Modification of cement-based materials with nanoparticles pt

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Compostos de cimento e concreto
aa
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cinza volante de concreto.
e resistência à compressão são avaliadas. E um estudo aprofundado sobre os mecanismos subjacentes ao
Northwestern University sobre a modificação de materiais à base de cimento com nanopartículas, especificamente
influência do método de dispersão das nanopartículas de carbonato de cálcio na taxa de hidratação, presa,
em propriedades precoces para facilitar o desenvolvimento de um ambiente mais ecologicamente correto e de alto volume
pode aumentar a resistência verde do concreto autoadensável para reduzir a pressão da fôrma e pavimentação deslizante. 
Nanopartículas de carbonato de cálcio e nanosílica podem compensar os efeitos negativos das cinzas volantes
Este é um artigo resumido do trabalho que está sendo realizado no Centro de Materiais Avançados à Base de Cimento da
materiais à base de cimento são investigados para entender a influência das nanoargilas na tixotropia. O
2012 Elsevier Ltd. Todos os direitos reservados.
as propriedades de estado fresco e endurecido de materiais à base de cimento para diversas aplicações. Nanoargilas
nanoargilas, nanopartículas de carbonato de cálcio e nanosílica. As propriedades reológicas do modificado com argila
a influência da nanosílica no ganho de resistência à compressão de sistemas cinza volante-cimento é discutida. O
A motivação por trás desses estudos é que, com técnicas de processamento adequadas e compreensão fundamental dos 
mecanismos subjacentes ao efeito das nanopartículas, elas podem ser usadas para melhorar
,, Pengkun Hou a,b, Surendra P. XáShiho Kawashima a,ÿ David J. Corr
abstratoinformações do artigo
Recebido em formato revisado em 30 de abril de 2012
Nanomodificação
ÿ Autor correspondente. Tel.: +1 847 491 7161(O).
Reologia
Recebido em 1º de fevereiro de 2012
Compostos de Cimento e Concreto 36 (2013) 8–15
Historia do artigo:
NanoSiO2
Cinzas volantes
NanoCaCO3
Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de Chongqing, Chongqing 400045, PR China
Argila
0958-9465/$ - ver capa 2012 Elsevier Ltd. Todos os direitos reservados.
Palavras-chave:
Endereço de e-mail: s-kawashima@northwestern.edu (S. Kawashima).
aDepartamento de Engenharia Civil e Ambiental, Northwestern University, 2145 Sheridan Road, A236, Evanston, IL 60208, Estados Unidos
Disponível on-line em 27 de junho de 2012
Aceito em 7 de junho de 2012
Modificação de materiais à base de cimento com nanopartículas
b
todas as escalas de comprimento e as inovações recentes em nanotecnologia,
propriedades mecânicas de materiais cimentícios, incluindo aqueles
influência em idades posteriores.
estudos. As propriedades reológicas de materiais à base de cimento modificados 
com nanoargila são investigadas para melhor compreensão
taxa de hidratação e ganho de resistência à compressão, para facilitar
No Centro de Materiais Avançados à Base de Cimento da North-western 
University (ACBM-NU), está sendo feito um trabalho de modificação
1. Introdução
melhorar significativamente a resistência à flexão de compósitos de cimento
Com técnicas de processamento adequadas e uma compreensão fundamental 
dos mecanismos subjacentes ao efeito das nanopartículas, elas podem ser usadas 
para melhorar o estado fresco e
compósitos que exibem propriedades e funções aprimoradas ou novas. Nanotubos 
de carbono (CNTs) dispersos por ultrassonicação podem
feito para entender melhor os mecanismos subjacentes ao efeito
propriedades endurecidas de materiais à base de cimento para diversas aplicações. 
As nanoargilas podem aumentar a resistência verde do concreto autoadensável 
(CAA) para reduzir a pressão da fôrma e
interesse de pesquisa. Nanomodificação é a manipulação do
os estudos até agora se concentraram na nanosílica [7–12]. Contudo, devido
do nanoSiO2 no ganho de resistência à compressão da cinza volante-cimento
O pó nanoCaCO3 nas propriedades de idade precoce é avaliado. E
nanopartículas de dióxido de zinco (ZnO2) [3], carbonato de cálcio (CaCO3)
a influência das nanoargilas na rigidez no estado fresco e na pressão da fôrma. A 
influência do método de dispersão de
Devido à complexidade do concreto, que é heterogêneo em termos
com substituição do cimento por cinza volante. Entre os tipos de nanopartículas 
investigadas estão as nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) [2],
o desenvolvimento de um concreto de cinzas volantes de alto volume e mais 
ecologicamente correto.
pavimentação de concreto. NanoCaCO3 e nanoSiO2 podem compensar os efeitos 
negativos das cinzas volantes nas propriedades de idade precoce, nomeadamente retardamento
das nanopartículas, para melhorar o processamento e avaliar sua
controlando rachaduras em nanoescala [1]. Através de outros mecanismos, muitas 
vezes atribuídos a efeitos de enchimento e/ou sementeira, as nanopartículas 
podem acelerar a taxa de hidratação e melhorar a hidratação em idade precoce.
