento/diâmetro. Esse pesquisador também observou a
existência de nanotubos de carbono de parede simples (NTCPS), que consistem
em uma única folha de grafite enrolada perfeitamente em um tubo cilíndrico.
A Tabela 4.2 apresenta diversos valores de diâmetros e comprimentos de
nanotubos de carbono utilizados em diferentes trabalhos.
Tabela 4.2. Fatores de forma de nanotubos de carbono utilizados em diversas pesquisas.
Parâmetro Melo
(2009) Li et al. (2005)
Batiston (2007)
[TIPO 1]
Batiston (2007)
[TIPO 2]
Batiston (2007)
[TIPO 3]
Yakovlev et al.
(2006) d (nm) 10-100 10-30 40-60 40-70 240-500 >100
L (µm) 800-900 0,5-500 0,5-2 5-15 5-40 >20
L/d 8000-
9000
17-
50000 8-50 71-375 10-167 >200
Fonte (MELO, 2009)
10
Parveen et al. (2013) descrevem que os NTC possuem propriedades
excepcionais, como o módulo de elasticidade de aproximadamente 1,4 TPa,
resistência à tração superior a 100 GPa e altamente condutor. Além disso, os NTC
são flexíveis e apresentam elevado alongamento na ruptura (20 a 30%).
Dentre os diversos processos de síntese do NTC, o método de deposição
química da fase vapor, ou chemical vapor deposition (CVD), é o mais utilizado
devido ao custo relativamente baixo para uma alta produção deste material
(KUMAR e ANDO, 2010). Neste processo, é criado um ambiente de alta
temperatura (entre 600 e 1200ºC) em que o material que será a fonte de carbono,
em fase gasosa, sofre uma transformação devido a este aquecimento. O processo
acaba por ser acelerado decorrente da presença de elementos como Fe, Ni ou
Co. O carbono, após atingir a solubilidade limite na partícula do catalisador, se
cristaliza, crescendo em uma forma de rede cilíndrica com o catalisador na ponta
ou na base. O diâmetro do NTC variará em função do tamanho da partícula do
metal aderido em uma das suas extremidades. Não existem restrições quanto ao
comprimento dos NTC, que depende das condições específicas do método de
síntese, temperatura, tempo de residência e outros (LADEIRA, 2007).
4.2.1. Efeitos da adição do NTC em matrizes cimentícias
Os NTC são materiais que, em função das suas propriedades intrínsecas,
possuem um grande potencial de uso em materiais cimentícios, atuando como um
“nanoreforço”, em função da sua elevada resistência à tração (na ordem de GPa)
e módulo de elasticidade (na ordem de TPa). Este material é um promissor
candidato a melhorar as propriedades mecânicas e aumentar a durabilidade das
matrizes cimentícias, assim como ocorre com a utilização da nanosílica e outras
adições minerais.
Os nanomateriais de carbono podem alterar significativamente a
microestrutura do cimento, e este é um dos principais motivos para a melhoria das
propriedades mecânicas. Nochaiya e Chaipanich (2011) verificaram uma redução
de 4,5% na porosidade da matriz cimentícia com a adição de 1% de nanotubos de
carbono. A diminuição da porosidade ocorreu devido ao preenchimento dos poros,
principalmente os poros com tamanho inferior a 50 nm, pelos NTC, resultando,
11
assim, em uma microestrutura mais densa do que a matriz sem nanotubo. Além
disso, também foi observada, pelos autores, uma boa interação entre os produtos
de hidratação e os NTC dispersos, que foram vistos densamente inseridos entre
as fases C-S-H e CH do cimento.
Melo (2009) identificou comportamento semelhante para teores inferiores a
0,3% quanto à aderência dos NTC nas superfícies dos cristais de C-S-H e CH. A
autora observou, também um aumento de até 12% na resistência mecânica das
argamassas produzidas com 0,3% de adição de NTC. Acima deste teor, os ganhos
não foram tão expressivos. Segundo a autora, o aumento obtido na resistência à
compressão também está relacionado à eficiência da dispersão dos nanotubos na
matriz. Se bem realizada, o nanotubo mistura-se à pasta de forma homogênea,
fazendo interligações com o silicato de cálcio hidratado, sem ocorrer
aglomerações pontuais. Isso leva a uma matriz mais densa, que contribui para a
obtenção de um material mais resistente.
