Efeito da ultrasonicação da sílica ativa e da nanossílica coloidal em pastas de cimento

Fraga, Yuri Sotero Bomfim; Rêgo, João Henrique da Silva; Capuzzo, Valdirene Maria Silva; Andrade, Daniel da Silva

doi:10.1590/S1517-707620200004.1147

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Sumário

Artigos • Matéria (Rio J.) 25 (04) • 2020 • https://doi.org/10.1590/S1517-707620200004.1147 copiar

Efeito da ultrasonicação da sílica ativa e da nanossílica coloidal em pastas de cimento

Ultrasonication effect of silica fume and colloidal nanosilica on cement pastes

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

RESUMO

Os materiais cimentícios de alto desempenho podem ser produzidos com a utilização de sílica ativa (SA) e de nanossílica (NS). Devido ao pequeno tamanho de suas partículas, esses materiais tendem a se aglomerar, diminuindo os seus potenciais reativos. Alguns pesquisadores estudaram métodos para dispersar essas partículas como ultrasonicadores e misturadores rotacionais, porém ainda é necessário realizar estudos sobre esses materiais, principalmente sobre o efeito da ultrasonicação da nanossílica coloidal. Dessa forma, esse estudo teve como objetivo avaliar o efeito da ultrasonicação (uso de ultrassom de alta energia) da sílica ativa e da nanossílica coloidal em pastas de cimento. Foram estudadas cinco pastas, sendo uma referência com 100% de cimento Portland CP V-ARI e as outras quatro substituindo 2% e 10% do cimento Portland por nanossílica coloidal e por sílica ativa, respectivamente, em seu estado natural e após a ultrasonicação. Foram realizados os ensaios de resistência à compressão, análise termogravimétrica (ATG), espectroscopia no infravermelho e porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM) nas pastas. Os resultados mostraram que a utilização da NS coloidal em substituição ao cimento Portland aumentou a produção de C-S-H, o refinamento dos poros e a resistência à compressão das pastas, porém a utilização da SA em seu estado natural aumentou o tamanho dos poros e diminuiu o desempenho mecânico das pastas devido à aglomeração de suas partículas. Ao ultrasonicar a SA, houve maior produção de C-S-H, refinamento dos poros e maior resistência à compressão quando comparada com a pasta com SA sem o processo de ultrasonicação, comprovando a efetividade desse método para a dispersão dessas partículas. Apesar disso, a ultrasonicação da NS coloidal não resultou em diferenças significativas na microestrutura e de desempenho mecânico das pastas.

Palavras-chave
Dispersão; resistência à compressão; análise termogravimétrica (ATG); porosimetria (PIM)

Material			Propriedade		Resultado	Limites
Cimento Portland			Teor de água da pasta de consistência normal (%)		35,50	-
			Tempo de pega (min)	Início	120	≥ 60 min (ABNT NBR 16697:2018) [³³33 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16697: Cimento Portland – Requisitos. Rio de Janeiro, 2018.]
			Tempo de pega (min)	Fim	175	≤ 600 min (ABNT NBR 16697:2018) [³³33 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16697: Cimento Portland – Requisitos. Rio de Janeiro, 2018.]
			Índice de finura na peneira 75 μm (%)		0,90	≤ 6,0% (ABNT NBR 16697:2018) [³³33 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16697: Cimento Portland – Requisitos. Rio de Janeiro, 2018.]
			Massa específica (g/cm³)		3,00	-
			Resistência à compressão (MPa)	1 dia	25,4	≥ 14 MPa (ABNT NBR 16697:2018) [³³33 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16697: Cimento Portland – Requisitos. Rio de Janeiro, 2018.]
				3 dias	36,1	≥ 24 MPa (ABNT NBR 16697:2018) [³³33 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16697: Cimento Portland – Requisitos. Rio de Janeiro, 2018.]
				7 dias	42,7	≥ 34 MPa (ABNT NBR 16697:2018) [³³33 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16697: Cimento Portland – Requisitos. Rio de Janeiro, 2018.]
	SA		Massa específica (g/cm³)		2,16	-
			Densidade aparente no estado solto (kg/m³)		595,07	-
			Finura na peneira 45 μm (%)		9,10	10,0% (ABNT NBR 13956-1:2012) [³⁴34 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13956-1: Sílica ativa para uso com cimento Portland em concreto, argamassa e pasta – Parte 1: Requisitos. Rio de Janeiro, 2012.]
		NS	Massa específica (g/cm³)		1,20	-
			pH		10,5	-
			Teor de sólidos (%)		30	-
			Diâmetro médio (nm)		22,75	-
		SP	Cor		Líquido alaranjado	Deve ser igual ao informado pelo fabricante (ABNT NBR 11768:2011) [³⁵35 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11768: Aditivos químicos para concreto de cimento Portland – Requisitos. Rio de Janeiro, 2011.]
			Massa específica (g/cm³)		1,095	1,11±0,02 g/cm³ (ABNT NBR 11768:2011) [³⁵35 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11768: Aditivos químicos para concreto de cimento Portland – Requisitos. Rio de Janeiro, 2011.]
			Teor de sólidos (%)		40	-
			pH		3,8	-

