REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.8366642
Carlos Eduardo Accarini Filho;
Julia Fernanda Belvedere;
Larissa Oliveira da Silva;
Rebeca Mini Araujo Iwanaga;
Sandro Martini;
Mostafa Galal Abdelfattah Mohamed Aboelkheir.
Resumo
A nanotecnologia tem proporcionado inovações significativas na ciência e na engenharia. Uma nanoestrutura com potencial de utilização e que vem se destacando nessa área é o nanotubo de carbono. Nanotubos de carbono são cilindros formados por folhas de carbono dispostas de forma hexagonal. Os nanotubos podem modificar as propriedades de um composto de cimento. No estado fresco, os nanotubos de carbono são capazes de acelerar as reações de hidratação por efeito de nucleação. Resistência à compressão, resistência à flexão, ductilidade e durabilidade também apresentam melhores resultados quando nas matrizes cimentícias são incorporados nanotubos. Dentro desse contexto, esse projeto tem como objetivo uma revisão da literatura sobre o tema, e assim há uma consolidação dos experimentos e pesquisas mais significativos, dispondo de uma análise sobre os métodos de dispersão química empregados que possuem maior relevância, com um viés pela inserção do material na matriz cimentícia, e análise dos resultados gerados em testes de resistência mecânica.
Palavras-chave: Cimento. Nanotubos de Carbono. Nanotecnologia.
1 INTRODUÇÃO
1.1 Contexto
Com o desenvolvimento e pesquisa em nanotecnologia, os Nanotubos de Carbono (NTCs) foram primeiro identificados por Morinobu Endo na década de 70 e um enorme interesse surge quando Sumio Lijima publica seu artigo na Nature em 1991, em que foram observadas estruturas tubulares formadas por camadas de grafeno. Devido a curvatura presente, o comportamento químico dos carbonos é alterado e, por conta disso, ocorrem distorções nas ligações do tipo sigma dos orbitais sp, ocasionando o aumento da energia, que é inversamente proporcional ao diâmetro do NTCs, e assim, sabe-se que se houver um maior diâmetro é esperado uma menor reatividade e vice-versa (OBERLIN; ENDO; KOYAMA, 1976; LIJIMA, 1991; LEMES, 2016; BATISTON, 2012).
Os materiais cimentícios, especificamente concretos e argamassas, deixaram de ser apenas uma mistura de cimento, água e agregado. Os concretos atuais contêm cada vez mais aditivos orgânicos e inorgânicos; adições minerais e fibras. A aplicação de estudos relacionados à nanociência está totalmente relacionada com os avanços das propriedades físicas e mecânicas desses materiais (GLEIZE, 2011 apud SCHNEIDER, 2018).
A incorporação destes materiais provocou melhorias expressivas e apresentou um avanço tecnológico, fomentando o desenvolvimento de concretos de alto desempenho. Contudo, a matriz cimentícia apresenta falhas que estão na escala nanométrica. Como a adição de nanopartículas no concreto apresentou-se bons resultados, e iniciaram-se pesquisas com nanopartículas e nanoestruturas em diferentes tipos de compósitos cimentícios (SCHNEIDER, 2018).
2 Justificativa
Tendo em consideração a enorme importância do cimento Portland para a sociedade, a melhoria do material é imprescindível, haja vista os resultados positivos sobre a inserção de nanotecnologia. É observado que a adição de nanomateriais pode ocasionar o aumento das superfícies de contato e uma maior reatividade, o que de fato pode gerar muitas vantagens quando se trata do aprimoramento, em termos de reforço e eficiência.
As nanopartículas comerciais, apesar de produzidas e fornecidas em tamanhos abaixo de 100 nm, geralmente aparecem como grandes aglomerados com dimensões entre 1 e 100 nm. A aglomeração reduz a área superficial específica das nanopartículas, impedindo assim a exploração total desses materiais com o objetivo de melhorar as propriedades desejadas do concreto e outras misturas de cimento. Além disso, a formação e presença desses aglomerados dificulta a dispersão adequada de nanopartículas dentro das misturas de cimento, levando a efeitos negativos sobre as propriedades mecânicas. Portanto, a dispersão se torna um procedimento de alta importância.
É fundamental investigar diferentes aspectos e fatores que a dispersão pode promover, e as possibilidades favoráveis do uso da nanotecnologia, em específico, na estruturação de matrizes cimentícias, que fundamentam a escolha do tema para o desenvolvimento da pesquisa.
3 Objetivos
O presente projeto tem como objetivo geral realizar uma revisão bibliográfica sobre os estudos dos efeitos dos métodos relacionados à dispersão química de NTCs e sua influência no desempenho de matrizes de cimento Portland. Para alcançar esse objetivo, tem-se como objetivos específicos:
I. Pesquisar e investigar a utilização de aditivos químicos como agentes dispersantes de NTCs em matrizes de cimento.
II. Analisar os trabalhos publicados sobre as propriedades mecânicas de compósitos cimentícios com NTCs fabricados com dissemelhantes tipos de aditivos e analisar o meio presente, haja vista que esse nanomaterial tem comportamento hidrofóbico.
III. Avaliar, a partir dos resultados da literatura, qual aditivo e processo promovem efetivamente uma maior dispersão dos NTCs, e outrossim, um melhor desempenho nas propriedades mecânicas que possam ser analisadas.
4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA OU REVISÃO DA LITERATURA
4.1 Cimento Portland
O cimento é o material mais utilizado na construção civil, e pode ser descrito como um material com propriedades adesivas e coesivas que o fazem ter a capacidade de junção de fragmentos minerais de uma maneira compacta. Os cimentos para a produção de concreto têm característica de reagir quimicamente e endurecer sob a água, sendo assim, chamados de cimento hidráulico, que são constituídos principalmente de silicatos e aluminatos de cálcio, e também chamados de cimentos naturais, cimento Portland e cimentos aluminosos (NEVILLE, 2016).
Perante as investigações realizadas por John Smeaton, século XVIII, que tinha como objetivo encontrar um material mais resistente à ação agressiva da água do mar, a utilização das argamassas e dos concretos sofreu grande impulso. Conclui-se que, conforme os testes, que os calcários impuros contendo argila eram capazes de produzir cimentos que receberam o nome de Portland devido à localidade de onde se extraíam as rochas calcárias na época, denominada ilha de Portland. Foi descoberto por John Smeaton, em 1756, todavia só teve sua patente outorgada em 1824, por Joseph Aspin (MELO, 2009).
O cimento Portland é utilizado para descrever o cimento obtido pela queima à temperatura de clinquerização de uma mistura com materiais calcários e argilosos ou de outros que contenham sílica, alumina e óxidos de ferro e pela posterior moagem do clínquer resultante. A definição está baseada em várias normas com esse princípio, incluindo o sulfato de cálcio adicionado após a queima (NEVILLE, 2016).
Os componentes básicos do cimento Portland são Óxido de Cálcio (Cal – CaO), a Sílica (SiO2), a Alumina (Óxido de Alumínio – Al2O3) e o Óxido de Ferro (Fe2O3), obtidos por meio do calcário, minério de ferro, argila, e assim, passando para a etapa de fabricação. Estes compostos interagem entre si no interior do forno e formam uma série de produtos de maior complexidade (MEHTA; MONTEIRO, 2014).
A análise química dos cimentos Portland resulta na determinação das proporções dos óxidos já mencionados. As propriedades do cimento estão diretamente relacionadas com as proporções dos silicatos e aluminatos, que podem ser determinadas a partir da análise em óxidos. Essa análise de operação da determinação da composição potencial do cimento, normalmente se usa para o cálculo o método Bogue, e o monograma desse método se encontra na Figura 1, todavia não resulta em dados estritamente corretos, pois pode variar de acordo com as etapas, como: operação do forno e resfriamento do clínquer (BAUER, 2019).
Figura 1 – Monograma para o método de Bogue
Fonte: Bauer (2019).
As quantidades usuais na composição do cimento Portland podem ser analisadas na Tabela 1.
Tabela 1 – Usualidade na composição do cimento Portland.
Fonte: Adaptado de Neville (2016).
A fabricação do cimento Portland é feita em instalações industriais de grande porte, localizadas junto às jazidas que se encontram em situação favorável quanto ao transporte do produto. Para o processo, são necessárias as seguintes operações: extração da matéria-prima, a britagem, moedura e mistura; queima, moedura do clínquer e expedição (BAUER, 2019).
4.2 Processos Químicos na Hidratação do Cimento Portland
O processo de hidratação do cimento ocorre na etapa de adição de água à mistura, resultando em reações químicas que proporcionam ao material propriedades coesivas, formando uma pasta resistente. O mecanismo de hidratação pode ser descrito por dois processos: de dissolução-precipitação e estado sólido (topoquímico). Conforme observações de amostras por microscópio eletrônico de varredura (MEV), durante o processo há uma tendência de que o mecanismo de dissolução-hidratação seja tendencioso nos primeiros estágios, e no decorrer, quando a mobilidade dos íons é mais restrita, a hidratação das partículas restantes tende a ocorrer por reações em estado sólido (MEHTA; MONTEIRO, 2014).
Na etapa por dissolução-precipitação, são diluídos os compostos anidros em seus constituintes iônicos, formando os hidratos em solução. Por conta da baixa solubilidade, uma precipitação de hidratos, a partir da solução que está supersaturada, pode ocorrer, ou seja, a quantidade de soluto excede à especificada pela solubilidade. Com isso, o mecanismo inicial promove a reorganização dos componentes originais nos compostos C3S (Silicato tricálcico ou alita), C2S (Silicato bicálcico ou belita), C3A (Aluminato tricálcico) e C4AF (Ferro aluminato tetracálcico ou brownmilerita) com o desenvolvimento da hidratação do cimento. Na etapa seguinte, no mecanismo topoquímico, as reações se dão diretamente na superfície dos componentes originais do cimento Portland anidro, sem que entrem em solução (GOTO; RIBEIRO; CENTOFANTE, 2018).