Contudo, é notório na literatura que o teor ótimo de utilização de NTC em
matrizes cimentícias é variável e diretamente dependente da relação
comprimento/diâmetro (L/d). Em estudos realizados por Camacho et al. (2014), ao
serem utilizados os teores de 0,05 a 0,5% de NTC (com relação L/d > 77), não
obtido ganho significativo em desempenho mecânico para os teores superiores a
0,05%. Para Hawreen, Bogas e Guedes (2018), os teores ótimos de NTC se
encontram nos teores de até 0,1%, para relação L/d entre 300 a 1000,
ocasionando ganho de desempenho e a influência na consistência da matriz no
estado fresco não é alterada significativamente.
4.2.2. Dispersão do NTC na matriz cimentícia
Uma das grandes dificuldades evidenciadas por autores como Melo (2009)
e Reales e Toledo Filho (2017) é a eficiência da dispersão dos NTC em meio
aquoso para realização de uma mistura eficiente dos compostos. Para tal, como
visto em Parveen et al. (2013), a dispersão por meio de banho ultrassônico não é
eficaz para uma desaglomeração efetiva das partículas de nanotubos de carbono
em água. Entretanto, a utilização de aditivos superplastificantes ou surfactantes
12
contribuem para a dispersão destas partículas com base na repulsão eletrostática
causada entre elas (MELO, 2009).
Segundo Collins, Lambert e Duan (2012), uma possibilidade para a
dispersão dos NTC na matriz é a realização da funcionalização realizada com
ácido nítrico visando a aderência da carboxila (-COOH). Contudo, essa ação
acaba por danificar a qualidade do NTC utilizado sendo recomendado pelos
autores a utilização de NTC sem funcionalização dispersos em superplastificantes
a base de policarboxilato já que os grupos apolares dentro da molécula do
policarboxilato dispersam os CNT, enquanto os grupos polares dispersam cimento
e água, criando assim dispersões estáveis.
Reales, Duda e Toledo Filho (2018) analisaram a dispersão de NTC em
matrizes utilizando surfactantes e água. 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. (2019) recomenda a
utilização dos policarboxilatos com banho ultrassônico para promover uma
dispersão mais eficiente.
4.3. DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS E VIDA ÚTIL
As estruturas de concreto sofrem modificações ao longo do tempo devido à
ação dos microclimas nos quais estão inseridas, principalmente quando expostos
a agentes deletérios e a fatores climáticos que facilitam a propagação dos agentes
e das reações.
Os problemas de degradação devido à ação do meio ambiente tornaram-se
mais constantes na construção civil devido ao avanço tecnológico que possibilitou
a redução das seções das peças e rapidez de execução, o que levou os materiais
a solicitações mais próximas do limite. Assim, no século XX, os custos associados
aos reparos foram altamente elevados e, consequentemente, a durabilidade das
estruturas passou a ter mais importância, sendo realizados diversos estudos sobre
os mecanismos de degradação para auxiliar os projetistas a projetar estruturas
mais duráveis (ANDRADE, 2005).
13
De acordo com a NBR 6118:2014 (“Projeto de estrutura de concreto –
Procedimento”), a durabilidade consiste na capacidade de a estrutura resistir às
influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto
estrutural e pelo contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto. O
American Concrete Institute, ACI, (2001) define durabilidade como a capacidade
de resistir à ação das intempéries, ataques químicos, abrasão ou qualquer outro
processo de deterioração.
Segundo Helene (1993), a durabilidade das estruturas de concreto armado
está diretamente relacionada à qualidade do concreto, no que o autor nomeou
como regra dos 4C's:
• Composição ou traço do concreto;
• Compactação ou adensamento efetivo do concreto na estrutura;
• Cura efetiva do concreto na estrutura;
• Cobrimento ou espessura do concreto de cobrimento das armaduras.
A durabilidade das estruturas é regida, então, por um conjunto de fatores que
buscam garantir um desempenho satisfatório em uma vida útil predeterminada
(RIBEIRO, 2013). Assim, a NBR 6118:2014 determina as classes de
agressividades existentes (Tabela 4.3) e uma espessura de cobrimento mínima
para atender uma vida útil de 50 anos, havendo manutenções planejadas, e a NBR
12655:2006 (“Concreto de cimento Portland – Preparo, controle e recebimento –
Procedimento”) complementa, informando os teores máximos de cloretos para
que a despassivação da armadura não ocorra.
Tabela 4.3. Classificação da agressividade ambiental.
Classe de agressividade
ambiental Agressividade
Classificação geral do tipo de ambiente
para efeito de projeto
Risco de deterioração da
estrutura
I Fraca Rural
Insignificante Submersa
II Moderada Urbana Pequeno
III Forte Marinha Grande
14
Industrial
IV Muito forte Industrial
Elevado Respingos de maré
Fonte (ABNT NBR 6118, 2014)
A vida útil das estruturas é um fator extremamente importante e contribui
para a determinação do tempo na qual uma estrutura se encontra em condições
de utilização. A NBR 6118:2014 define vida útil de projeto como o período de
tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto,
desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção previstos pelo projetista
e pelo construtor, bem como de execução dos reparos necessários decorrentes
de danos acidentais. Segundo Da Silva (1998), a vida útil, apesar de diversos
conceitos e estudos, é de difícil determinação, devido aos diversos fatores
envolvidos e da aleatoriedade dos fenômenos.
