Influência da cura em autoclave na microestrutura, na resistência mecânica e na fotoatividade de recobrimento de TIO2 de materiais cimentícios
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Paulo Roberto Gomes Brandão
Antônio Eduardo Martinelli
Péter Ludvig
Antônio Eduardo Martinelli
Péter Ludvig
Resumo
Os materiais cimentícios são utilizados em várias áreas da construção civil. Uma forma
de aumentar sua resistência mecânica em idades iniciais e durabilidade é por meio de
tratamentos térmicos e hidrotermais. Isso acontece, pois, tanto as reações de hidratação
do cimento como as reações pozolânicas são aceleradas e formam uma microestrutura
mais densa e menos porosa. Além disso, com o tratamento térmico é possível obter
fases cristalinas de TiO2 levando ao efeito autolimpante de filmes depositados em
elementos construtivos. O tratamento térmico pode ser realizado em fornos, cura a
vapor ou em autoclave. O tratamento hidrotermal (autoclave) permite a formação de
fases cristalinas de silicato de cálcio hidratado (C-S-H) como xonotlita e tobermorita, e
de TiO2 em baixas temperaturas. Além disso, é necessária a utilização de uma fonte
externa rica em silício para evitar a formação de α-C2SH. O objetivo deste trabalho foi
avaliar a influência do tratamento em autoclave na microestrutura e nas propriedades de
pastas de cimento com diferentes traços e materiais constituintes, em concreto com
traço de ultra-alto-desempenho (UHPC) e nas atividades fotoinduzidas de filmes de
TiO2 depositados na superfície de pastas de cimento. As amostras foram submetidas a
tratamento em autoclave a 220°C, com pressão de 20 atm, por 8 horas. Para a
caracterização microestrutural foram utilizadas as técnicas de DRX, MEV, EDS, FTIR.
As propriedades mecânicas foram estimadas por meio de medidas de dureza e módulo
de elasticidade do C-S-H e ensaios de resistência à compressão do concreto. Os maiores
valores de dureza e módulo de elasticidade foram encontrados nas pastas com teor de
quartzo moído de 30 e fator água/aglomerante de 0,20. O tratamento em autoclave de
um concreto com traço de UHPC permitiu a formação de cristais de C-S-H, contudo não
foi verificado um aumento considerável da resistência à compressão. Por fim, as
amostras com a deposição do filme de TiO2 e que foram autoclavadas apresentaram
atividade fotoinduzida evidenciada pela redução do ângulo de contato estático da água.
Abstract
Cementitious materials are widely used in modern constructions. Heat treatment of
cementitious materials is used in order to accelerate cement hydration and pozzolanic
reaction and consequently improves mechanical properties at early age and durability of
cement-based materials. Moreover, heat or hydrothermal treatment has been widely
used for the crystallization of titania, and in this case, it is possible to create selfcleaning films on the surface of building materials. Heat treatment of cement-based
materials is done in the oven, steam curing or under hydrothermal conditions
(autoclave). Under hydrothermal conditions, C-S-H gel can convert to crystalline phases
such as tobermorite and xonotlite and the autoclave curing allows the crystallization of
titania under mild temperature. However, it is preferred to add pozzolanic materials to
prevent α-C2SH formation. Therefore, the aim of this present work was to investigate
the influence of autoclave curing in the microstructure and the mechanical properties of
Portland cement-based materials and the photoactivity of TiO2 films. The samples were
autoclaved under a 20 atm pressure for 8 hours at 220°C. The microstructure was
characterized by elemental distribution X-ray maps, XRD, SEM, and FTIR. The
mechanical properties such as hardness and elastic modulus of C-S-H and the
compressive strength of the concrete were done. The results show that samples with a
water-to-binder ratio of 0.20 and 30% of cement replacement exhibited the higher
values of hardness and elastic modulus. The autoclave curing of concrete with UHPC
mix proportion allowed the formation of C-S-H crystals, however, the heat treatment
did not increase significantly the compressive strength. The Portland cement pastes with
TiO2 films and autoclave curing exhibited a lower static contact angle.
Assunto
Materiais, Ciência dos materiais, Dióxido de titânio, Microestrutura
Palavras-chave
Tratamento hidrotermal, Autoclave, Xonotlita, Tobermorita, Concreto de alto-desempenho, Revestimentos de TiO2, Sol-gel