Considerar que os compostos do cimento se hidratam independentes entre si é uma simplificação válida para diversas finalidades de pesquisa nessa área, todavia não pode ser visto como um modelo para representar efetivamente o que ocorre quando se trata do processo de hidratação do clínquer no cimento Portland. Exemplo, o C2S hidrata mais rapidamente em presença de C3S devido às mudanças de concentração de íons hidroxila/hidroxilo/oxidrila (encontrado nas bases dos hidróxidos, e analisada como molécula de água com déficit de um átomo de hidrogênio) no meio. São conjunções que também afetam a hidratação do C3A e C4AF. A taxa de hidratação durante os primeiros dias obedece à seguinte ordem, aproximada: C3A > C3S > C4AF > C2S (QUARCIONI, 2008; JAWED; SKALNY; YOUNG, 1983).
Os aluminatos contribuem para o processo de enrijecimento da pasta e pega, isto é, a perda da consistência e solidificação, pois apresentam uma maior velocidade de hidratação que os silicatos. A reação C3A com água imediata, forma diversos compostos cristalinos hidratados, como C3AH, C4AH19 e C2AH8, havendo uma grande liberação de calor, em que é desacelerada com a adição de sulfato de cálcio, conhecida também como gipsita, no processo; ou seria inutilizado nas construções civis (MEHTA; MONTEIRO, 2014).
Em relação aos silicatos, como se apresentam em cerca de 75% do cimento Portland puro, tem a função de determinar as características de endurecimento, relacionada a taxa de crescimento da resistência. A estrutura dos silicatos hidratados é de baixa cristalinidade e forma um sólido poroso, apresentando características de uma espécie de gel rígido, que é denominado como silicatos de cálcio hidratados (C-S-H) (MEHTA; MONTEIRO, 2014).
Com o contato do cimento com a água, inicia-se uma troca de espécies iônicas entre os sólidos e a fase líquida. Por conta da alta solubilidade de alguns componentes do clínquer, ocorre um rápido aumento na concentração de aluminatos, sulfatos e álcalis (sódio, potássio e cálcio) na fase líquida. As maiores contribuições para a composição da fase aquosa em contato com o cimento (JAWED; SKALNY; YOUNG, 1983), são:
- Silicatos de cálcio (C3S e C2S): Ca2+ e OH–
- Aluminatos de cálcio (C3A) e ferritas: Ca2+ e Al(OH)4 –
- Sulfato de cálcio (CaSO4): Ca2+ e SO42-
- Sulfatos alcalinos (Na2SO4 e K2SO4): Na+, K+ e SO42-
Perante a isso, as reações químicas de hidratação das principais fases podem ser representadas de maneira simplificada (TAYLOR, 1998):
3C3A + 3C S H2 + 26H2O → C6A S 3H32 (trissulfoaluminato de cálcio ou etringita)
3C3A + C6A S 3H32 + 4H2O → 3C4A S H12 (monossulfoaluminato de cálcio)
2C3S + 6H2O → C3S2H3 + 3CH
2C2S + 4H2O → C3S2H3 + CH
A hidratação do C4AF em presença de gipsita dá origem à formação de fases similares às obtidas na hidratação do C3A, as quais se diferem pela substituição parcial do alumínio pelo ferro com composições químicas variáveis, porém as estruturas similares às de etringita e do monossulfoaluminato. A dissolução dos silicatos de cálcio do cimento dá origem à formação da portlandita (CH) (QUARCIONI, 2008).
A reação do C3A com água é imediata, em que são formados hidratos cristalinos como C3AH6, C4AH9 e C2AH8, com a liberação de grande quantidade de calor de hidratação. Como a reação é muito rápida, se não fosse a inclusão da gipsita, o cimento não teria utilidade para a construção, pois essas reações aconteceriam de forma extremamente instantânea (MEHTA; MONTEIRO, 1994).
O mecanismo de retardo da pega do cimento pela gipsita refere-se à diminuição da solubilidade do C3A na presença de íons hidroxila, álcalis e sulfato. Em conformidade da concentração de aluminato e íons sulfato na solução, o produto cristalino da precipitação é o trissulfoaluminato de cálcio hidratado, conhecido como etringita, que se caracteriza em forma de pequenas agulhas prismáticas, ou o monossulfoaluminato de cálcio hidratado, conhecido como baixo-sulfato, que se cristaliza como placas hexagonais. Na maioria das vezes, a etringita é a primeira a se cristalizar, devido à elevada relação aluminato/sulfato na fase aquosa, durante a primeira hora do período de hidratação (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
A partir da estequiometria da reação tem-se que 1 mol de C3S em solução aquosa libera 3 mols de Ca2+ e 1 mol de H2SiO42-. Dessa forma, a precipitação do C-S-H ocorre numa relação de 2 mols de Ca2+, ou até menos, para 1 mol de H2SiO42-. Portanto, aumentam-se as concentrações de Ca2+ e de OH– em solução até a saturação do meio e precipitação de CH, que se verifica quando a concentração do Ca2+ é de aproximadamente 0,022 Mol/L. O íon Ca2+ é o principal agente que controla as reações de hidratação do cimento (NACHBAUR, 1998).
A cura do concreto deve ocorrer durante a hidratação do cimento. Essa cura é para evitar a evaporação da água presenta na mistura e reduzir o calor de hidratação. Quando a cura é efetiva, obtém-se um produto final com características esperadas, como: maior durabilidade, maior impermeabilidade e maior resistências a agentes que são agressivos. Dessa forma, para que não ocorra a evaporação e formação de fissuras pelo fenômeno de retração, é recomendado que o período mínimo de cura seja de sete dias (BAUER, 2019).
Durante a hidratação do cimento, são formados poros na estrutura, que podem ser subdivididos quanto à origem e tamanho em:
- Macroporos: ocorrem por conta de problemas com adensamento ou uso de incorporadores de ar, encontram-se, na maioria das vezes, na faixa acima de 1.000 Å, isto é, 10-7 m;
- Poros capilares: situados na faixa entre 100 Å (10-8 m) e 1.000 Å (10-7 m), quando interligados, são os principais responsáveis pela permeabilidade da pasta endurecida e pela vulnerabilidade à percolação de águas agressivas e carbonatação;
- Poros de gel: com dimensões inferiores a 100 Å (10-8 m), dependem do grau de cristalização dos produtos de hidratação, especialmente os C-S-H. Os poros da estrutura apresentam dimensões entre 5 Å (5×10-10m) e 30 Å (30×10-10m), ao passo que os vazios presentes entre géis de C-S-H ficam entre 30 Å (30×10-10m) e 100 Å (10-8m).
Além das classificações acima citadas, Paulo (2005 apud Melo, 2009) apresenta outra classificação para esses poros existentes, de acordo com a forma pela qual a água flui nos sistemas desses poros: os microporos (abaixo de 2,5 nm) e os mesoporos (de 2,5 nm a 50 nm), que são considerados responsáveis pela formação da porosidade intrínseca, e os mesoporos (acima de 50 nm) que são fornecedores do sistema de capilaridade do material (PAULON, 2005 apud MELO, 2009).
Posto isto, sabe-se que da mesma forma que o processo de hidratação deve ser bem realizado para que ocorra de forma efetiva a demonstração de boas propriedades mecânicas, a adição de nanopartículas também exerce um papel para um melhor desempenho da matriz cimentícia.
4.3 Nanotecnologia
A nanotecnologia, termo criado em 1974 por Norio Taniguchi na Universidade de Tóquio, tem como base uma visão em escala nanométrica, isto é, um nanômetro (nm) representa 10-9 metros (um bilionésimo de metro). Para a The National Nanotechnology Initiative (NNI), a nanotecnologia compreende uma escala entre 1 a 100 nm.
As estruturas em nanoescala, que são chamadas de nanoestruturas, mostram-se possíveis para a exploração de novas propriedades em diversas áreas. Referente a utilização dos materiais nessa escala, é evidente o desenvolvimento para a criação desde uma simples embalagem até um dispositivo de alta tecnologia que explore os conceitos da nanociência. Além disso, a nanotecnologia está envolvida nas melhorias e desenvolvimento de novos produtos para tecnologia e medicina. Vale ainda ressaltar que, um material não deve somente possuir escala nanométrica, mas sim propriedades diferenciadas associadas à nanoescala (RÓZ et al., 2015).
Existem dois modos de se abordar o desenvolvimento de materiais em nanotecnologia. Na abordagem de baixo para cima (bottom-up), que são materiais e dispositivos construídos a partir de componentes atômicos e moleculares que se ajustam quimicamente por princípios de reconhecimento molecular. E a abordagem (top-down), objetos em escala nano são construídos a partir de outros em maior escala e sem controle de nível atômico (GOGODTSI, 2006).
A alteração das propriedades de um material ao atingir a escala nanométrica se deve à combinação de dois fatores: os efeitos quânticos se manifestam na escala nanométrica; e quanto menor for o tamanho da amostra, mais importantes se tornam os efeitos de superfície, por conta do aumento da proporção entre a área e volume (MELO; PIMENTA, 2004).
Sabe-se ainda que a nanociência, não tem como princípio somente a criação de materiais novos, mas sim tem como base na composição elementar dos materiais, ou seja, busca aproveitar novas propriedades que surgem nos materiais quando em escala nanométrica (BARBOSA et al., 2017).
A parte de grande relevância da Nanotecnologia e Nanociência está na criação de novas estruturas atômicas e moleculares, com arquiteturas diferentes, levando a resultados muito específicos e especiais. É um campo extremamente amplo que envolve a química, a física, a engenharia de materiais, a bioquímica, a biofísica, a ciência da computação e até mesmo a medicina. Com isso, é entendível que em relação à economia de energia e proteção ao meio ambiente, esses estudos contribuem para um menor uso de matérias-primas escassas, e são possibilidades coerentes para o desenvolvimento em nanotecnologia (MELO, 2009).