Conhecer o tempo máximo de utilização de um material é de fundamental
importância para analisar a durabilidade de estruturas que se beneficiam destes
materiais, pois, vida útil e durabilidade estão amplamente correlacionadas.
Os modelos matemáticos possuem uma grande importância para a
estimativa da vida útil das estruturas e, consequentemente, contribuem para um
melhor entendimento por parte dos profissionais de engenharia a realizarem suas
atividades, proporcionando, assim, maior segurança às estruturas e aos usuários.
Desta forma, dois modelos são bastante conhecidos e serão discutidos com mais
detalhes.
O primeiro e mais simples é o modelo proposto por Tuutti (1982), no qual o
processo de degradação é dividido em dois estágios: o de iniciação, em que ocorre
a penetração dos agentes agressivos para o interior do concreto, sem causar
danos efetivos ao elemento estrutural, e o estágio de propagação, em que as
primeiras manifestações do dano começam a ser evidenciadas na estrutura de
concreto armado, como visto na Figura 4.5.
Figura 4.5. Modelo de vida útil para corrosão das armaduras proposto por Tuutti (1982).
15
Fonte (TUUTTI, 1982).
Com base neste modelo, Helene (1993) elaborou diversos conceitos de vida
útil, em função da situação da edificação, conforme apresentados na Figura 4.6,
que são:
• Vida útil de projeto: conhecida como período de iniciação. Nesta etapa os
agentes de degradação ainda estão penetrando por meio da microestrutura
do concreto de cobrimento sem causar grandes danos a estruturas. Para a
NBR 6118:2014 este tempo é de 50 anos para as estruturas convencionais;
• Vida útil de serviço: Etapa na qual os agentes agressivos começam a
causar danos perceptíveis, ocorrendo o aparecimento de manchas e
fissuras devido à corrosão do aço;
• Vida útil total: Corresponde ao tempo em que a estrutura vem à ruína;
• Vida útil residual: Tempo entre a vida útil de serviço e total em que a
estrutura desempenha suas funções após intervenções.
Figura 4.6. Modelo de vida útil segundo Helene (1993).
16
Fonte (Adaptado de HELENE, 1993).
Com base em diversos estudos realizados (REALES E TOLEDO FILHO,
2017; LADEIRA, 2017), é possível verificar que a adição de nanotubos de carbono
em matrizes cimentícias tende a contribuir para o aumento da vida útil de uma
estrutura.
Os NTC contribuem para a durabilidade das matrizes cimentícias por meio
de mecanismos distintos. O efeito de ponte e a redução da porosidade ajudam a
controlar a propagação de fissuras, influenciando diretamente na durabilidade, já
que a quantidade de caminhos disponíveis para a penetração de agentes
agressivos na matriz é reduzida. A maioria das técnicas que tradicionalmente
avaliam a durabilidade foram aplicadas a matrizes de cimento adicionadas a
nanocompósitos, mas, há poucos relatos de que essas técnicas tenham sido
aplicadas aos compósitos com NTC e em todos os casos existentes, as melhorias
na durabilidade foram associadas a mudança na estrutura porosa em escalas
micrométrica e nanométrica (REALES E TOLEDO FILHO, 2017).
Segundo Ladeira (2017), que estudou argamassas fabricadas com cimento
produzidos com NTC incorporados ao clínquer quando expostas em câmaras de
carbonatação, a adição de NTC influência na redução da difusão do CO2 o que,
17
consequentemente, retarda o processo de carbonatação da matriz cimentícia que
provoca a corrosão de armaduras. Este material quando adicionado em 0,3% em
massa, provocou uma redução da frente de carbonatação de 12,79% em relação
a argamassa de referência.
18
5 MATERIAIS E MÉTODOS
5.1. MATERIAIS
5.1.1. Cimento
Será utilizado o Cimento CP IV F -40, fabricado pela Intercement.
5.1.2. Agregado miúdo
Será utilizado agregado miúdo oriundo da região metropolitana de Salvador.
É uma areia natural de jazida oriunda do município de Camaçari/BA.
5.1.3. Agregado graúdo
Será utilizada agregado graúdo de origem basáltica, oriunda da região
metropolitana de Salvador, com dimensão máxima característica igual a 9,5 mm.