-	Composição química (%)
-	SiO₂	Al₂O₃	MgO	Fe₂O₃	CaO	Na₂O	K₂O	TiO₂	P₂O₅	MnO	PF*
CP V-ARI	19,91	4,20	1,78	2,20	63,61	0,38	0,36	0,23	0,17	0,07	3,36
SA	94,33	<0,01	0,49	0,19	0,78	0,39	1,04	0,02	0,14	0,06	2,28
NS	90,61	<0,01	0,10	0,11	0,02	2,03	0,03	0,03	<0,01	<0,01	6,19
* PF: Perda ao fogo.

Nomenclatura	Composição	Traço unitário
Nomenclatura	Composição	CP V-ARI (g)	SA(g)	NS coloidal (suspensão aquosa 30% de NS) (g)	SP(g)	Água(g)
REF	100% CP V-ARI	1,0000	0,0000	0,0000	0,0050	0,3970
2NS	98% CP V-ARI + 2% NS (NUS)	1,0000	0,0000	0,0680	0,0112	0,3538
2NSU	98% CP V-ARI + 2% NS (US)	1,0000	0,0000	0,0680	0,0122	0,3532
10SA	90% CP V-ARI + 10% SA (NUS)	1,0000	0,1111	0,0000	0,0067	0,4405
10SAU	90% CP V-ARI + 10% SA (US)	1,0000	0,1111	0,0000	0,0078	0,4398
NUS: Não ultrasonicada.
US: Ultrasonicada.

IDADE	AMOSTRA	RESISTÊNCIA MÉDIA À COMPRESSÃO (MPa)	DESVIO PADRÃO (MPa)	GRUPO 1	GRUPO 2	GRUPO 3
28 DIAS	REF	66,8	5,1209		X
	2NS	79,5	6,6260			X
	2NSU	77,7	3,3645			X
	10SA	55,7	4,0079	X
	10SAU	71,9	3,4530		X	X

-		Pasta
-		REF	2NS	2NSU	10SA	10SAU
1 dia	Perda de massa na faixa de temperatura do C-S-H	0,50%	0,60%	0,66%	0,55%	0,53%
	Índice de C-S-H em relação ao REF	100,00%	119,69%	131,94%	110,15%	106,17%
	Perda de massa na faixa de temperatura do CH	3,28%	2,95%	3,43%	3,32%	3,13%
	Teor de CH em relação à massa total da amostra	13,48%	12,12%	14,09%	13,63%	12,86%
	Índice de CH em relação ao REF	100,00%	89,89%	104,47%	101,06%	95,39%
3 dias	Perda de massa na faixa de temperatura do C-S-H	0,64%	0,75%	0,77%	0,67%	0,68%
	Índice de C-S-H em relação ao REF	100,00%	117,16%	120,01%	104,03%	105,71%
	Perda de massa na faixa de temperatura do CH	3,92%	3,35%	3,71%	3,80%	3,54%
	Teor de CH em relação à massa total da amostra	16,11%	13,78%	15,26%	15,63%	14,54%
	Índice de CH em relação ao REF	100,00%	85,52%	94,74%	97,02%	90,24%
7 dias	Perda de massa na faixa de temperatura do C-S-H	0,74%	0,81%	0,85%	0,71%	0,74%
	Índice de C-S-H em relação ao REF	100,00%	109,12%	114,75%	95,60%	100,62%
	Perda de massa na faixa de temperatura do CH	4,34%	3,65%	3,77%	3,78%	3,74%
	Teor de CH em relação à massa total da amostra	17,84%	14,99%	15,49%	15,52%	15,36%
	Índice de CH em relação ao REF	100,00%	84,04%	86,83%	87,02%	86,12%
28 dias	Perda de massa na faixa de temperatura do C-S-H	0,83%	0,89%	0,91%	0,79%	0,85%
	Índice de C-S-H em relação ao REF	100,00%	108,21%	110,39%	95,99%	102,51%
	Perda de massa na faixa de temperatura do CH	4,65%	4,03%	3,87%	3,97%	3,74%
	Teor de CH em relação à massa total da amostra	19,11%	16,56%	15,89%	16,32%	15,36%
	Índice de CH em relação ao REF	100,00%	86,64%	83,15%	85,40%	80,40%

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[1] Autor Responsável: Yuri Sotero Bomfim Fraga