Influência de nanotubos de carbono sobre o desempenho de concreto e de concreto reforçado com fibras (CRF)

Abstract

O concreto é um material com elevada frequência de utilização em construções brasileiras e em edificações de países ao redor do mundo. Fatores como os custos reduzidos dos materiais, elevado volume de pesquisa e resistência elevada, colaboram para a grande utilização do concreto como material de construção. Entretanto, o concreto tem baixa resistência à tração, fissura facilmente e apresenta pequena capacidade de deformação. O concreto reforçado com fibras (CRF) foi desenvolvido na década de 60 e é um material que apresenta uma boa resposta mecânica em termos de resistência residual após a fissuração da matriz e consequentemente um comportamento mais dúctil do que o concreto sem fibras. Entretanto, o efeito da adição de fibras no concreto restringe-se somente a fase pós-fissuração do processo de carregamento. As fibras não tem efeito no comportamento que antecede a carga de pico. Avanços recentes em nanotecnologia têm possibilitado a produção de nanopartículas, em especial, nanotubos de carbono. Tratam-se de nanopartículas que podem ser utilizadas como reforço da matriz cimentícia para atuar ao nível de sua nanoestrutura. A pesquisa proposta estuda o comportamento de concretos contendo a incorporação de nanotubos de carbono e também de concretos reforçados com fibras de aço (CRFA) juntamente com a adição de nanotubos de carbono. A pesquisa tem o objetivo de avaliar melhorias na resposta dos concretos e dos CRFA, a partir da incorporação das nanopartículas de carbono. Foram realizados ensaios de compressão e de flexão em três pontos em corpos de prova prismáticos entalhados. Foi constatado que os nanotubos de carbono permitem reduzir a absorção de água e melhorar a mobilidade das misturas (de concreto e de CRFA) no estado fresco. Também foram observados aumentos, na resistência à compressão axial e resistências flexionais dos materiais concreto e CRFA quando da adição de nanotubos de carbono.

Concrete is a material with a high frequency of use in Brazilian constructions and in buildings in countries around the world. Factors such as reduced material costs, high research volume and high resistance, contributed to the wide use of concrete as a building material. However, concrete has low tensile strength, cracking easily and has a low deformation capacity. Fiber reinforced concrete (FRC) was developed in the 1960s and is a material that presents a good mechanical response in terms of residual strength after cracking of the matrix and consequently a more ductile behavior than concrete without fibers. The effect of adding fibers to the concrete is restricted only to the post-cracking phase of the loading process. The fibers have no effect on the behavior that precedes the peak load. Recent advances in nanotechnology have enable the production of nanoparticles, in particular, carbon nanotubes. The nanoparticles can be used to reinforce the cement matrix to act at the level of its nanostructure. The proposed research studies the behavior of concretes containing the incorporation of carbon nanotubes and also of steel fiber reinforced concrete (SFRC) with the addition of carbon nanotubes. The research aims to evaluate improvements in the response of concretes and SFRC, based on the incorporation of carbon nanoparticles. Compression and flexural tests were performed on notched prismatic specimens. It has been found that nanotubes reduce the absorption of water and improve the mobility of mixtures (concrete and SFRC) in the fresh state. Increases in axial compression strength and flexural strengths of concrete and SFRC materials were also observed when adding carbono nanotubes.