5.1.4. Aditivo
Será utilizado aditivo superplastificante de 3º geração MASTERGLENIUM
51, a base de Policarboxilato, produzido pelas BASF. Este aditivo terá função de
garantir a consistência dos produtos confeccionados e, principalmente, possibilitar
a dispersão do nanotubo de carbono na matriz cimentícia.
5.1.5. Água
A água de amassamento utilizada é proveniente da rede pública de
abastecimento EMBASA. Para os ensaios de durabilidade, utilizou-se água
destilada e deionizada.
19
5.1.6. Aço
Serão utilizadas barras de aço do tipo CA-50, nervuradas, com 6,3 mm de
diâmetro e densidade igual a 7,85 g/cm³, comercialmente disponível na cidade de
Salvador.
5.1.7. Nanotubo de Carbono (NTC)
Será utilizado Nanotubo de Carbono de Paredes Múltiplas (NTCPM)
industrial, com diâmetro entre 20-40 nm, comprimento entre 10-30 μm e pureza
maior que 95%, fabricado pela Timesnano.
5.1.8. Metacaulim
Será utilizado Metacaulim HP Ultra fabricado pela Metacaulim do Brasil.
5.2. MÉTODOS
Neste trabalho, a metodologia será dividida em 3 etapas, como visualizado
na Figura 5.1. Na primeira etapa, os materiais utilizados (insumos) serão
caracterizados de forma completa visando contribuir com conclusões futuras nos
ensaios finais realizados, bem como permitir a dosagem do concreto e argamassa
utilizada. Na segunda etapa, será utilizada uma argamassa com traço igual a
1:3:0,5 (cimento: areia: relação água/cimento) e adicionado teores de NTC
encontrados na literatura com o intuito de identificar um possível teor ótimo para
o NTC utilizado. Nesta etapa a caracterização será apenas no estado endurecido.
Por fim, com o possível teor ótimo definido, serão confeccionados concretos
utilizando agregado graúdo da região metropolitana de Salvador, com dimensão
máxima característica igual a 9,5 mm e com abatimento do tronco de cone igual a
100 ± 20 mm utilizando três teores de NTC (teores inferior e superior ao ótimo e o
teor ótimo) e mais dois teores de Metacaulim (10 e 15%), totalizando doze traços.
Assim, toda avaliação no estado endurecido e de durabilidade será realizada nos
corpos de provas moldados.
20
Os ensaios de caracterização dos corpos de prova no estado endurecido e
os ensaios específicos de análise da durabilidade serão realizados após 28 dias
de idade, com exceção dos ensaios de avaliação da resistência mecânica, que
ocorrerão aos 3, 7 e 28 dias.
Figura 5.1. Fluxograma da metodologia.
21
5.2.1. Caracterização dos insumos
Os ensaios necessários para caracterização física e química dos materiais
são:
5.2.1.1. Massa específica
Com a determinação da massa específica, é verificada a densidade e o
volume dos grãos, incluindo os poros impermeáveis. Assim, define-se o volume
realmente ocupado pelo material na mistura. A massa específica da areia será
determinada por meio do método do frasco de Chapman, segundo a Norma “NBR
9776:1987 – Agregados – Determinação da massa específica de agregados
miúdos por meio do frasco de Chapman”. Já a massa específica do agregado
graúdo será determinada segundo a norma NBR NM 53/2003 (“Agregado graúdo
- Determinação de massa específica, massa específica aparente e absorção de
água”). De forma complementar, as massas especificas do cimento e do NTC
serão obtidos por meio da picnometria a gás hélio, utilizando um picnômetro
AccuPyc II 1340, Micromeritcs.
5.2.1.2. Distribuição do tamanho de partículas
Para a determinação do tamanho de partículas do cimento e do NTC, será
utilizado um granulômetro a laser, CILAS 2000, que utiliza uma técnica baseada
na sedimentação de partículas em uma dada suspensão medida por intermédio
da sua absorção da luz. O princípio ótico de transmissão de luz mede o grau de
sedimentação das partículas pela quantidade de luz que é transmitida por meio da
solução. A fonte de luz é colocada em um plano de medida de um lado da célula
de medida, enquanto do lado oposto da célula é colocado o detector de
intensidade de luz. A unidade de referência utilizada é a absorção da luz.
5.2.1.3. Área específica
A área específica é uma grandeza expressa em unidade de área por massa
e possibilita ter a ideia da finura e reatividade do material, pois uma maior área
22
superficial normalmente está associada a um acréscimo na taxa das reações
químicas.
