Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9QQGXB
Type: Tese de Doutorado
Title: Caracterização micro-nanoestrutural e química de argamassas de cimento Portland
Authors: Matheus de Faria e Oliveira Barreto
First Advisor: Paulo Roberto Gomes Brandao
First Referee: Abdias Magalhaes Gomes
Second Referee: Antonio Neves de Carvalho Junior
Third Referee: Otavio Luiz do Nascimento
metadata.dc.contributor.referee4: Elaine Carballo Siqueira Corrêa
metadata.dc.contributor.referee5: Luiz Antonio Melgaco Nunes Branco
Abstract: O presente trabalho é fruto de um projeto de pesquisa experimental que teve como objetivo principal caracterizar microestruturas, nanoestruturas e composições químicas de argamassas de cimento Portland e a avaliação do sistema de aderência à tração. Buscou-se na fase de caracterização utilizar de todas as ferramentas disponíveis para dirimir dúvidas acerca do comportamento micro e nanoestrutural do material cimentício. Dentre estas ferramentas utilizou-se com muita ênfase a microscopia eletrônica de varredura de alta resolução (MEV-FEG) que, juntamente com a microanálise química por espectroscopia de raios-X dispersiva em energia (EDS), possibilitou significativos avanços na pesquisa e caracterização microestrutural das argamassas de cimento Portland em escala nano, sendo esta uma parte essencial para identificar as fases presentes, como etringita, portlandita, calcita e CSH. Todas estas fases foram analisadas e caracterizadas em sua morfologia, na sua composição química e trama microestrutural, nas superfícies das amostras de argamassa e também nas interfaces bloco cerâmico/argamassa de chapisco e argamassa de chapisco/argamassa de revestimento. Além disso, utilizou-se de forma inédita para a investigação micro e nanoestrutural das argamassas a microscopia de força atômica (MFA). Toda esta investigação experimental indicou que a resistência de aderência à tração é maior em argamassas que contêm maiores proporções de cimento Portland em relação às proporções de agregados miúdos. Argamassas que possuem cal em sua composição apresentam menores valores de resistência de aderência à tração aos 28 dias, comparando-se com argamassas que não utilizam cal na mistura. Na caracterização por difração de raios-X, observou-se que a preparação de amostras com enriquecimento do material cimentício, via cominuição controlada, visando a otimização da fragmentação do material cimentício e preservando o agregado, foi eficiente, pois possibilitou a detecção das fases minoritárias da argamassa que, juntamente com a espectrometria de fluorescência de raios-X, cumpriu a tarefa de caracterização mineralógica e química global das argamassas. Para o preparo das amostras de argamassa para o MEV-FEG e a microanálise EDS, foram utilizadas três técnicas de preparação: duas convencionais, que consistem na deposição de camadas ouro ou carbono sobre as amostras a fim de torná-las condutoras, e uma terceira técnica, que consistiu em não utilizar nenhum tipo de recobrimento, e analisar as amostras em alto e baixo vácuo nos MEVs. A técnica foi utilizada a fim de se obter microanálises EDS confiáveis, uma vez que as películas de ouro mascaram elementos químicos presentes nas amostras, como o enxofre e o próprio carbono. Já os filmes de carbono podem gerar resultados ambíguos, se a amostra contém carbono originalmente. Assim, as três técnicas de preparação foram essenciais para uma pesquisa confiável e de qualidade. A técnica sem recobrimento foi utilizada de forma inédita na caracterização de argamassas para microscopia eletrônica de varredura de alta resolução. Completando a investigação micro e nanoestrutural, a microscopia de força atômica possibilitou de forma inédita a obtenção de micrografias topográficas e tridimensionais de grupos de etringita aflorando em poros e cristais esqueletiformes (parcialmente ocos) de calcita. Especialmente, morfologias de CSH foram acessadas, como coloforme/botrioidal e composição de nódulos esféricos coalescidos, o que é típico de fases amorfas.
Abstract: This work is the result of an experimental research project that aimed to characterize the microstructure, nanostructure and chemical composition of Portland cement mortars and the evaluation of adhesion tensile strength. For the characterization all the available research tools have been used to try to explain some micro and nanostructural aspects of the cementitious material. Among these tools, much emphasis was given in the use of high-resolution scanning electron microscopy (SEM-FEG) with the support of chemical microanalysis by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). This approach has enabled a significant research and microstructural characterization of Portland cement mortars to the nanoscale, thus being an essential part to identify the phases present, mainly ettringite, portlandite, calcite and CSH. All these phases were analyzed and characterized on their morphology, chemical compositions and microstructural fabric, on the surfaces of mortar samples and also at ceramic block/mortar and roughcast roughcast mortar/grout coating interfaces. Furthermore, atomic force microscopy (AFM) was used in an unprecedent way for micro-and nanostructural investigation of mortars. All this experimental investigation indicated that the tensile bond strength is greater in mortars containing higher proportions of Portland cement in relation to the amount of fine aggregates. Mortars that had lime in their composition have lower tensile bond strength values after 28 days, compared with mortars without lime in the mix. For the characterization by X- ray diffraction, the sample preparation method of enriching the cementitious material, performed via comminution, by optimizing the fragmentation of the cementitious materials and preserving the aggregate was efficient, because it allowed the detection of minor phases. The X-ray results along with the X-ray fluorescence spectrometry fulfilled the overall chemical and mineralogical characterization of the mortars. Three techniques for sample preparation were used for the mortar samples for SEM-FEG and EDS microanalysis: two conventional methods consisting in the deposition of a gold or carbon layer onto the samples to make them conductive; the third technique was not using any type of coating, and analyze the samples in high and low vacuum SEMs. The coatless technique was used in order to obtain reliable EDS microanalysis, since the gold films tend to shield chemical elements present in the mortar of Portland cement mortar, such as sulfur and carbon itself. Carbon films could generate ambiguous results, when carbon occurs originally in the sample. Thus the three preparation techniques were essential for reliable and quality results. The uncoated technique was used in an unprecedented manner in the characterization of mortars by high-resolution SEMs. Completing the micro and nanostructural investigation, atomic force microscopy was an original method for mortar study, obtaining topographical and 3-dimentional micrographs of features such as groups of ettringite crystals surfacing within pores and skeletal (partially hollow) calcite crystals. Especially, CSH morphologies were observed such as colloform/botryoidal grains and compositions of coalesced spherical nodules, what are typical of amorphous phases.
Subject: Engenharia metalúrgica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9QQGXB
Issue Date: 27-Feb-2014
Appears in Collections:Teses de Doutorado

Files in This Item:
File SizeFormat 
tese_matheus_barreto_final.pdf26.95 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.