Caracterização de pastas cimentícias sustentáveis obtidas a partir de nanocompósitos baseados em hidrogéis, nanofibras de celulose bacteriana e cimento Portland

Abstract

O cimento é um dos materiais mais utilizados na construção civil por possuir características físicas e químicas que justificam o seu manuseio e trabalhabilidade. Portanto, analisar suas propriedades nos estados fresco e endurecido é importante para garantir sua funcionalidade. Dessa maneira, alguns materiais poliméricos podem ser adicionados às bases cimentícias com o intuito de mitigar a retração em sistemas com baixa relação água/cimento. Assim, o presente estudo teve por objetivo principal avaliar o efeito do uso de nanocompósitos poliméricos baseados em hidrogel e nanofibras de celulose bacteriana (NFCB), sendo a NFBC usada comumente para reforço em matriz polimérica, sobre as propriedades no estado fresco e endurecido destas pastas de cimento. A extração da NFCB ocorreu por oxidação mediada por 2,2,6,6-tetrametil-1-piperidinoxil (TEMPO), a partir de resíduos de curativos de celulose bacteriana. A síntese do hidrogel foi realizada a partir de poliacrilamida (PAAm), polissacarídeo carboximetilcelulose (CMC) e 5,0% de NFCB (massa/volume de solução). Já as pastas cimentícias foram produzidas com cimento Portland CP II-Z e concentrações de 0% (controle), e 0,5% de hidrogel em relação à massa de cimento, e relação água/cimento (a/c) de 0,35. Foi necessário também estudar a capacidade máxima de absorção de água dos hidrogéis, quantificado pelo grau de intumescimento no estado de equilíbrio (Qeq) (Qeq = 24,6 ± 0,9 g/g). Os resultados das propriedades no estado fresco indicaram que o índice de consistência da pasta de cimento diminuiu cerca de 5% com a adição de hidrogel na matriz cimentícia. A adição do hidrogel nas pastas cimentícias diminuiu também a exsudação em relação ao controle, a máxima exsudação ocorreu aos 60 minutos em ambas as amostras. A amostra com hidrogel obteve um menor percentual de absorção de 20,3%, principalmente na idade de 28 dias, devido à atuação do hidrogel na reação de hidratação. Não foram observadas variações significativas, em todas as idades de cura, ocasionadas pela incorporação de hidrogel nas propriedades de resistência mecânica e na retração destas pastas cimentícias. O que é um resultado considerado satisfatório tendo em vista a resistência mecânica de 35 MPa da matriz controle. Desta forma, pode-se concluir que a adição do hidrogel trouxe resultados positivos para a pasta cimentícia devido a sua capacidade de liberação de água gradativa, o que pode estar auxiliando no processo de cura da pasta.

Cement is one of the most used materials in civil construction because it has physical and chemical characteristics that justify its handling and workability. Therefore, analyzing its properties in the fresh and hardened states is important to guarantee its functionality. Thus, some polymeric materials can be added to cementitious bases in order to mitigate shrinkage in systems with low water/cement ratio. Thus, the main objective of the present study was to evaluate the effect of using polymeric nanocomposites based on hydrogel and bacterial cellulose nanofibers (NFCB), NFBC being commonly used for reinforcement in a polymeric matrix, on the properties of these pastes in the fresh and hardened states. The extraction of NFCB occurred by oxidation mediated by 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinoxyl (TEMPO), from residues of bacterial cellulose dressings. The synthesis of the hydrogel was performed from polyacrylamide (PAAm), carboxymethylcellulose polysaccharide (CMC) and 5.0% NFCB (mass/volume of solution). The cementitious pastes were produced with CP II-Z Portland cement and concentrations of 0% (control), and 0.5% of hydrogel in relation to the mass of cement, and water/cement ratio (w/c) of 0.35. It was also necessary to study the maximum water absorption capacity of the hydrogels, quantified by the degree of swelling at steady state (Qeq) (Qeq = 24.6 ± 0.9 g/g). The results of the properties in the fresh state indicated that the index of consistency of the cement paste decreased about 5% with the addition of hydrogel in the cementitious matrix. The addition of hydrogel to cementitious pastes also reduced exudation in relation to the control, with maximum exudation occurring at 60 minutes in both samples. The sample with hydrogel had a lower percentage of absorption of 20.3%, mainly at the age of 28 days, due to the performance of the hydrogel in the hydration reaction. Significant variations were not observed, at all curing ages, caused by the incorporation of hydrogel in the properties of mechanical resistance and in the retraction of these cementitious pastes. Which is a result considered satisfactory in view of the mechanical strength of 35 MPa of the control matrix. Thus, it can be concluded that the addition of the hydrogel brought positive results for the cementitious paste due to its ability to gradually release water, which may be helping in the curing process of the paste.