Os métodos de determinação da área específica baseiam-se na
permeabilidade ao ar ou na adsorção de gases, sendo o método BET o mais
apropriado para aferição da superfície específica das adições minerais de alto
desempenho, logo, o cimento e o NTC utilizado neste trabalho serão ensaiados
pelo método BET para aferição da área específica.
5.2.1.4. Análise da composição química (FRX) e mineralógica (DRX)
Para determinação da composição química do cimento Portland será
utilizada a análise semi-quantitativa por espectrometria de fluorescência de raios-
X (FRX). Este método permite identificar quais são os elementos químicos
presentes na amostra estudada, auxiliando na caracterização mineralógica do
material. Para isto, será utilizado o espectrômetro de FRX S2 Ranger, da Bruker,
disponível no laboratório de caracterização do IFBA.
Também será utilizada a difração de raios-X (DRX) para a identificação das
fases cristalinas presentes matriz cimentícia com e sem o NTC, utilizando, para
isto, o equipamento D2 Phaser, da Bruker. Esta técnica baseia-se na incidência
de um feixe monocromático de raios-X de comprimento de onda λ, o qual é
difratado por planos de alta concentração atômica da amostra, periodicamente
distribuídos, ocorrendo interferências destrutivas ou construtivas entre as ondas
difratadas. As interferências construtivas produzem reflexões em certas direções
definidas pela lei de Bragg, de acordo com a Equação 5.1.
nλ=2dsenθ (5.1)
Em que, n é um número inteiro que corresponde à ordem de difração, λ é o
comprimento de onda característico do feixe, d é a distância interplanar e θ é o
ângulo de incidência.
23
Obtêm-se, então, informações referentes às distâncias interplanares dos
planos cristalográficos e à intensidade da reflexão, possibilitando a caracterização
da fase sólida ordenada reticularmente.
Após a identificação das fases cristalinas com o auxílio do software DIFFRAC
plus-EVA que possui base de dados centrada no sistema COD (Crystallography
Open Database), as mesmas serão quantificadas utilizando-se o método de
Rietveld, por meio do software TOPAS e dos arquivos CIF (Crystallographic
Information File).
5.2.2. Dispersão do NTC em matrizes cimentícias
Estre trabalho utilizará NTC sem funcionalização e seguindo uma
metodologia baseada no estudo de Bogas et al. (2019), na qual o meio dispersor
será constituído por aditivo a base de policarboxilato e água sendo realizado uma
mistura durante 30 minutos por meio do misturador magnético seguido do banho
ultrassônico com frequência igual a 24kHz por 60min visando facilitar a separação
das partículas.
De forma complementar, será analisada o potencial zeta das partículas em
suspensão a fim de identificar a eficiência da dispersão utilizada.
5.2.3. Caracterização no estado endurecido
Os ensaios no estado endurecido contribuirão para a avaliação indireta da
dispersão do nanotubo de carbono na matriz cimentícia, servindo como possíveis
indicadores para o refino da microestrutura, possibilitando a interpretação futura
dos ensaios de durabilidade realizados.
5.2.3.1. Resistência Mecânica
Para determinar a resistência mecânica das argamassas, os corpos de prova
serão, primeiramente, submetidos ao ensaio de tração na flexão e,
posteriormente, ao ensaio de compressão axial. A norma que rege essa avaliação
é a NBR 13279:2005 (Argamassa para assentamento e revestimento de paredes
24
e tetos – Determinação da resistência à tração na flexão e à compressão). Com
base nesta norma, os valores de resistência à tração na flexão e à compressão
axial são obtidos pela Equação 5.2 e 5.3, respectivamente.
�� = �,�∗∗�� � (5.2)
�� = �� � (5.3)
Em que, Rf = Resistência à tração na flexão, em MPa; Rc = Resistência à
compressão axial, em MPa; Ff = Carga aplicada verticalmente no centro do prisma,
em N; Fc = Carga máxima aplicada, em N e L = Distância entre os apoios, em mm.
5.2.3.2. Porosidade e densidade aparentes
O ensaio de porosidade e de densidade aparentes é fundamentado no
princípio de Arquimedes. Depois de 28 dias de cura, os corpos de prova serão
selecionados para o ensaio de porosidade e densidade aparente e levados à
estufa e, após a secagem, serão medidas as suas massas secas (Ms). Após isto,
eles serão imersos em água por 72 horas, havendo uma saturação dos vazios
existentes. Desta forma mede-se a massa imersa (Mi) e a massa úmida (Mu). A
porosidade aparente (ηA) e a densidade aparente (ρA) são calculadas com base
nas Equações 5.4 e 5.5, respectivamente.
