Caracterizações de pastas de cimento Portland com adições de grafite, óxido de grafeno e nanotubos de carbono

dc.contributor.advisor1Pereira, Eduardo
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dc.contributor.referee1Carvalho, Benjamim de Melo
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dc.contributor.referee2Medeiros, Marcelo Henrique Farias de
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dc.creatorAlmeida, Jadiel Matias de
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dc.date.accessioned2024-09-02T16:38:45Z
dc.date.accessioned2026-06-29T14:32:21Z
dc.date.available2024-09-02T00:00:00Z
dc.date.available2024-09-02T16:38:45Z
dc.date.issued2024-05-07
dc.description.abstractMaterials composed of Portland cement matrix, such as mortars and concretes, are extensively used due to their versatile properties, such as mechanical strengths and durability, as well as the ease of molding parts into various geometries. As such, increasing research efforts focus on developing new applications for cementitious materials, especially with the use of additions. One of the most studied areas is the development of Portland cement matrices with carbon-based additions, such as graphite, graphene, and carbon nanotubes. In this context, it is important to deepen the understanding of the microstructure of Portland cement pastes with the use of carbon-based additions. The objective of this study was to investigate the influence of graphite, graphene oxide (GO), and carbon nanotubes (CNT) additions on the microstructure of hydrated Portland cement paste. For this purpose, 0,01%, 0,03%, and 0,05% of each addition by mass of cement were used, dispersed in pastes at 7, 28, and 90 days of submerged curing. After the curing period, tests were conducted for compressive strength, tensile strength, water absorption by immersion, electrical conductivity, and microstructural characterizations such as XRD, FTIR, Raman, NMR, and SEM/EDS. For compressive and tensile strengths, it was observed that graphite, due to its high deformability, could hinder the strengths, whereas GO and CNT showed more varied results, but with a greater tendency towards stabilization of values compared to the reference paste. Regarding absorption, no significant variations were identified, except for samples with graphite at 90 days of curing, which showed a reduction of 14,4% to 18,0% compared to the reference paste. Electrical conductivity showed gains at 28 days with the use of the additions, but at 90 days, there was a reduction in conductivity. With microstructural characterization, considerable influences of the additions on the formation of hydrated calcium silicate (C-S-H) were observed. Through Raman spectra, alterations in the proportion of portlandite and silicates were verified, and through NMR spectra, specific modifications of C-S-H were identified, optimizing the formation of chains with fewer bridges between oxygen and silicon (Si-O-Si), reducing the average chain length, and increasing the degree of hydration. This indicates an increase in the compaction of this phase due to a closer proximity between calcium silicate lamellae. Thus, it is understood that the results observed in the literature regarding gains in mechanical strength, especially with the use of graphene and carbon nanotubes, can be explained not only by the physical reinforcement of these additions in the cement matrix but also by their influence on cement hydration mechanisms, mainly on the morphology of C-S-H.pt_BR
dc.description.resumoMateriais constituídos por matriz de cimento Portland, como argamassas e concretos, são extensamente utilizados devido sua versatilidade de propriedades, como em resistências mecânicas e durabilidade, mas também pela facilidade na moldagem de peças em diversas geometrias. Desta forma, cada vez mais pesquisas se empenham em desenvolver novas aplicações para os materiais cimentícios, especialmente com o uso de adições. Uma das frentes mais estudadas está focada no desenvolvimento de matrizes de cimento Portland com adições a base de carbono, como o grafite, grafeno e nanotubos de carbono. Neste cenário, é importante aprofundar o conhecimento sobre a microestrutura das pastas de cimento Portland com a utilização de adições a base de carbono. O objetivo deste trabalho foi investigar a influência de adições de grafite, óxido de grafeno (OG) e nanotubos de carbono (NTC) na microestrutura da pasta de cimento Portland hidratado. Para isso foram utilizados os teores de 0,01%, 0,03% e 0,05% de cada adição em massa de cimento dispersados em pastas com as idades de 7, 28 e 90 dias de cura submersa. Após o período de cura foram realizados ensaios de resistências à compressão, resistência à tração, absorção por imersão, condutividade elétrica e caracterizações microestruturais como DRX, FTIR, Raman, RMN e MEV/EDS. Observou-se para as resistências a compressão e tração que o grafite, devido a sua elevada deformabilidade, pode prejudicar as resistências, enquanto que para o OG e o NTC apresentaram resultados mais variados, porém com uma maior tendência de estabilização dos valores em relação à pasta de referência. Em relação a absorção não foram identificadas grandes variações, com exceção das amostras com grafite aos 90 dias de cura que apresentaram uma redução de 14,4% a 18,0% em relação à pasta de referência. Para a condutividade elétrica foi observado ganhos aos 28 dias com o uso das adições, porém aos 90 dias houve a redução da condutividade. Com a caracterização microestrutural foi possível observar influências consideráveis das adições na formação do silicato de cálcio hidratado (C-S-H), sendo que por meio dos espectros Raman, foram verificadas alterações na proporção de portlandita e silicatos e por meio dos espectros RMN verificou-se modificações específicas do C-S-H, otimizando a formação de cadeias com menos pontes entre oxigênio e silícios (Si-O-Si) reduzindo o comprimento médio de cadeias e aumento do grau de hidratação, indicando assim um aumento na compactação desta fase devido a uma maior aproximação entre as lamelas de silicatos de cálcio. Desta forma entende-se que resultados observados na literatura de ganhos de resistência mecânica, em especial com o uso de grafeno e nanotubos de carbono, podem ser explicados não apenas pelo reforço físico dessas adições na matriz cimentícia, mas também por influência nos mecanismos de hidratação do cimento, principalmente na morfologia do C-S-H.pt_BR
dc.identifier.citationALMEIDA, Jadiel Matias de. Caracterizações de pastas de cimento Portland com adições de grafite, óxido de grafeno e nanotubos de carbono. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttps://ri.uepg.br/handle/123456789/2317
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentDepartamento de Engenharia de Materiaispt_BR
dc.publisher.initialsUEPGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiaispt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectAdições de carbonopt_BR
dc.subjectHidrataçãopt_BR
dc.subjectCimento Portlandpt_BR
dc.subjectCarbon additionspt_BR
dc.subjectHydrationpt_BR
dc.subjectPortland cementpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICApt_BR
dc.titleCaracterizações de pastas de cimento Portland com adições de grafite, óxido de grafeno e nanotubos de carbonopt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR

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