Efeito da ultrasonicação da sílica ativa e da nanossílica coloidal em pastas de cimento Translated title: Ultrasonication effect of silica fume and colloidal nanosilica on cement pastes

Abstract

RESUMO Os materiais cimentícios de alto desempenho podem ser produzidos com a utilização de sílica ativa (SA) e de nanossílica (NS). Devido ao pequeno tamanho de suas partículas, esses materiais tendem a se aglomerar, diminuindo os seus potenciais reativos. Alguns pesquisadores estudaram métodos para dispersar essas partículas como ultrasonicadores e misturadores rotacionais, porém ainda é necessário realizar estudos sobre esses materiais, principalmente sobre o efeito da ultrasonicação da nanossílica coloidal. Dessa forma, esse estudo teve como objetivo avaliar o efeito da ultrasonicação (uso de ultrassom de alta energia) da sílica ativa e da nanossílica coloidal em pastas de cimento. Foram estudadas cinco pastas, sendo uma referência com 100% de cimento Portland CP V-ARI e as outras quatro substituindo 2% e 10% do cimento Portland por nanossílica coloidal e por sílica ativa, respectivamente, em seu estado natural e após a ultrasonicação. Foram realizados os ensaios de resistência à compressão, análise termogravimétrica (ATG), espectroscopia no infravermelho e porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM) nas pastas. Os resultados mostraram que a utilização da NS coloidal em substituição ao cimento Portland aumentou a produção de C-S-H, o refinamento dos poros e a resistência à compressão das pastas, porém a utilização da SA em seu estado natural aumentou o tamanho dos poros e diminuiu o desempenho mecânico das pastas devido à aglomeração de suas partículas. Ao ultrasonicar a SA, houve maior produção de C-S-H, refinamento dos poros e maior resistência à compressão quando comparada com a pasta com SA sem o processo de ultrasonicação, comprovando a efetividade desse método para a dispersão dessas partículas. Apesar disso, a ultrasonicação da NS coloidal não resultou em diferenças significativas na microestrutura e de desempenho mecânico das pastas.

Translated abstract

ABSTRACT The high performance cementitious materials can be produced using silica fume (SF) and nanosilica (NS). Due to the small size of their particles, these materials became agglomerate, reducing their reactivity potentials. Some researchers have studied methods of dispersing these particles as ultrasonicators and rotational mixers, but studies on these materials are still needed, especially on the effect of colloidal nanosilica ultrasonication. Thus, this article aimed to evaluate the effect of ultrasonication (use of high energy ultrasound) of silica fume and colloidal nanosilica on cement pastes. Five pastes were investigated, a reference with 100% Portland cement CP V-ARI, and other four replacing 2% and 10% of the Portland cement by colloidal nanosilica and silica fume, respectively, in their natural state and after ultrasonication. The tests of compressive strength, thermogravimetry analysis (TGA), infrared spectroscopy and mercury intrusion porosimetry (MIP) were performed on pastes. The results showed that the use of colloidal NS in substitution of Portland cement increased C-S-H production, pore refinement and compressive strength of the pastes, however the use of SF in its natural state increased the pore size and decreased the mechanical performance of the pastes due to the agglomeration of its particles. By ultrasonication of SF, there was higher C-S-H production, pore refinement and compressive strength when compared to SF paste without the ultrasonication process, proving the effectiveness of this method for the dispersion of these particles. Nevertheless, ultrasonication of colloidal nanosilica did not result in significant differences in the microstructure and mechanical performance of the pastes.