�� = 100. ���� ������� � (5.4)
�� = ρ� . � �������� (5.5)
Sendo ρL a densidade do líquido com o qual se realiza o ensaio (neste caso,
a água, ρL equivale a 1,0 g/cm³).
25
5.2.3.3. Absorção de água por capilaridade
Para analisar a capacidade de absorção de água por capilaridade, será
utilizado o método descrito na NBR 9779:2012 (“Argamassa e concreto
endurecidos – Determinação da absorção de água por capilaridade”).
Ao longo do ensaio, verifica-se a massa dos corpos de prova em vários
momentos, durante 72 horas, contadas a partir da colocação destes em contato
com a água. Assim, absorção de água por capilaridade (i, kg/m2) é definida pela
razão entre a massa do corpo de prova que permaneceu com uma das faces em
contato com a água e a massa deste seco (Mi - Ms), dividida pela seção
transversal.
5.2.4. Ensaios de durabilidade em matrizes cimentícias
Em virtude das características do nanotubo de carbono e de sua utilização
ser ainda recente em matrizes cimentícias, os estudos de avaliação da
durabilidade ainda são escassos, não havendo um consenso sobre seus reais
benefícios. O NTC contribui para o refino da microestrutura e aumenta a resiliência
destas matrizes, mas é um material condutor que pode afetar as propriedades
eletroquímicas das matrizes. Assim, a avaliação da durabilidade será realizada
para compreender o efeito do NTC mediante a variação térmica e ação de agente
como o cloro, CO2.
5.2.4.1. Migração de íons cloro
Este ensaio tem como princípio a aplicação de uma diferença de potencial
entre duas células, sendo uma com a solução contendo o contaminante (NaCl),
célula catódica, e a outra célula com água destilada, célula anódica. O corpo de
prova de concreto ou argamassa é colocado entre as duas células, funcionando
como uma membrana. A Figura 5.2 evidencia a representação esquemática deste
ensaio.
Figura 5.2 – Representação esquemática do ensaio de migração de cloretos.
26
Neste método, a migração ocorre devida à diferença de potencial de 12 Volts
aplicada com uma fonte de corrente contínua por meio de eletrodos contidos nas
células. A célula catódica é preenchida por solução contendo cloreto de sódio
(NaCl) a uma concentração de 1M, na qual esta concentração equivale ao
encontrado na água do mar.
Nos primeiros momentos do ensaio, a quantidade de íons cloro passantes
pela amostra e medidos na célula anódica não obedece a um fluxo constante
devido às reações desses íons com os aluminatos presentes no cimento e outros
íons existentes na solução dos poros, sendo caracterizada como fase não
estacionária. Assim quando os todos os aluminatos existentes no cimento se
encontram quimicamente ligados aos íons cloro, o fluxo destes íons passa a ser
constante, iniciando-se a fase estacionária. Dessa forma, o tempo necessário para
que se inicie o estado estacionário é chamado de time lag (τ), que é obtido
graficamente por meio da interseção entre o prolongamento da reta que
caracteriza o regime estacionário com a abscissa (tempo), de acordo com a Figura
5.3.
Figura 5.3. Determinação do time lag.
27
Fonte (CASTELLOTE, ANDRADE E ALONSO, 2001)
De posse do valor do fluxo de íons, calcula-se o coeficiente de difusão no
estado estacionário (Ds) por meio da Equação 5.6 de Nerst-Plank.
! = "#$%&'()#$*ΔΦ (5.6)
Em que Ds é o coeficiente de difusão no estado estacionário (cm²/s); JCl é o
fluxo de íons (mol/(s.cm²)), R é a constante de gases (1,9872 cal/(mol.K)), T é a
temperatura (K), l é a espessura do corpo de prova (cm), z é a valência dos íons
(para cloretos, igual a 1), F é a constante de Faraday (23063 cal/(volt.eq)), CCl é a
concentração de íons cloro na célula catódica (mol/cm3), γ é o coeficiente de
atividade da solução da célula catódica (0,657 para o Cl-), ΔФ é a média da tensão
que efetivamente atravessa o corpo de prova durante o estado estacionário (V).
Para determinação do coeficiente de difusão no estado não-estacionário
(Dns) a partir de ensaios de migração, utiliza-se a Equação 5.7 proposta por
Castellote, Andrade e Alonso (2001).
28
+� = ,'²-.²
. /0.coth ., − 27 (5.7)
Em que 0 = (8ΔΦ9& , k é a constante de Boltzmann (1,38x10-23 J/K), e é a carga
do elétron (1,6x10-19 C), ΔФ é a média da tensão que efetivamente atravessa o
corpo de prova durante o estado não-estacionário (V).
