A study on the mixture design and mechanical performance of strain-hardening geopolymer composites (SHGC) under extreme conditions.


Aluno
Ana Carolina Constâncio Trindade

Curso
Doutorado

Área
Estruturas

Linha de pesquisa
Materiais não Convencionais

Data de defesa
12/08/2021

Orientadores
Flávio de Andrade Silva

Banca julgadora
Flávio de Andrade Silva; Daniel Carlos Taissum Cardoso; José Roberto Moraes d’Almeida – PUC-Rio; Waltraud M. Kriven - Materials Science and Eng. Dept. – UIUC; Rafael Giuliano Pileggi Civil Construction Eng. Dept. – USP

Onde fez mestrado
Pontifícia Universidade Católica de Rio de Janeiro

Mestrado
Pontifícia Universidade Católica de Rio de Janeiro

Palavras-chave

<p>Geopolymers; Metakaolin; Composites; Fibers; PVA; PE; Geopolímeros; Metacaulim; Compósitos; Fibras; PVA; PE.</p>


Resumo
<p>Geopolímeros possuem uma pluralidade química em seu design que permite a obtenção de propriedades variadas dependendo da demanda, tanto em termos de materiais cerâmicos de alta tecnologia quanto no desenvolvimento de soluções construtivas. São obtidos a partir da combinação de precursores alumino silicatos e soluções alcalinas, com diferentes processos de endurecimento, dependendo das condições de cura e equilíbrio químico. No estado endurecido, apresentam um comportamento frágil, sendo geralmente reforçados com fibras e agregados na melhoria do desempenho mecânico. Por serem materiais relativamente novos, é necessário avaliar com precisão sua capacidade em condições usuais e extremas para atender a diversas demandas específicas do mercado. Tais condições incluem solicitações estáticas e dinâmicas, bem como a exposição a altas temperaturas, que são os principais pontos de análise deste estudo. Para isso, diferentes precursores, como metacaulim e cinzas volantes, e soluções alcalinas, à base de sódio e potássio, foram estudados quanto à reologia e ganho de resistência de acordo com o processo de cura utilizado. Esses foram parâmetros fundamentais na seleção de matrizes capazes de incorporar 2% em vol. de fibras curtas de PVA e PE sintéticas. Os compósitos do tipo strain-hardening (SHGC) foram então caracterizados através de ensaios mecânicos típicos, tais como compressão, flexão, tração, arrancamento, em carregamentos estáticos e dinâmicos, e sob exposições regulares e de alta temperatura (até 200 ºC), sendo analisados posteriormente por meio de procedimentos típicos analíticos e de imagem. No geral, a combinação de metacaulim de alta reatividade com soluções alcalinas a base de sódio apresentou melhores performances em SHGC, com e sem a incorporação de agregados, atingindo ganhos de resistência e múltipla fissuração quando reforçado com ambas as fibras curtas de PVA e PE, sendo a última responsável pela maior efetividade mecânica do compósito quando exposto a carregamento quase-estáticos em de impacto. Esse comportamento, no entanto, não se repetiu ao ser exposto a temperaturas elevadas, com maiores reduções na resistência residual devido ao ponto de fusão do PE (150 ºC), em comparação a um maior valor para PVA (240 ºC), sendo então este mais efetivo em aplicações extremas deste tipo. Quando comparado a comportamentos típicos de SHCC, SHGC demonstrou uma maior eficiência tanto mecânica quanto térmica, apresentando resultados inéditos em carregamentos de impacto, gerando assim uma enorme quantidade de aplicações potenciais.</p>


Fonte de recurso: CAPES; CNPq


Anexos

Texto completo
6.06 MB