4.4 Nanotecnologia Aplicada à Construção Civil
A construção civil foi classificada, em vários estudos, entre as dez principais áreas de aplicação de nanotecnologia. Esse ranking foi fornecido pelas Nações Unidas, cujo nome é United Nations Millennium Development Goals (MDGs) (SALAMANCA-BUENTELLO et al., 2005). Esse setor tem mostrado grandes avanços com o uso da nanotecnologia, devido às propriedades dos materiais. Atribuir características aos nanomateriais, torna cada vez mais possível melhorar o desempenho nos materiais que não apresentam desempenho elevado (BARBOSA et al., 2017).
Como a nanotecnologia tem aplicações de grande alcance na indústria de materiais de construção, pode-se melhorar as propriedades primárias dos materiais, e preencher as necessidades existentes. O desenvolvimento da nanociência tem potencial para reduzir o impacto ambiental e a intensidade energética das estruturas, bem como melhorar a segurança e diminuir os custos associados à construção civil (GUERRINI; CORAZA, 2008).
As aplicações nesse tipo de indústria estão em vários estágios de desenvolvimento que variam em pesquisas teóricas até produtos já disponíveis comercialmente. Há ainda uma falha em distinguir entre o que está disponível e o que pode estar sendo produzido no futuro, e isso tem sido causa de muitos equívocos na nanotecnologia (ZHU; BARTOS; PORRO, 2004).
Existem alguns nanomateriais em destaque para utilização em matriz cimentícia, assim como: nanoaditivos, óxido de grafeno (OG), nano-SiO2, nano Fe2O3, zeolita, nano-TiO2, nanofibras de carbono (NFC) e em destaque os NTCs (QING et al., 2007; SENFF et al., 2013; OLTULU; SAHIN, 2013; PAUL; SAVIJA; BABAFEMI, 2018).
O OG se mostra contendo características relevantes que correspondem a hidroxila (OH), carbonilas (C=O) e carbono com hibridização sp3 com ligações (-O-C). Essas funcionalidades do oxigênio fornecem a ele carácter hidrofílico, auxiliando na dispersão na pasta de cimento. Além disso, o OG possui alta área de superfície, cerca de 161 m2/g, o que proporciona alta área de contato com materiais cimentícios. Dessa maneira, é criada uma rede forte dentro da matriz e fornece alta capacidade de ligação dos compósitos e estrutura densa. Pesquisas com baixas quantidades de OG (0,2 % sobre a massa de cimento), apresentaram resistência à flexão maior, em média 41 %, quando se faz a comparação de amostras sem OG; e resistência à compressão, em média 10% de aumento (LONG et al., 2017).
O nano-Fe2O3 e nano-SiO2 (NS) também foram estudados quanto à influência sobre as resistências mecânicas, e podem contribuir nos materiais cimentícios, pois fornecem núcleos que reagem no processo da hidratação do cimento e também preenchem espaços vazios. É vista que a performance do nano-SiO2 depende das condições de síntese. O mecanismo de menor força é descrito pela aglomeração de nanopartículas entre 10-100 nm na fase final de secagem. Com isso, pode-se analisar que esses nanomateriais podem contribuir para a resistência de materiais cimentícios (LI et al. 2004; PAUL; SAVIJA; BABAFEMI, 2018).
O nano-TiO2, adicionado ao cimento, acelera significativamente a taxa de hidratação, a porosidade da pasta de cimento diminui e a distribuição do tamanho dos poros é alterada. A resistência à compressão da argamassa foi aumentada principalmente em menor tempo. Essa adição fornece propriedade superhidrofílico na superfície do cimento, que é revestido com dióxido de titânio de 20 nm de diâmetro. Com isso, quando é exposto à luz ultravioleta, catalisa a decomposição de matérias orgânicas aderidas à superfície da construção civil, fazendo com que esse concreto apresente uma maior limpeza e também reduz o calor, logo acaba sendo mais preservado (CHEN; KOU; POON, 2012; HANUS; HARRIS, 2013).
As zeólitas ocorrem naturalmente e podem ser encontradas em rochas vulcânicas, todavia também podem ser produzidas comercialmente em grande escala. Apresentam porosidade por natureza e normalmente são usados como adsorventes e catalisadores, pode estar na forma de sódio ou de íon hidrogênio (H–). Quando a zeólita é usada em materiais cimentícios, a alta área de superfície e estrutura porosa aumenta com a demanda de água necessária, em comparação com as pastas puras, então a quantidade de água é proporcional com a dosagem de zeólita. Contribui para o consumo de Ca(OH)2 formando durante a hidratação do cimento e a formação de produtos cimentícios hidratados (PERRAKI et al., 2010). De acordo com Najimi et al. (2012), a substituição do cimento com zeólitas de tamanho entre 1-200 nm, é promissora, pois atingiu a uma resistência à compressão adequada, penetração da água, penetração do íon cloreto, taxa de corrosão, retração de secagem e também não exigiu altas quantidades de superplastificantes.
A utilização de nanofibras de carbono (NFCs), que são nanofilamentos gerados cataliticamente, de dimensões semelhantes aos NTCs, contribuem para o aumento da qualidade do cimento, todavia, assim como os NTCs, os NFCs também possuem dificuldade para dispersão. Segundo Malo (2012), foi percebido a melhora no comportamento mecânico do cimento, que contribui de forma sutil no processo de hidratação, obteve-se blindagem de ondas eletromagnéticas com adição de 5% de NFCs superiores a 70%. Vera-Agulló et al. (2009), relatou boas dispersões e aceleração de hidratação em quase todos os casos (3, 7, 28 e 56 dias), obtendo aumento na resistência à compressão e flexão em 3 e 7 dias entre 20-40%, e aos 28 dias aumentos de resistência à flexão superior a 25%.
Espera-se que a adição de nanopartículas no concreto, melhore o controle de sua porosidade, já é notável que a introdução de sílica ativa traz melhorias para o material; todavia com tamanhos bem menores, os NTCs poderão preencher ainda mais os vazios presentes em concretos e em argamassas. Para mais, apresentam grande potencial em análises mecânicas, assim como retardar a propagação de fissuras em compósitos de cimento e agir como agente de nucleação (MELO, 2009).
Com o surgimento da tendência de desenvolvimento da nanotecnologia aplicada à construção civil, abriu-se possibilidades para o enriquecimento das propriedades dos materiais cimentícios como concretos e argamassas, em que é visto de forma mais frequente a utilização da NS e os NTCs. Diversas universidades nacionais e internacionais têm dedicado estudos sobre as propriedades do cimento e do concreto compostos com esses nanomateriais, e claramente a justificativa para isso é a comprovação do bom desempenho das nanopartículas quando adicionadas a argamassas de cimento (MARCONDES, 2012).
Nos últimos dez anos, os Nanotubos de Carbono (NTCs) têm sido objeto de extensa pesquisa como um agente de reforço em compósitos à base de cimento Portland. O foco principal está na alteração da estrutura da matriz de cimento em relação aos seus principais componentes. É possível afirmar que esses nanomateriais demonstraram a capacidade de aprimorar as características de resistência das matrizes cimentícias, resultando na redução ou até mesmo na prevenção de fissuras (JAYAKUMARI; SWAMINATHAN; PARTHEEBAN, 2023).
Além de aprimorar a resistência e durabilidade, a adição de nanomateriais também pode introduzir novas características ao concreto, ampliando suas possíveis aplicações. No entanto, enfrentamos um desafio significativo ao inserir esses nanomateriais nos compósitos cimentícios, pois eles têm a tendência de aglomerar, prejudicando sua função no compósito. Numerosos estudos na literatura destacam que a aglomeração de nanomateriais compromete o desempenho mecânico dos compósitos cimentícios (DAHLAN, 2021).
Logo, sabe-se, portanto, que quando uma pequena quantidade de nanopartículas é uniformemente dispersa na pasta de cimento, agem como um núcleo de ligação forte ao cimento hidratado, e contribuem para a hidratação do cimento devido a sua alta atividade, consequentemente é importante para a resistência mecânica. As nanopartículas presentes entre os produtos hidratados irão impedir o crescimento de cristais, tais como o Ca(OH)2, o que favorece a resistência mecânica. As nanopartículas preencherão os poros da pasta de cimento, tornando-a mais densa e aumentando a resistência, de modo similar a sílica ativa (LI; XIAO; OU, 2004).
Makar et al. (2005) descreveram sobre a possibilidade de os NTCs influenciarem no controle da fissuração, de forma que, por conta do tamanho, podem distribuir-se de forma eficaz e impedirem a propagação das fissuras, isto é, faz com que as fissuras que já foram geradas mostrem-se com aberturas de tamanho inferior. Nos experimentos utilizam 2% de NTC, relação a/c de 0,4 e dosagem de 1% de aditivo em relação a massa do cimento. Na Figura 2 é possível analisar a microfissura na pasta de cimento com três dias de hidratação, presentes os NTCs que agem como pontes de aderência. É devida a formação destas pontes que se acredita na adição de NTCs em matrizes de cimento para maiores resistências e consequentemente uma maior durabilidade do material.
Figura 2 – A microfissura na pasta cimentícia com NTCs adicionados agindo como pontes de aderência.
Fonte: Makar et al. (2005).
Quando se alteram as dimensões de um material do tamanho macro para o nano, ocorrem mudanças significativas em sua condutividade elétrica, absorção óptica, reatividade química e principalmente nas propriedades mecânicas. Com a redução do tamanho, mais átomos localizam-se na superfície de partículas, implicando a uma pequena mudança na energia de superfície e na morfologia desta superfície. É perceptível então, que esses fatores alteram as propriedades básicas e reatividade química dos nanomateriais (SOBOLEV et al, 2008).
4.5 Nanotubos de Carbono
Perante a diversos materiais nanoestruturados, destaca-se a existência e utilização dos NTCs. De acordo com Batiston (2012), às análises da possibilidade de haver a produção de filamentos à base de carbono através da decomposição de hidrocarbonetos foram mencionadas em 1889 numa patente norte-americana, e em 1952 foram feitas algumas imagens de estruturas tubulares de carbono em escala nanométrica, e em 1976 obtidas as imagens dos NTCs.