5.2.4.2. Resistividade elétrica
Para a medição da resistividade elétrica do concreto, será utilizada uma
técnica baseada no princípio de Wenner, utilizando-se do equipamento Resipod,
da Proceq. Este equipamento opera com uma corrente alternada máxima de 200
µA, 40 Hz a 38 V máximos, gerada digitalmente, e é capaz de medir amplitudes
de resistividade entre 1 KΩ.cm até, aproximadamente, 1000 KΩ.cm. O
espaçamento entre as sondas é de 50 mm.
Neste tipo de medida, uma corrente elétrica alternada é aplicada por
diferença de potencial por meio das duas sondas localizadas nas extremidades do
equipamento, gerando um fluxo de corrente no concreto, enquanto as duas
sondas internas medirão a diferença de potencial. Esta resistividade pode ser
calculada a partir da fórmula de Wenner, visualizada na Equação 5.8.
� = ,.:.;.<= (5.8)
Em que “ρ” é a resistividade elétrica do concreto (Ω.cm); “V” a tensão
aplicada ao circuito (volts); “I” a intensidade de corrente medida (ampères); “A” a
área da face do corpo de prova em contato com os eletrodos (cm²); e “a” a
distância entre os eletrodos (cm).
Como sugerido pela AASHTO TP 95-14, os corpos de prova cilíndricos
ensaiados serão marcados no topo, em posições referentes a 0º, 90º, 180º e 270º
e o ponto médio da altura do corpo de prova. Este procedimento visa a garantir
que as medidas de resistividade sejam feitas nos mesmos locais com o passar do
29
tempo, aumentando a confiabilidade do estudo. Estas medidas serão realizadas
aos 28, 53 e 80 dias de idade e após os semiciclos úmidos. Os parâmetros
utilizados para interpretação dos valores obtidos são dados pelo CE - COST 509
(“Corrosion and protection of metals in contact with concrete”).
5.2.4.3. Potencial de Corrosão
Será avaliado o potencial de corrosão em corpos de prova prismáticos com
dimensões de 5x7x9 cm3, no qual serão inseridas duas barras de aço do tipo CA-
50 com 6,3 mm de diâmetro e 100 mm de comprimento, segundo metodologia
adotada por Ribeiro (2010).
Visando a padronização superficial das barras utilizadas nos corpos de
prova, estas serão submetidas a um processo de limpeza, conforme determina a
norma ASTM G-1/03 (“Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test
Specimens”).
Antes do início do ensaio, há necessidade de aguardar a estabilização da
hidratação da matriz cimentícia. Esta estabilização visa obter uma microestrutura
relativamente desenvolvida, reduzindo a dispersão das medidas. Assim, Ribeiro
(2010) recomenda um tempo igual a 80 dias.
Com o ensaio em andamento, será utilizado o método de envelhecimento
por ciclos, onde os corpos de prova passarão por ciclos de molhagem e secagem,
sendo um semiciclo de imersão parcial em solução com 3% de cloreto de sódio
(NaCl) com duração de dois dias, e posterior semiciclo de secagem em estufa
ventilada a 50ºC, com duração de 5 dias. Ao final de cada semiciclo, ou seja, a
cada retirada da estufa e a cada emersão da solução salina, mede-se o potencial
de corrosão das barras metálicas, utilizando o eletrodo de calomelano saturado
como referência. A Tabela 5.1 evidencia as variações para o eletrodo de
calomelano saturado.
Tabela 5.1. Probabilidade de ocorrência de corrosão em função do potencial de corrosão,
tendo como referência o eletrodo de calomelano saturado.
30
Tipo de Eletrodo Probabilidade de ocorrer a corrosão
Hg, Hg2Cl2/KCl
(sol. Saturada)
< 10% 10 – 90% > 90%
> -0,124 V 0,124 V a -0,274 V < - 0,274 V
5.2.4.4. Carbonatação
Os ensaios acelerados de carbonatação proporcionam a obtenção de
resultados em um curto período de tempo. No presente estudo, será realizado um
procedimento para a avaliação da influência dos NTC na carbonatação, baseado
nos procedimentos estabelecidos pela ISO 1920-12:2015 (“Testing of concrete –
Part 12: Determination of the carbonation resistance of concrete – Accelerated
carbonation method”).
Serão utilizados corpos de prova prismáticos, com dimensão igual 4x4x16
cm³, na qual serão inseridas em uma câmara de carbonatação da marca Quimis,
sob temperatura de (27 ± 2)ºC, concentração de CO2 de (3,0 ± 0,5)% e umidade
relativa de (65 ± 5)%, onde permanecerão até o final do ensaio, de acordo com a
ISO 1920-12:2015. As medidas serão feitas ao final de 9 e 15 semanas de
exposição com base na aspersão de uma solução de fenolftaleína, solução
indicadora com ponto de viragem em um pH aproximadamente igual a 9 que
permite visualizar a frente de carbonatação, avaliando também a resistência a
tração na flexão e compressão, bem como a mudança da microestrutura por meio
da porosidade e densidade as amostras ensaiadas.
