Utilização de silicatos e aluminossilicatos sintetizados via processamento sol-gel para preparação e avaliação de geopolímeros com diferentes composições e concentrações de ativador alcalino

dc.creatorLeonardo Martins Costa
dc.date.accessioned2025-04-28T16:14:12Z
dc.date.accessioned2025-09-08T23:35:04Z
dc.date.available2025-04-28T16:14:12Z
dc.date.issued2024-10-04
dc.description.abstractSilicas and aluminosilicates with controlled structure and composition can be used to adjust the structural properties of geopolymers. This study aimed to evaluate the effects of two types of silicas and one aluminosilicate Al2O3.2SiO2 synthesized via sol-gel process on the formation and structural properties of geopolymers. First, geopolymers based on metakaolin were prepared with 0%, 1%, 2%, and 10% substitution by the sol-gel materials. Two by-products rich in amorphous silica (rice husk ash and fumed silica) were used for comparison. Additionally, pure Al2O3.2SiO2- based geopolymers were studied with varying levels of alkaline activator, using metakaolin-based samples as a reference. Results showed that sol-gel silica contents above 2% increased particle aggregation and alkaline solution retention in their internal pores, reducing compressive strength and exacerbating efflorescence of geopolymers. The use of 10% sol-gel Al2O3.2SiO2 mitigated this pathology in less porous formulations, suggesting that secondary AlS structures inhibit Na+ cation diffusion in the hardened microstructure. SEM and porosity analyses indicated that Al2O3.2SiO2-derived structures were more porous and lighter than those from metakaolin. Pure Al2O3.2SiO2-based geopolymers exhibited compressive strength below 10 MPa at 3 days but achieved 28-day strength similar to the reference sample in the formulation with higher sodium content. However, pure Al2O3.2SiO2samples showed a high concentration of unreacted particles and efflorescence levels comparable to the reference geopolymers. These results suggest that sol-gel precursors could enhance the structural properties and stability of geopolymers for structural applications. Still, sol-gel materials appear to require higher alkaline activator content for geopolymerization compared to metakaolin, necessitating optimized formulations to balance sol-gel particle consumption with the chemical stability of the resulting geopolymers.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/81924
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectMateriais
dc.subjectCiência dos materiais
dc.subjectSilicatos
dc.subjectSilicato de alumínio
dc.subjectGeopolímeros
dc.subjectProcesso sol-gel
dc.subjectMetacaulim
dc.subject.otherGeopolímeros
dc.subject.otherEflorescência
dc.subject.otherProcessamento sol-gel
dc.subject.otherMetacaulim
dc.subject.otherSílica
dc.subject.otherAluminossilicato
dc.titleUtilização de silicatos e aluminossilicatos sintetizados via processamento sol-gel para preparação e avaliação de geopolímeros com diferentes composições e concentrações de ativador alcalino
dc.typeTese de doutorado
local.contributor.advisor-co1Natanael Geraldo e Silva Almeida
local.contributor.advisor1Manuel Noel Paul Georges Houmard
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0867330474081944
local.contributor.referee1Eduardo Henrique Martins Nunes
local.contributor.referee1Dayana Cristina Silva Garcia
local.contributor.referee1Péter Ludvig
local.contributor.referee1Guilherme Jorge Brigolini Silva
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1478227743321795
local.description.resumoSílicas e aluminossilicatos com estrutura e composição controladas podem ser utilizados para ajustar as propriedades estruturais dos geopolímeros. Este estudo visou avaliar o efeito de duas sílicas e um aluminossilicato Al2O3.2SiO2 sintetizados via processamento sol-gel na formação e nas propriedades estruturais de geopolímeros. Inicialmente, geopolímeros com metacaulim foram preparados substituindo 0%, 1%, 2% e 10% pelos materiais sol-gel. Dois subprodutos ricos em sílica amorfa (cinza de casca de arroz e sílica ativa) foram usados para comparação. Em seguida, geopolímeros à base do Al2O3.2SiO2 sol-gel puro foram estudados com diferentes teores de ativador alcalino, adotando-se as amostras à base de metacaulim como referência. Resultados mostraram que teores acima de 2% de sílica sol-gel aumentaram a agregação de partículas e a retenção de solução alcalina em seus poros internos, reduzindo a resistência à compressão dos geopolímeros e agravando a sua eflorescência. O uso de 10% de Al2O3.2SiO2 solgel reduziu essa patologia em formulações menos porosas, sugerindo que as estruturas secundárias de AlS inibem a difusão de Na+ na microestrutura endurecida. As análises de MEV e as medidas de porosidade indicaram que as estruturas derivadas do aluminossilicato sol-gel são mais porosas e leves que as derivadas do metacaulim. Geopolímeros à base de Al2O3.2SiO2 puro apresentaram resistência inferior a 10 MPa aos 3 dias, mas resistência aos 28 dias semelhante à amostra de referência na formulação com maior teor de sódio. Entretanto, as amostras à base do precursor sol-gel exibiram alta concentração de partículas não reagidas e eflorescência similar às dos geopolímeros de referência. Esses resultados sugeriram que precursores sol-gel podem melhorar das propriedades estruturais e estabilidade dos geopolímeros visando aplicações estruturais. Ainda assim, os materiais sol-gel parecem exigir maior teor de ativador alcalino para a geopolimerização que o metacaulim, sendo necessário otimizar as formulações para equilibrar o consumo de partículas sol-gel e a estabilidade química dos geopolímeros.
local.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-0656-649X
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas

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