A sintetização de NTCs alcançada por Lijima, foi realizada através de descarga de um arco elétrico. É um processo simples, em que dois eletrodos de grafite são aproximados entre eles, e a temperatura do plasma gerado pelo arco, atinge em média 3000ºC e vaporiza o carbono dos eletrodos. Desta forma, os átomos de carbono ficam acumulados no cátodo, e pela presença de metais catalisadores, os NTCs começam a crescer (ROCHA, 2005 apud BATISTON, 2012).
Como a estrutura dos NTCs são baseadas no grafeno (Figura 3), em que este termo foi adotado em 1962, nomeado a partir da junção do sufixo -eno, devido a dupla ligação presente. Tem como característica uma monocamada plana de átomos de carbono, em que são organizadas em células hexagonais com átomos hibridizados na forma sp2, isto é, possui três números de orbitais híbridos, e com seu arranjo em formato trigonal plana possuindo um elétron livre por átomo no orbital p, e pode ser considerado como uma estrutura unidimensional. Com isso, o grafeno é utilizado em várias aplicações, consequentemente os NTCs também podem ser cada vez mais estudados e aplicados (SEGUNDO; VILAR, 2017; SOUZA, 2015).
Figura 3 – Representação esquemática da formação dos NTCs. (a) folha de grafeno, (b) e (c) folha de grafeno curvando e enrolando e (d) nanotubo de carbono formado.
Fonte: Couto (2006).
Existem várias maneiras de se enrolar uma folha de grafeno de única camada, nesse caso Bertholdo (2001) cita três tipos possíveis de nanotubos, com as denominações de zig-zag, armchair e chiral, e isso pode ser visualizado na Figura 4.
Figura 4 – Enrolamento de uma folha de grafeno.
Fonte: Prem (2008) apud Bertholdo (2001).
A direção de formação dos NTCs está relacionada à propriedade designada quiralidade, que pode ser entendida como a forma pela qual os átomos se ligam, deixando ou não, pontas nas extremidades do nanotubo. O ângulo formado na existência das pontas é chamado de ângulo quiral e pode variar de zero, um tipo zig-zag, ou seja, perfeitamente enrolado – a 30º, do tipo armchair. À vista disso, a quiralidade, que retrata o enrolamento intrínseco da folha de grafeno, é um mecanismo responsável, em maior parte, pela quebra de um NTC (BERTHOLDO, 2001).
Com base em Melo (2011), no período de evidência desse nanomaterial, foram descobertos, em sua forma estrutural, como folhas de grafeno enroladas de forma cilíndrica, formando um tubo em arranjo hexagonal, e sua especificação está de acordo com o número de folhas que o constitui, isto é, os nanotubos de carbono de paredes simples (NTCPS) e os nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM).
Os NTCPS são um tubo cilíndrico formado por apenas uma folha de grafeno, em que é enrolada de forma cilíndrica, apresentam um diâmetro externo na faixa de 1 a 3 nm e comprimento de aproximadamente, 300 nm. Para a sua obtenção é necessário realizar um controle com maior cautela em relação a produção e purificação, e também são produzidos em quantidade inferior aos NTCPM, o que torna o custo maior.
Os NTCPM mostram em sua forma várias folhas no interior, apresentam-se como um conjunto de tubos internos, uma vez que possuem diâmetro externo de 10 a 50 nm e comprimento variando de 100 a 1.000 nm. Além de dependerem do diâmetro, comprimento e quiralidade, ainda são influenciadas pelas interações entre os NTCPS que os compõem. Quando são utilizados como reforços de materiais compósitos, comportam-se como NTCPS, pois somente a camada superficial responde à tração, e os tubos internos contribuem para a rigidez e resistência a esforços radiais. Esses tipos podem ser visualizados na Figura 5. Com base nisso, é possível observar o seu campo a aplicações nas áreas que envolvem compósitos cimentícios.
Figura 5 – Esquema da estrutura de NTCPS e NTCPM respectivamente.
Fonte: Adaptado de Zarbin (2007).
Dependendo da estrutura apresentada, os NTCs podem ser condutores metálicos ou semicondutores, e também possuir uma capacidade de deformação elástica de cerca de 12%, isto é, sessenta vezes maior que a do aço, e podem ter um comportamento elétrico variando com a tensão (LI; WANG; ZHAO, 2005).
Por conseguinte, em relação aos NTCs, apresentam-se resultados nos reforços de compósitos de cimento com uma alta resistência e desempenho notório, em comparação às fibras tradicionais. Por conta da grande área superficial, espera-se que as principais interações, entre os NTCs e a matriz cimentícia, sejam interações de Van der Waals. Porém, em relação à matriz, as interações de maior grau energético devem ser alcançadas, aumentando o poder de aderência, destacando as estruturas C-S-H e os NTCs (SANCHEZ; ZHANG, 2008).
Há uma predominância de forças eletrostáticas no processo de interação das superfícies de C-S-H e os NTCs, vendo-se a possibilidade de que a presença de grupos carboxila (-COOH) seja a mais adequada para melhorar as interações. O grupo dos ácidos carboxílicos ionizam-se em soluções que são básicas e dessa forma passam a ficar com cargas negativas, ou seja, torna a possibilidade de interação, através de cátions Ca2+, que atuariam como pontes dos nanotubos com o Ca(OH)2 e do C-S-H (SANCHEZ; ZHANG, 2008).
Sabe-se que a inserção de NTCs ao concreto tem reduzido a sua porosidade, bem como há a diminuição do volume total de poros. Isso foi comprovado por Li, Wang e Zhao (2005) que realizaram testes em argamassas contendo 0,5% de NTCs e obtiveram uma redução da porosidade, no entorno de, 64% nas argamassas que continham o material, quando comparada a argamassa sem NTCs Isso evidencia que os NTCs agem como fílers nos vazios da matriz cimentícia.
4.5.1 Métodos de Síntese de Nanotubo de Carbono
Os NTCs, desde o período de sua descoberta, estão sendo sintetizados através de vários processos, dentre os quais pode-se citar o método de arco de corrente, ablação por laser, HiPCO (High Pressure CO conversion) e CVD (Chemical Vapour Deposition) (MELO, 2009).
O método de arco de corrente, também conhecido pela pirólise de eletrodos de grafite em atmosfera controlada de hélio, baseia-se em uma descarga elétrica gerada por dois eletrodos cilíndricos de grafite, em uma câmara de aço preenchida por um gás inerte. Esse grafite é sublimado e depositado nas paredes da câmara e tal depósito contém os nanotubos. Esse método foi utilizado por Lijima, em 1991, para o desenvolvimento da síntese dos primeiros nanotubos e a temperatura para esse processo é muito elevada, em torno de 3.000 a 4.000 ºC (LIJIMA, 1991 apud COUTO, 2006).
A ablação por laser consiste na vaporização de um alvo de grafite através de uma irradiação a laser, na presença de gás inerte, em temperaturas em terno de 1.200 ºC. Há um coletor metálico em que os NTCs permeiam sua deposição sob a superfície (DRESSELHAUS et al., 2004).
O método HiPCO consiste na decomposição de Fe(CO)5 em altas temperaturas e pressões. O ferro age como catalisador e promove a decomposição de monóxido de carbono, produzindo assim NTCPS com um alto grau de pureza (CHIANG et al., 2001).
O processo CVD envolve a reação de decomposição de um precursor de carbono, normalmente um hidrocarboneto insaturado, na presença de um catalisador metálico (Co, Fe, Ni) em condições adequadas de temperatura, taxa de aquecimento e atmosfera inerte (ENDO et al., 1993).
Quando o processo ocorre com catalisador suportado, primeiramente ocorre a síntese do catalisador metálico, que posteriormente suportado sobre um substrato adequado é levado ao forno. Em seguida, é feita a passagem do precursor de carbono com o auxílio de um gás de arraste. A decomposição das moléculas do hidrocarboneto ocorre sobre a superfície das partículas metálicas em temperaturas que variam de 500 a 1.200 ºC. A Figura 6 mostra o procedimento (MELO, 2009; COUTO, 2006).
Apesar dos NTCs produzidos por esse processo apresentarem mais defeitos estruturais do que os produzidos por arco elétrico e ablação a laser, há interesse na continuidade de seu uso, pois esta técnica permite a produção contínua em larga escala e oferece a possibilidade de um crescimento seletivo com estruturas controladas. Outro ponto a ser observado é que, em todos os processos, existe a produção paralela de carbono amorfo e a presença inevitável de partículas metálicas oriundas dos catalisadores, todavia essa síntese possibilita maior controle das variáveis quando comparada aos outros processos de obtenção dos NTCs (HERBST; MACÊDO; ROCCO, 2004).
Figura 6 – Desenho esquemático do processo CVD.
Fonte: Couto (2006).
4.6 Processos de Dispersão de Nanotubos de Carbono em Matrizes Cimentícias
Para que os NTCs atuem de forma eficiente nas matrizes cimentícias, a sua dispersão é essencial. A dispersão ideal pode ser descrita como o estado em que as nanopartículas são completamente separadas uma das outras e sem aglomerações. Os métodos de dispersões são classificados como mecânicos, como a ultrassonicação e moagem com agitação com alta taxa de cisalhamento; e métodos químicos, relacionados à utilização de surfactantes ou as modificações químicas para se alterar a energia da superfície, aprimorando as características de adesividade e molhabilidade, e consequentemente aumentando a estabilidade do processo de dispersão no solvente (JIANG; GAO; SUN, 2003).
Makar e Beaudoin (2003) foram uns dos primeiros pesquisadores a publicar sobre a produção de compósitos com NTC/Cimento. A incorporação de NTCs foi analisada por microscopia eletrônica. Mesmo sem os resultados de ensaios mecânicos, os autores ressaltaram a principais vantagens no uso de NTCs, em comparação as fibras tradicionais, entre as quais desatacaram a elevada resistência mecânica, o aumento do fator de forma (FF) e uma grande área de contato.
