Aplicação de nanopartículas de ZrO2 para a melhoria da qualidade do cimento

Abstract

A indústria de cimento enfrenta desafios na conservação de materiais e recursos energéticos. A intercalação de aditivos na nanoestrutura C-S-H contribui para o preenchimento dos poros da pasta de cimento, tornando-a mais densa e aumentando sua resistência mecânica. Além disso, uma dispersão uniforme das nanopartículas na pasta contribui para a sua hidratação. Nesse sentido, os cristais líquidos (CL) podem ser usados para direcionar a forma e o crescimento de nanofibras de ZrO2. Em específico, os CL com mesofase hexagonal inversa (cilindros concêntricos) confinam as partículas de óxido e proporcionam o crescimento controlado da nanofibra. O Nano ZrO2 pode aumentar a resistência mecânica e as características estruturais dos materiais cimentícios e reduzir o uso de água na produção de cimento. Os resultados mostram que os moldes de CL, analisados por MLP, apresentaram a estrutura hexagonal inversa. As análises de DRX dos cristais líquidos confirmaram a formação de uma mesofase estável. Após calcinação, o pó cerâmico apresentou a estrutura cristalina tetragonal da zircônia (2θ= 30º, 50º, 60º), com tamanho médio de cristalino de 9 nm, e microporos de diâmetros menores que 2nm, e um valor máximo de superfície de 46 m2.g-1. A análise de MEV confirmou a formação de nanofibras, e estas foram utilizadas no processo de hidratação do cimento. A análise de reologia mostrou que em todos os ensaios reológicos foram formados fluídos pseudoplásticos. De modo geral, tanto as nanopartículas calcinadas quanto os cristais líquidos adicionados à pasta de cimento contribuíram para a formação de pastas mais fluídas, pois a ruptura dos agregados permite minimizar a quantidade de água necessária para a produção da pasta de cimento e aumentar a produção de misturas com melhor trabalhabilidade

The cement industry faces challenges in materials and energy resources conservation. The intercalation of additives in C-S-H nanostructure contributes to the filling of pores in cement paste, turning it denser and increasing the mechanical resistance. In addition, an uniform dispersion of nanoparticles in the cement paste contributes to CS-H hydration. In these terms, liquid crystals (LC) can be used to direct the shape and growth of ZrO2 nanofibers. In particular, LC with inversed hexagonal mesophase (concentric cylinders) restricts oxide particles and provides control over the nanofiber growth. Nano ZrO2 can increase the mechanical strength and structural characteristics of cementitious materials and reduce the water use in cement production. The PLM results show that the LC templates have the reverse hexagonal structure. After calcination, the ceramic powder presented the tetragonal crystalline structure (2θ= 30º, 50º and 60º), micropores with diameters less than 2nm, and a maximum surface area value of 46 m2 .g -1 . SEM analysis confirmed the formation of nanofibers, which were used in the cement hydration process. Rheology analysis showed that the addition of nanofibers to the cement leads to a paste more fluid and improves its workability.