5.2.4.5. Ciclo de gelo e degelo
O procedimento para a realização de ensaios visando à verificação da
durabilidade de concretos submetidos a ciclos de gelo-degelo foi estabelecido pela
ASTM C 666/15 (“Standard Test Method for Resistance of Concrete to Rapid
Freezing and Thawing”).
A temperatura alvo mínima recomendada pela norma é de -17,8ºC e a
máxima de +4,4ºC. O tempo de cada ciclo foi determinado de acordo com o
Procedimento A (“Rápido congelamento e descongelamento em água”) da ASTM
C 666/15, que corresponde a aproximadamente 5 horas por ciclo, em um total de
31
300 ciclos. Esse procedimento é, geralmente, considerado como sendo o mais
agressivo.
A avaliação da qualidade do concreto será realizada por meio da análise do
módulo de elasticidade dinâmico relativo, empregando a técnica de verificação da
velocidade do pulso ultrassônico (ultrassom).
Com base nos resultados de módulo de elasticidade dinâmico relativo,
calcula-se o fator de durabilidade (Fd), proposto pela ASTM C 666/15, que é um
dos parâmetros para avaliação do desempenho dos concretos submetidos a
ciclagem gelo-degelo, com base na Equação 5.9.
>? = @AB∗C� (5.9)
Em que, Fd é o fator de durabilidade para o corpo de prova ensaiado a
gelo/degelo, Edr é o módulo de elasticidade dinâmico relativo para N ciclos de gelo
e degelo, N é o número de ciclos de gelo/degelo para o qual o corpo-de-prova
apresentou o menor módulo de elasticidade dinâmico relativo, M é o número total
de ciclos de gelo/degelo propostos para a realização do ensaio completo. Neste
estudo, M é equivalente a 300 ciclos.
32
6 RESULTADOS ESPERADOS
Ao concluir-se a presente pesquisa espera-se:
a) Identificar o teor ótimo de utilização do NTC em matrizes cimentícias;
b) Analisar a influência do NTC no desempenho mecânico e durabilidade das
matrizes, destacando seus pontos positivos e/ou negativos;
c) Verificar a influência da alta condutividade do NTC na penetração de íons
cloro em matrizes cimentícias;
d) Analisar o efeito combinado do NTC com o metacaulim nas propriedades
da matriz cimentícia;
e) Propor teores ideais de utilização do NTC combinado ao metaculim.
33
7 IMPACTOS
7.1. IMPACTOS ACADÊMICOS
• Estimular o tema de pesquisa no campo acadêmico, contribuindo para as
linhas de pesquisa sobre durabilidade de concretos contendo nanotubo de
carbono;
• Fortalecer o grupo de pesquisas do LEDMa e do PPEC;
• Publicação de 2 artigos em periódicos Qualis A1-B2 e 3 artigos em
congressos nacionais/internacionais.
7.2. IMPACTOS CIETÍFICOS
• Aprofundar o entendimento da durabilidade dos concretos com nanotubo
de carbono;
• Avaliação da utilização conjunta de NTC e metacaulim em matrizes
cimentícias;
• Contribuir para o entendimento da ação do NTC frente a agentes
agressivos.
7.3. IMPACTOS TECNOLÓGICOS
• Obter matrizes reforçadas com NTC com desempenho semelhante ou
superior ao cimento Portland;
• Definição de melhores teores aplicados a concretos visando melhoria de
desempenho mecânico e durabilidade;
• Transferência de Tecnologia ao Mercado
34
7.4. IMPACTOS AMBIENTAIS
• Aumento da vida útil das estruturas por meio da diminuição de reformas e
demolições, além da redução o consumo de matéria-prima utilizada para
recuperação;
• Possibilitar o uso racional e direcionado do NTC em matrizes cimentícias;
• Diminuição do consumo de cimento Portland, levando a preservação de
jazidas naturais e diminuindo a emissão de CO2 para a atmosfera.
7.5. IMPACTOS SOCIAIS
• Aumento da qualidade de vida por meio da diminuição dos impactos
ambientais e da redução da emissão de carbono atmosférico;
• Aumento da durabilidade das estruturas, que leva à redução de despesas
com reformas e reduz o desconforto e insegurança de seus ocupantes.
35
8 REFERÊNCIAS
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