Entre as dispersões físicas, destaca-se a ultrassonicação. Esse método consiste na aplicação de energia ultrassônica para agitar as nanopartículas em uma solução, em escala laboratorial, feita com a utilização de um banho ultrassônico ou um sonicador. Essa técnica tem como princípio uma série de compressões de propagação das ondas ultrassônicas, que de forma atenuada podem induzir as moléculas no meio em que estão dispostas. As ondas de choque movimentam as partículas localizadas nas partes mais externas dos aglomerados, e as nanopartículas se desprendem. Sabe-se que essa forma de dispersão mecânica é muito efetiva quando NTCs, por exemplo, quando estão em soluções com baixa viscosidade. Em relação ao aquecimento da solução e possíveis danos gerados aos NTCs, o tempo total e o tipo do sinal (contínuo ou pulsado) devem ser avaliados com cautela (MA et al., 2010).
A agitação mecânica é uma técnica comum para dispersar partículas em sistemas líquidos. O tamanho, forma da hélice, velocidade de operação, adição ou não de um agente químico, controlam os resultados da dispersão. Os NTCPM podem ser dispersos mais facilmente do que os NTCPS, todavia os NTCPM tendem a se aglomerar novamente. Os parâmetros como forças atrativas fracas têm pouco efeito sobre essa tendência durante a agitação, portanto a aglomeração torna-se espontânea através da condução estática, isto é, trata-se de um método com baixa eficiência por se tratar de um processo que precisa da homogeneidade efetiva para assegurar bons resultados nos testes de resistência mecânica da matriz cimentícia (MA et al., 2010).
O processo de calandragem para a dispersão de NTCs é um método que pode ser utilizado, e uma alta tensão de cisalhamento deve ser aplicada para distribuir as nanopartículas na matriz cimentícia. Vale destacar que os materiais de alimentação devem estar com uma viscosidade ideal para se misturarem com a finalidade de atingir uma homogeneidade ideal (MA et al., 2010).
Perante as metodologias analisadas, a ultrassonicação é a mais usada nesse processo de dispersão mecânica dos NTCs em meio aquoso e em matrizes cimentícias. Tem sido executada com balanceamento entre energia e o tempo total, e pode ser somada a funcionalização física e química dos NTCs, diminuindo o agrupamento e mantidos por mais tempo dispersos em um meio aquoso (MONTEIRO, 2018). É importante ressaltar que a falta de utilização de surfactante no procedimento de dispersão por energia ultrassônica gera uma nova aglomeração dos NTCs por conta das suas altas forças de atração, além da hidrofobia característica do nanomaterial (DANOGLIDIS et al., 2016).
A dispersão química dos NTCs é de significante importância. Entretanto existe uma dificuldade em relação ao processo, em que para ocorrer de forma efetiva, a dispersão deve ser homogênea e deve haver uma compatibilidade com a matriz (LISUNOVA et al.,2006). Sobretudo, sabe-se que que os NTCs possuem baixa solubilidade com a maioria dos solventes, e isso está relacionado com a força de atração Van der Waals, em que acabam tendo a tendência de se agregarem, por isso a dificuldade do processo (HAM; CHOI; CHUNG, 2005). De certo, é de conhecimento que a dispersão é o fator decisivo sobre a influência dos nanotubos, e claramente, a dispersão e técnicas utilizadas são fundamentais para todo o processo (KORAYEM et al., 2017).
Segundo Batiston (2012), nos processos executados na dispersão, deve-se entender como é feita a introdução dos nanotubos na matriz cimentícia. A interação com os compostos da hidratação do cimento, entre os quais estão o C-S-H, o hidróxido de cálcio, os sulfoaluminatos de cálcio hidratado e os aluminatos hidratados; são fundamentais para garantir o bom desempenho quando as nanopartículas são adicionadas nas matrizes com cimento Portland.
Na presença da funcionalização, que consiste na adição de radicais carboxilas (-COOH) – em que se caracterizam por um carbono ligado por uma dupla ligação com o oxigênio e uma ligação simples a uma hidroxila (-OH) – na superfície dos NTCs, o meio alcalino pode melhorar a dispersão devido a efeitos de eletro-repulsão. A presença destes radicais pode favorecer a interação dos NTCs com o C-S-H do compósito, que é o principal composto do cimento hidratado (BATISTON et al., 2010 apud MARCONDES, 2012).
Em relação à superfície do material, a modificação é feita com agentes tensoativos, que são conhecidos como surfactantes, os quais apresentam cadeia orgânica apolar e extremidade polar, como os diferentes tipos de superplastificantes e dispersantes. Os surfactantes constituem, de modo geral, em um grupo de caráter hidrofílico e função orgânica do hidrocarboneto, que é ramificada, alifática ou aromática. Podem ser iônicos ou não iônicos, e os tensoativos iônicos contêm pelo menos um tipo de unidades funcionais ionizáveis, como grupos de ácidos carboxílico e sulfônico que produzem uma repulsão eletrostática. Outro ponto a ser observado é que os surfactantes mais utilizados na indústria são os superplastificantes, haja vista que a sua aplicação é importante para concretos de alta resistência (KORAYEM et al., 2017).
Os surfactantes adsorvem a cauda hidrofílica dos NTCs através de forças de atração não covalentes, e quando estão em solução, podem se organizar sobre agregados supramolares (micelas). Para isso, ocorre o afastamento entre os nanotubos, ocorrendo a interação com o solvente, e estabilizando toda a solução. Desse modo, para se obter dispersões estáveis, é importante que se tenha uma alta concentração de surfactantes. Todavia apresenta altos custos e pode gerar impactos ambientais (VAISMAN; WAGNER; MAROM, 2007; MADNI et al., 2010).
Os aditivos mais comumente usados para dispersar NTCs, dentro da matriz cimentícia, são o policarboxilato (-COOH) à base de superplastificante. Entretanto, com base em Makar (2011), não são muito eficazes em caso de NTCPS. Um ponto importante é que embora os grupos carboxílicos causem repulsão eletrostática entre os NTCs, a dispersão é alcançada principalmente devido à repulsão resultante por conta das cadeias longas de éter laterais (YAMADA et al., 2000).
As pesquisas indicam que os surfactantes agem de forma eficiente na parede do NTCs e induzem a ocorrência de repulsões eletrostáticas, que pode contrabalancear as atrações Van der Waals entre os nanotubos de carbono, ocasionando mudanças na distribuição da matriz (SCHNEIDER, 2018). Existem estudos envolvendo surfactantes iônicos e aniônicos, obtendo-se bons resultados, como a utilização do aniônico s-dium docecyl sulfate (SDS), com razão 1:41, e o não iônico (Tween 80), razão de 1:3, isto é, com a presença do nanotubo nos sistemas houve a influência da concentração micelar crítica dos surfactantes, em que, para o não-iônico, o aumento foi maior e também se concluiu que é necessário utilizar somente uma quantidade para recobrir a superfície do nanotubo, evitando perda de material (SILVA; BARRETO; BALLETTINI, 2012).
Uma desvantagem da utilização dos surfactantes, em relação aos dados experimentais, é que apresentam uma melhor utilização em situações específicas, como quando se há uma grande quantidade de moléculas, resultando assim, em formação eficiente destas estruturas, ou seja, uma dispersão realizada em condições viáveis, sem haver muitas variações. O uso de tensoativos e de moléculas ligadas por interações que não sejam covalentes, na maioria das vezes é reversível e torna a dispersão disponível por tempos limitados (LIU et al., 2007).
Sobre os tipos de surfactantes, Moore (2003) realizou experimentos para dimensionar o comportamento dos NTCs de parede simples, suspensos em vários surfactantes, e conforme as suas espécies, obteve resultados específicos para cada proporção e testes. Com surfactantes não iônicos, por exemplo, a capacidade de o polímero suspender NTCs parece ser vantajosa relacionando o tamanho do grupo hidrofílico com maior peso molecular suspendendo mais desses nanomateriais, todavia havendo altas variações entre eles. Para surfactantes iônicos e polímeros, as conversões percentuais mostraram-se semelhantes.
De acordo com o processo desenvolvido por Marcondes e Medeiros (2016), os NTCs são previamente dispersos em água para garantir essa homogeneidade, e a análise do desenvolvimento das etapas em relação ao teor dos nanotubos, as dispersões químicas e métodos de análises dos resultados, são tidos como base para o desenvolvimento desse projeto. Os aditivos incorporados à mistura foram um superplastificante à base de policarboxilato, que são macromoléculas de éter carboxílico, utilizados como dispersantes em composições cimentícias, reduzindo assim, a viscosidade das suspensões e diminuindo a quantidade de solvente (água) para a execução do processo (MEHTA; MONTEIRO, 2014).
Nos experimentos de Lemes (2016), por exemplo, foi utilizado um aditivo superplastificante com base de éter policarboxílico para o processo de dispersão química. Incialmente é calculado a porcentagem de água, aditivo e NTCs a serem utilizados na solução, assim colocados em um béquer para a agitação. Um ponto de grande relevância, é a utilização do ultrassom de imersão, pois faz com que a agitação seja mais efetiva, pelo fato de que atua criando uma tensão de cisalhamento entre os NTCs, ou seja, essas forças geradas pelo ultrassom superam as forças de ligação entre os NTCs e, consequentemente, a sua separação, levando a uma solução de bom caráter homogêneo. Dentre todas as amostras, a mistura com 0,3% de NTCs apresentou, na idade de referência (28 dias), um ganho de 20% em resistência à tração na flexão e 3,66% em resistência à compressão, e estes resultados tiveram como parâmetro uma amostra sem NTCs e com aditivo.
Andrade Neto et al. (2021) conduziram uma análise dos atributos reológicos utilizando o modelo de Herschel-Bulkley em amostras de pastas contendo 0,05%, 0,075% e 0,1% de NTC em relação à massa total de cimento. Para cada formulação de pasta, em adição à pasta de referência, foi incorporado um teor de 10% de metacaulim em substituição ao cimento CP-II, com o propósito de atenuar as propriedades reológicas durante a mistura do NTC com um material cimentício adicional. Todas as pastas com NTC demonstraram um aumento na viscosidade e na tensão de escoamento em comparação com a pasta de referência. No entanto, as pastas contendo tanto NTC quanto metacaulim apresentaram níveis mais elevados de tensão de escoamento e viscosidade em comparação com as pastas sem metacaulim. Os autores observaram que, além do NTC possuir uma superfície específica significativamente maior, o metacaulim também possui uma superfície específica superior às partículas de cimento, o que demanda uma maior quantidade de água. Além disso, os autores avaliaram a consistência de argamassas contendo os mesmos teores de pastas e constataram uma redução na trabalhabilidade.
Sabendo-se que os radicais adicionados à superfície dos NTCs funcionam como núcleos de crescimento para os hidratos de cimento, acredita-se que ocorra um adensamento da pasta, devido à nucleação heterogênea. Este efeito pode gerar modificações na estrutura e distribuição de hidratos na pasta, consequentemente influenciar nas características físico-mecânicas do cimento (BATISTON, 2012).
5 METODOLOGIA
A pesquisa realizada pode ser caracterizada como do tipo exploratória com abordagem qualitativa. A estratégia adotada foi a Revisão Sistemática da Literatura (RSL) e seguiu a orientação de alguns trabalhos de modo a nortear o estudo realizado. Galvão e Pereira (2014) explica que uma RSL se trata de um estudo secundário, que utiliza dados de artigos científicos que relatam resultados em primeira mão. Através de uma RSL é possível obter amplos resultados e acabam sendo uma contribuição original para o tema em questão.
As bases de dados escolhidas foram a Science Direct e o Google Acadêmico. A fim de abranger um maior espectro de trabalhos sobre o tema, sem que a busca na literatura se torna-se repetitiva, optou-se por utilizar descritores bem definidos. Foram utilizados os operadores lógicos nos termos de busca. Essencialmente utilizou-se o operador AND. Em relação ao levantamento de artigos de pesquisa e dissertações/teses selecionados, utilizou-se as palavras-chave do tema do trabalho: “nanotubos de carbono e cimento” e “nanotubos de carbono e cimento e dispersão química”, além das mesmas palavras-chave em tradução direta para o inglês: “carbon nanotubes and cement” e “carbon and cement nanotubes and chemical dispersion” O recorte temporal foi a partir do ano 2000, todavia existem exceções para artigos de grande relevância para o tema com a data de publicação a partir de 1976, ou seja, os pioneiros do assunto abordado que representam a essência do presente objetivo de pesquisa. Quando se trata de análise de resultados de artigos, foram consultadas referências desde 2010, para assim estarem dispostas a resultados mais consolidados por conta das grandes pesquisas anteriores.
6 RESULTADOS E DISCUSSÕES OU ANÁLISE DOS DADOS
Considerando todo o processo de dispersão química dos NTCs e adição na matriz cimentícia, pôde-se analisar, conforme está apresentado na Tabela 2, os resultados já encontrados por autores a respeito da adição de NTCs em argamassas e as mudanças em suas propriedades mecânicas.
Percebe-se que o aditivo que é mais utilizado nesse processo é o Éter Policarboxilico, pelo fato de que é composto por polímeros de éter carboxílico com baixo pH. Existem pesquisas anteriores que demonstram a funcionalização dos NTCs por ácidos, então, acredita-se que o baixo valor de pH do aditivo seja aliado no processo de dispersão (LI et al., 2004; MELO et al., 2011).
A Tabela 2 mostra que os pesquisadores observaram que a adição de NTCs em pó melhorou as propriedades mecânicas das argamassas, como a resistência a compressão axial, e variando entre estudo, a análise de resistência à tração na flexão ou a compressão diametral. Além disso, observa-se uma variação do ganho das propriedades, devido aos diferentes teores de adição de NTCs, relação a/c, fator de forma dos nanotubos, o tipo de aditivo superplastificante adicionado para a dispersão, e principalmente o método de dispersão utilizado por cada autor, pois o tempo entre as etapas e a utilização de ferramentas e equipamentos específicos, alteram o produto final.
As Figuras 4 e 5 mostram uma comparação entre autores e tipos de ensaio mecânicos adotados em cada trabalho. A Figura 4 trata especificamente de autores que utilizaram os ensaios de resistência à compressão axial e resistência à tração na flexão, enquanto que na Figura 5 são apresentados os resultados de ensaios de resistência à compressão axial e resistência à compressão diametral.
Tabela 2 – Amostras com os melhores resultados na literatura.
Fonte: Elaborado pelos autores
Figura 7 – Comparação entre os resultados obtidos por autores que realizaram o teste de resistência à compressão axial e resistência à tração na flexão. O ganho percentual (escala vertical) foi obtido em relação a uma amostra padrão (controle) sem adição de NTC.
Fonte: Elaborado pelos autores.
Figura 8 – Comparação entre os resultados obtidos por autores que fizeram teste de resistência à compressão axial e resistência à compressão diametral. O ganho percentual (escala vertical) foi obtido em relação a uma amostra padrão (controle) sem adição de NTC.
O critério para o desenvolvimento desses gráficos, em relação à ordem que está situado é a média dos resultados, e está disposto do maior para o menor, ou seja, a amostra do autor que apresentou maior relevância geral foi a primeira colocada.
Em relação aos dados apresentados, percebe-se que Schneider (2018) apresentou melhores resultados na resistência mecânica (resistência à compressão axial e resistência à tração na flexão), testada pela amostra AN30, dentre seu grupo de amostras. Em relação a análise entre resistência à compressão axial e compressão diametral, Souza (2015) apresentou maior resultado para compressão axial, e Silva (2017) alcançou melhores resultados com compressão diametral.
Em relação a utilização do superplastificante baseado em uma cadeia éter policarboxílico modificado, a diferença deste em comparação com outros superplastificantes tradicionais, normalmente à base de naftaleno sulfonado ou melanina sulfonada, é o tipo de mecanismo de ação, que melhora de maneira sensível a dispersão das partículas de cimento. Os polímeros tradicionais normalmente são absorvidos pelas partículas de cimento, e estes recobrem a superfície das partículas no processo de mistura do concreto. Este aditivo é compatível com todos os tipos de cimento Portland (SCHNEIDER, 2018).
Os policarboxilatos são macromoléculas utilizadas como dispersantes de alta eficiência, em composições cimentícias reduzindo a viscosidade das suspensões e minimizando a quantidade de água utilizada para o processamento. Estes tipos de aditivos são considerados muito eficientes por promoverem estabilização eletroestérica devido a grupos funcionais que geram cargas elétricas e se adsorvem na superfície das partículas e suas cadeias poliméricas laterais apolares (MEHTA; MONTEIRO, 2008).
Sabe-se que a dispersão reduz o desvio padrão entre as amostras ensaiadas. E em relação ao desenvolvimento de Schneider (2018), os NTCs foram adicionados à argamassa em forma de dispersão aquosa, para aumentar a eficiência, e o processo de dispersão foi realizado por meio da utilização do equipamento, cujo nome é cuba ultrassônica, com frequência ultrassônica de 40 kHz e ciclo de operação de até trinta minutos.
O procedimento adotado para realizar a dispersão foi o método indireto, que consiste em adicionar água no equipamento e acondicionar os béqueres com a solução a ser dispersa no seu interior. De início, após a pesagem dos materiais, a água foi despejada primeiramente no béquer que continha o aditivo e os NTCs foram, assim, adicionados na sequência.
Como Schneider (2018) obteve os resultados mais positivos em relação às análises mecânicas do cimento, então dispõe-se das especificações técnicas do aditivo por ele usado, que podem ser analisadas na Tabela 3.
Fonte: Dados fornecidos pela empresa BASF
Em seguida, o béquer com a mistura foi colocado no ultrassom de imersão, e durante o processo, quando a temperatura excedeu 30ºC, foi trocado a água de dentro do aparelho devido ao aumento da temperatura, e a dispersão permaneceu no aparelho por duas horas e quinze minutos, após esse tempo, é evidente uma solução mais homogênea, principalmente tratando-se de observações a olho nu.
Um ponto que pode ser considerado para as porcentagens mais altas é o fator de forma, considerando pesquisas até mais antigas, pois Li, Wang e Xiao. (2005) conseguiu um aumento de 25% na resistência para argamassas com teor de 0,50% de NTCs tratados, todavia Batiston (2012), conseguiu ganhos menores na resistência, sendo me torno de 5%. O fato dessas diferenças existirem podem ser justificadas por conta do fator de forma dos NTCs, uma vez que o mesmo utilizou nanotubos com fator de forma de, no máximo, 375 e Li, Wang e Xiao (2005) usaram um valor próximo a 50000.
De acordo Vaisman, Wagner e Marom (2007) as amostras durante o processo são de suma importância e a visualização pode ser baseada em:
- A microscopia óptica, que permite a visualização dos aglomerados em tamanho micrométrico;
- A microscopia de força atômica (MFA), que é ideal para observar os NTCs suspensos sobre a nanoescala, um problema em relação à segunda forma de análise, é que somente pode ser feita a sondagem de alguns nanotubos por vez, claramente não é possível registrar um parâmetro de uma amostra geral;
- A microscopia eletrônica de varredura ou transmitância, em que é necessário um pré-tratamento por meio de ouro, carbono pulverizado ou a ocorrência de um corte de micrótomo de uma amostra, em que pode causar um defeito do padrão original e real da amostra.
Assim, por experimentos, as soluções de NTCs são mais bem visualizadas de forma íntegra com crio-TEM (cryogenic transmission of electrons by microscopic imagee) mostra-se ideal no caso das amostras úmidas (VAISMAN; WAGNER; MAROM, 2007; MOORE, 2003).
Outro ponto a ser observado é que segundo Nadiv et al. (2016), as análises térmicas e microscópicas indicaram que a corporação de nanotubos de carbono nas matrizes cimentícias acelerou também a cinética da reação de hidratação. Todavia, as propriedades hidrofóbicas deste nanomaterial fazem com que em presença de água formem grânulos, prejudicando a resistência dos compósitos (ROCHA, 2017).
De acordo com Marcondes (2012), para uma análise efetiva das amostras, existem alguns critérios que são observados, como:
- A turbidez é uma propriedade física dos fluidos que é referente a uma redução da transparência devido à presença de materiais em suspensão que interferem na passagem de luz. Todavia, não é uma grandeza diretamente mensurável, acaba sendo uma análise mais subjetiva, em que se tem como parâmetro as características do fluido, o índice de refração e cor do mesmo. Sabe-se que quanto mais turva ficar a solução, mais eficiente foi a dispersão dos NTCs, pois isso reflete a homogeneidade da solução. Essa relação pode ser vista na Tabela 4, conforme as amostras desenvolvidas pelo autor.
Tabela 4 – Classificação e parâmetros da turbidez em amostras.
Fonte: Adaptado de Marcondes (2012).
- O diâmetro dos grumos denota a aglutinação de partículas e, portanto, que não houve a dispersão eficiente do NTC na amostra, isto é, quanto maior for o diâmetro do grumo formado menos eficiente foi essa dispersão.
- A suspensão na amostra, é essencial, pois significa que não ocorreu uma decantação. Isto é importante para que haja a correta dispersão em meio aquoso dos NTCs, e quanto maior o teor de partículas em suspensão, melhor, já que para confeccionar o concreto com os NTCs será necessário inicialmente efetuar a dispersão, para assim, a aplicação.
6.1 Perspectivas Futuras da Aplicação dos Nanotubos de Carbono em Matrizes Cimentícias
De acordo com Barbosa (2017) a adição desses tipos de materiais pode contribuir em diversos aspectos, como a atribuição de novas características e aperfeiçoamento do desempenho sobre o que já está consolidado, tendo cada vez mais enfoque nas propriedades mecânicas, como a sua resistência à tração e módulo de elasticidade, que é de fato o objetivo, de forma que auxilie a garantir a durabilidade e segurança em uma construção civil.
Desta forma, sabe-se que a adição de nanotubos de carbono em compostos de cimentícios, em relação às pesquisas e testes já desenvolvidos, alegam um desempenho positivo de NTCs adicionados em argamassas de cimento Portland e pastas, e com essa forma de aplicação, o termo nanoconcreto é evidente, ou seja, todo concreto que utilize nanomateriais incorporados, posto que as nanopartículas são menores que 500 nm (MARCONDES; MEDEIROS, 2016; NORHASRI; HAMIDAH; FADZIL, 2017).
Embora seja utilizado por diversas indústrias, uma das barreiras encontradas para o uso dos NTCs em cimentos e concretos em larga escala é seu elevado custo e baixa oferta do produto. Ainda assim, pesquisas têm demonstrado a possibilidade de síntese dos NTCs durante a própria fabricação do clínquer, portanto há uma alternativa no processo (MARCONDES, 2012).
Morsy, Alsayed e Aqel (2011) citam que quando se usam nanomateriais, três vantagens principais devem ser consideradas. A primeira é a produção de um concreto de alta resistência para uma aplicação específica. A segunda vantagem é a redução da quantidade de cimento necessária para um concreto em uma ordem de resistência e a redução de custo, consequentemente o impacto ambiental se torna inferior. A última vantagem a ser pontuada é a redução do tempo de construção com os nanomateriais, por conta da alta resistência do concreto com um tempo de cura mais reduzido, assim como citado por Souza et al. (2014), sobre a possibilidade de menor consumo de clínquer e aumento na resistência mecânica da matriz cimentícia.
7 CONCLUSÃO/CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com base nas informações obtidas no estudo, teve-se como propósito realizar um estudo sobre como os NTCs podem ser dispersos de forma química para se ter como resultado um estado homogêneo, para assim serem adicionados à matriz cimentícia, com o intuito de haver um aperfeiçoamento na resistência mecânica do material, havendo a consideração do quanto a nanotecnologia é significativa para esses resultados.
Dessa forma, para que os NTCs atuem no cimento, a dispersão é o ponto chave para todo o processo, mas o problema é sobre como deve ser feita de forma eficaz, pois para que o processo ocorra de forma adequada, as nanopartículas precisam estar separadas umas das outras sem união. Um ponto a ser observado é que quando o surfactante é adicionado, agem de forma eficiente na parede dos NTCs, ocasionando as repulsões eletrostáticas, que contrabalanceiam as atrações Van der Waals.
Em virtude dos fatos é relevante ressaltar que os NTCs precisam ser dispersos em água para garantir a homogeneidade com a ação do aditivo e posteriormente adicionados à matriz cimentícia. O superplastificante que apresentou melhor resultado para a dispersão química é baseado em uma cadeia de éter policarboxílico modificado, que apresenta um mecanismo de ação que melhora a dispersão das partículas no cimento, pois os polímeros tradicionais são absorvidos pelo cimento, e este modificado recobre a superfície no processo de mistura, e também é compatível com todos os tipos de cimento Portland.
No processo de dispersão, por conta da incorporação dos radicais como as carboxilas ou hidroxilas, as ligações moleculares são beneficiadas por conta desses grupos funcionais, e os NTCs modificados apresentam aumento da solubilidade em solventes orgânicos, o que consequentemente gera uma dispersão mais efetiva durante o processo de mistura.
Com base nos ensaios realizados na literatura, em relação a adição de NTCs quanto maior for o índice, menor é a consistência da argamassa, e isso está completamente relacionado com a relação a/c, e o teor do aditivo permanece constante. Além disso, a adição de 0,2% de NTCs é recomendada, ao fato de que atende as propriedades de resistência à tração na flexão da matriz cimentícia e evita desperdício do material.
REFERÊNCIAS
ANDRADE NETO J.S., SANTOS T.A., PINTO S.A., DIAS C.M.R., RIBEIRO D.V. Effect of the combined use of carbon nanotubes (CNT) and metakaolin on the properties of cementitious matrices. Construction & Building Materials. v. 271. 2021
BARBOSA, W.P.; et al. A nanotecnologia na construção civil e suas influências. Repositório Digital Unicesumar, out. 2017.
BATISTON, E.R. Incorporação de nanotubos de carbono em matriz de cimento Portland. 2012. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2012.
BAUER, L.A.F. Materiais de Construção. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019. E-book. ISBN 978-85-246-3662-5. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521636632/. Acesso em: 17 jun. 2023.
BERTHOLDO, R. Síntese e caracterização de novas formas de carbono obtidas a partir da pirólise de precursores poliméricos incorporados em vidros porosos. Dissertação (Mestrado em Química) – Departamento de Química, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2001.
CHEN, J.; KOU, S.; POON, C. Hydration and properties of nano-TiO2 blended cement composites. Cemente and Concrete Composites, v. 34, n. 5, p. 642-649, maio. 2012.
CHIANG, I.; et al. Purification and Characterization of Single-Wall Carbon Nanotubes (SWNTs) Obtained from the Gas-Phase Decomposition of CO (HiPco Process). The Journal of Physical Chemistry B, v. 105, p. 8297-8301, agos. 2001.
COUTO, G.G. Nanopartículas de níquel: síntese, caracterização, propriedades e estudo de sua utilização como catalisadores na obtenção de nanotubos de carbono. 2006. Dissertação (Mestrado em Química) – Departamento de Química, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2006.
DAHLAN, A.S. Impact of nanotechnology on high performance cement and concrete. Journal of Molecular Structure. v. 1223. 2021.
DANOGLIDIS, P. A.; et al. Strength, energy absorption capability and self-sensing properties of multifunctional carbon nanotube reinforced mortars. Construction and Building Materials, v. 120, p. 265-274, 2016.
DRESSELHAUS, M.S; DRESSELHAUS, G.; JORIO, A. Unusual properties and structure of carbono nanotubos. Unnual Review of Materials Research, v. 34, p. 247-278, mar. 2004.
ENDO, M. et al. The production and structure os pyrolytic carbono nanotubes (PCNTs). Journal of Physics and Chemistry of Solids, v. 54, n. 12, p. 1841-1848, dez. 1993.
GALVÃO, T. F.; PEREIRA, M. G. Revisões sistemáticas da literatura: passos para sua elaboração. Epidemiol. Serv. Saúde, Brasília, v. 23, n. 1, p. 183-184. 2014.
GOGODTSI, Y. Nanomaterials Handbook. CRC Press, 2006. E-book. ISBN 978-04-291-1780-0. Disponível em: https://www.taylorfrancis.com/books/9780429117800. Acesso em: 06 jul. 2023.
GOTO, H.; RIBEIRO, J. P. C.; CENTOFANTE, R. Materiais da Construção. Porto Alegre: SAGAH, 2018. E-book. ISBN 978-85-9502-7772-5. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595027725/. Acesso em: 11 jul. 2023.
GUERRINI G.L; CORAZZA F. White cement and photocatalysis. Part 2: applications. In: FIRST ARAB INTERNATIONAL CONFERENCE AND EXHIBITION ON THE USES OF WHITE CEMENT, Cairo, abr. 2008.
HAM, H.T.; CHOI, Y.S.; CHUN, I.J. An explanation of dispersion states of single-walled carbon nanotubes in solvents and aqueous surfactant solutions using solubility parameters. Journal of Colloid and Interface Science, v. 286, n.1, p. 216-223, jun. 2005.
HANUS, M.J.; HARRIS, A.T. Nanotechnology innovations for the construction industry. Progress in Materials Science, v. 58, n. 7, p. 1056-1102, ago. 2013.
HERBST, M.H; MACÊDO, M.I; ROCCO, A.M. Tecnologia dos nanotubos de carbono: tendências e perspectivas de uma área multidisciplinar. Química Nova, v. 27, n.6, p. 986-992, dez. 2004.
JAWED, I.; SKALNY, J.; YOUNG, J. F. Hydratation of Portland cement. Structure and Performance of Cement, p. 237-317, 1983.
JAYAKUMARI, B.Y.; SWAMINATHAN, E.N.; PARTHEEBAN, P. A review on characteristics studies on carbon nanotubes-based cement concrete. Construction and Building. 2023.
JIANG, L.J.; GAO, L; SUN, J. Production of aqueous colloidal dispersions of carbon nanotubes. Journal of Colloid and Interface Science, v. 260, n. 1, p 89-94, abr. 2003.
KORAYEM, A.H. et. al. A review of dispersion of nanoparticles in cementitious matrices: Nanoparticle geometry perspective. Construction and Building Materials, v. 153, p. 346-357, out. 2017.
LEMES, S. Caracterização do comportamento mecânico e térmico de argamassas de cimento Portland com adição de nanotubos de carbono. 2016. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Universidade Federal do Pampa, Alegrete, 2016.
LI, H.; et al. Microstructure of cement mortar with nano-particles. Composites Part B: Engineering, v. 35, n. 2, p. 185-189, mar. 2004.
LI, H.; XIAO, H.; OU, J. A study on mechanical and pressure-sensitive properties of cement mortar with nanophase materials. Cement and Concrete Research, v. 34, n. 3, p. 435-438, mar. 2004.
LI, G. Y.; WANG, P.M.; ZHAO, X. Mechanical behavior and microstructure of cement composites incorporating surface-treated multi-walled carbono nanotubes. Carbon, v. 43, n. 6, p. 1239–1245, maio 2005.
LIJIMA, S. Helical microtubules of graphitic carbono. Nature, v. 354, p. 56-58, 1991.
LISUNOVA, M.O.; et al. Stability of the aqueous suspensions of nanotubes in the presence of nonionic surfactant. Jounal of Colloid and Interface Science, v 299, n. 2, p. 740-746, jul. 2006.
LIU, Z.; et al. Supramolecular Chemistry on Water-Soluble Carbon Nanotubes for Drug Loading and Delivery. ACS Nano, v. 1, n. 1, p. 50-56, ago. 2007.
LONG, W.-J.; et al. Dynamic mechanical properties and microstructure of graphene oxide nanosheets reinforced cement composites. Nanomaterials, v. 7, n. 12, p. 1-19, nov. 2017.
MA, P.-C.; et al. Dispersion and functionalization of carbon nanotubes for polymer-based nanocomposites: A review. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, v. 41, n. 10, p. 1345-1367, out. 2010.
MADINI, I.; et al. Mixed surfactant system for stable suspension of multiwalled carbon nanotubes. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, v. 358, n. 1-3, p 101-107, abr. 2010.
MAKAR J.; BEAUDOIN J.J. Carbon nanotubes and their application in the construction industry. In: International Symposium on Nanotechnology in Construction, 2003, Paisley, Scotland. p. 331-341, 2003.
MAKAR, J.; MARGESON, J.; LUH, J. Carbon nanotube / cement composites – early results and potential applications. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON CONSTRUCTION MATERIALS: PERFORMANCE, INNOVATIONS AND STRUCTURAL IMPLICATIONS. Vancouver: ConMAT, 2005.
MAKAR, J.The Effect of SWCNT and Other Nanomaterials on Cement Hydration and Reinforcement. Nanotechnology in Civil Infrastructure, v. p. 103-130, 2011.
MALO, Ó.G. Matrices cementices multifuncionales mediante adición de nanofibras de carbono. 2012. Tese (Doutorado em Engenharia dos materiais, de água e de terreno) – Departamento de Ingeniería de la Construcción, Univerdidad de Alicante, Valência, 2012.
MARCONDES, C.G.N.; MEDEIROS, M.H.F. Análise da dispersão de soluções contendo nanotubos de carbono para uso em concretos de Cimento Portland. Revista ALCONPAT, v. 6, n. 2, p 84-100, ago. 2016.
MEHTA, P.K; MONTEIRO, P.J.M. Concrete Microstructure, properties and materials. 4. ed. New York: McGraw-Hill, 2014.
MELO, C.P; PIMENTA, M. Nanociências e nanotecnologia. Química Nova. v. 27, n. 6, p. 9-21, dez. 2004.
MELO, V.S. Nanotecnologia aplicada ao concreto: efeito da mistura física de nanotubos de carbono em matrizes de cimento Portland. 2009. Dissertação (Mestrado em Construção Civil) – Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2009.
MELO, V. S.; et al. Macro- and Micro-Characterization of Mortars Produced with Carbon Nanotubes. ACI – Materials Journal, v.108, n.3, p. 327-332, maio. 2011.
MELO, V.S.; et al. Desempenho de argamassas de cimento Portland contendo nanotubos de carbono e aditivo de melamina. Construindo, Belo Horizonte, v. 3, n. 2, p. 21-26, jul. 2011.
MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. Concreto – Estrutura, Propriedades e Materiais. 3. ed. São Paulo: IBRACON, 2008.
MONTEIRO, A.R. Dispersão mecânica de nanotubos de carbono com cimento Portland. 2018. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2018.
MOORE, V.C.; et al. Individually Suspended Single-Walled Carbon Nanotubes in Various Surfactants. Nano Letters, v. 3, n. 10, p. 1379-1382, set. 2003.
MORSY, M. S.; ALSAYED, S. H.; AQEL, M. Hybrid effect of carbon nanotube and nano-clay on physico-mechanical properties of cement mortar. Construction and Building Materials, n. 25, p. 145-149, jan. 2011.
NACHBAUR, L.; et al. Electrokinetic properties which control the coagulation of silicate cement suspensions during early ages hydration. Journal of Colloid and Interface Science, v. 202, p. 261-268, jan. 1998.
NAJIMI, M.; et al. An experimental study on durability properties of concrete containing zeolite as a highly reactive natural pozzolan. Construction and Building Materials. v. 35, p. 1023-1033, out. 2012.
NEVILLE, A.M. Propriedades do Concreto. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2016. E-book. ISBN 978-85-8260-366-6. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582603666/. Acesso em: 25 jul. 2023.
NORHASRI, M.S.; HAMIDAH, M.S.; FADZIL, A. Apllications of using nano material in concrete: A review.Construction and Building, v. 133, p 91-97, fev. 2017.
OBERLIN, A; ENDO, T; KOYAMA, T. Filamentous growth of carbon through benzene decomposition, Journal of Crystal Growth, v. 32, n. 3, p. 335-349, 1976.
OLTULU, M.; SAHIN, R. Effect of nano-SiO2, nano-Al2O3 and nano Fe2O3 powders on compressive strengths and capillary water absorption of cement mortar containing fly ash: A comparative study. Energy and Buildings, v. 58, p. 292-301, mar. 2013.
PAUL, S.C.; SAVIJA, B.; BABAFEMI, A.J. A comprehensive review on mechanical and durability properties of cement-based materials containing waste recycled glass. Journal of Cleaner Production, v. 198, p. 891-906, out. 2018.
PERRAKI, T.; et al. The offect of zeolite on the properties and hydration of blended cements. Cement and Concrete Composites. v. 32, n. 2, p. 128-133, fev. 2010.
QING, Y.; et al. Influence of nano-SiO2 addition on properties of hardened cement paste as compared with silica fume. Construction and Building Materials, v. 21, n. 3, p. 539-345, mar. 2007.
QUARCIONI, V.A. Influência da cal hidratada nas idades iniciais da hidratação do cimento portland – estudo em pasta. 2008. Tese (Doutorado em Engenharia) – Departamento de Engenharia de Construção Civil, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008.
ROCHA, V.V; LUDVIG, P. A preparação e caracterização de nanocompósitos com nanotubos de carbono dispersos em surfactantes. The Journal of Engineering and Exact Sciences, v. 3, n. 8, p 1097-1105, set. 2017.
RÓZ, A.L; et al. Nanoestruturas: princípios e aplicações. Coleção Nanociência e Nanotecnologia. 1.ed, v. 1, Rio de Janeiro: Elsevier, 2015. E-book. ISBN 978-85-352-8089-0. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595153356/. Acesso em: 27 jul. 2023.
SALAMANCA-BUENTELLO, F.; et al. Nanotechnology and the Developing World. Public Library of Science, v. 2, n. 5, p. e97-e97, maio 2005.
SANCHEZ, F.; ZHANG, L. Molecular Dynamics Modeling of the Interface Between Surface Functionalized Graphitic Strutures and Calcium-Silicate-Hydrate: Interaction Energies, Struture, and Dynamics. Journal of Colloid and Interface Science, v. 323, n. 2, p. 349-358, jul. 2008.
SEGUNDO, J.E.D.V.; VILAR, E.O. Grafeno: uma revisão sobre propriedades, mecanismos de produção e potenciais aplicações em sistemas energéticos. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, v. 11, n. 2 54–57, fev. 2016.
SENF, L.; et al. Formulation of mortars with nano-SiO2 and nano-TiO2 for degradation of pollutants in buildings. Composites Part B: Engineering, v. 44, n. 1, p. 40-47, jan. 2013.
SILVA, I.; BARRETO, P.; BELLETTINI, I. Estudo das dispersões aquosas de nanotubos de carbono utilizando diferentes surfactantes. Química Nova, v. 36, n. 1, p. 5-9, 2013.
SOBOLEV, K.; et al. Nanomaterials and nanotechnology for high-performance cement composites. In: SOBOLEV, K. e SHAH, S. Nanotechnology of concrete: recente developments and future perspectives. United States of America: American Concrete Institute, p. 93-120, 2008.
SOUZA, T.C.C. Síntese contínua e caracterização de cimento Portland fabricado com nanotubos de carbono. 2015. Dissertação (Mestrado em Construção Civil) – Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2015.
TAYLOR, H. F. W. Cement Chemistry. 2. ed. London: Thomas Telford, 1998. 459 p.
VAISMAN, L.; WAGNER, H.D.; MAROM, G. The role surfactants in dispersion of carbon nanotubes. Advances in Colloid and Interface Science, v. 128-130, p. 37-46, dez. 2006.
VERA-AGULLÓ, J.; et al. Mortar and Concrete Reinforced with Nanomaterials. Nanotechnology in Construction, v. 3, p. 383-388, 2009.
YAMADA, K. et al. Effects of the chemical structure on the properties of polycarboxylate-type superplasticizer. Cemente and Concrete Research, v. 30, n. 2, p. 197-207, fev. 2000.
ZARBIN, A.J.G. Química de (nano)materiais. Química Nova, v. 30, n. 6, p. 1469-1479, dez. 2007.
ZHU, W.; BARTOS, P.J.M.; PORRO, A. Application of nanotechnology in construction. Materials and Structures, v. 37, p. 649–658, nov. 2004.