as propriedades de estado fresco e endurecido de sistemas à base de cimento 
(incluindo aqueles contendo cinzas volantes) com nanoargilas, nanoC-aCO3 e 
nanoSiO2. Este artigo é um resumo do atual
http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2012.06.012
à novidade da tecnologia, mais investigação precisa ser
estrutura em nanoescala (menos de 100 nm) para desenvolver cimento
sistemas são discutidos.
um estudo aprofundado sobre os mecanismos subjacentes à influência
nanopartículas [4,5] e nanoargilas [6], embora a maioria
nanomodificação de materiais à base de cimento gerou muito
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http://www.sciencedirect.com/science/journal/09589465
http://www.elsevier.com/locate/cemconcomp
http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2012.06.012
mailto:s-kawashima@northwestern.edu
http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2012.06.012
incluindo aqueles com nanopartículas, que aumentam a rigidez devido
eles são misturados com água em um liquidificador doméstico antes de misturar
calorímetro semi-adiabático, onde uma amostra foi colocada em um tambor isolado 
e sua variação de temperatura foi registrada por 24 horas.
cinzas ajudam a aumentar a fluidez de materiais cimentícios,
Hitachi S-4800 FE-SEM equipado com espectroscópio de energia dispersiva 
(EDS) foi utilizado para analisar a morfologia e elementos elementares
ASTM C191 foi seguida para medir o tempo de pega inicial e final
A análise termogravimétrica (TGA, TGA/sDTA 851) foi realizada
cada mistura em cada idade, três amostras foram testadas e a média
uma faixa de tamanho de 2–20 mícrons, conforme mostrado no elétron de varredura
esfoliado quimicamente para preservar sua forma e tamanho uniformes enquanto
Os testes reológicos de cisalhamento foram realizados em um reômetro com 
temperatura controlada e geometria de cilindro coaxial ajustada à temperatura ambiente.
ASTM C109 foi seguida para medir a resistência à compressão
aluminossilicato de magnésio, ou paligorsquita, com formato de bastão
(Fig. 1b) e CNS-20 (Fig. 1c) indicam que a maioria das nanopartículas está bem 
dispersa,embora possa ocorrer alguma aglomeração.
as amostras foram secas em estufa a 105°C por 4 h.
imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) do CNS-10
nanoargila, nanoCaCO3 e nanoSiO2. A nanoargila foi uma purificada
Água da torneira e cimento Portland comum (OPC) foram usados em todos
tabela [14].
foi considerada a decomposição do CH. Antes de medir,
de pastas com aparelho manual de agulha Vicat [13]. ASTM C230
2. Métodos e materiais experimentais
devido à sua elevada área superficial específica.
forma, com uma faixa de tamanho de partícula de 15–40 nm. Da mesma forma que 
a nanoargila, elas são aglomeradas na escala de mícron no formato recebido.
Amostras de cerca de 20 mg foram aquecidas à pressão atmosférica a
removendo todas as impurezas (como quartzo e argilas inchadas). Tal como 
recebidos, estão altamente aglomerados. Para dispersar a nanoargila,
imagem de microscopia (SEM), Fig . A morfologia esférica da mosca
temperatura. A taxa de hidratação das pastas foi medida em um
o valor foi considerado a força representativa.
2.2. Procedimentos de teste
propriedades são fornecidas na Tabela 1. As partículas de cinza volante são redondas com
(1,75 lm de comprimento, 3 nm de diâmetro). A nanoargila foi
de pastas ou argamassas com máquina de ensaio hidráulico MTS de 1000 kip (4448 
kN) [15] – a taxa de carregamento do ensaio foi de 0,008 mm/s. Para
misturas, juntamente com cinza volante tipo F em misturas selecionadas. O químico
uma taxa de 15 C/min. A perda de peso entre 440 C e 510 C
Os três tipos de nanopartículas utilizadas nos estudos atuais são
2.1. Propriedades dos materiais
estado. Foram utilizados dois tipos de nanoSiO2 coloidal (CNS) com tamanho médio 
de partícula de 20 nm (CNS-20) e 10 nm (CNS-10). O
foi seguido para medir o fluxo de abatimento de argamassas usando um fluxo
para medir o teor de hidróxido de cálcio (CH) das amostras.
com os outros ingredientes secos. O nanoCaCO3 veio em pó seco
composições da pasta de cimento. Uma pequena amostra fraturada foi
Fe2O3
K2O
Al2O3
Na2O
Cimento tipo I
MgO
3.3
98,2
S. Kawashima et al. / Compostos de Cimento e Concreto 36 (2013) 8–15
17,8
SO3
2.16
0,59
46
Figura 1. Morfologia de (a) cinza volante (SEM), (b) CNS-10 nm (TEM) e (c) CNS-20 nm
SiO2
Total
8.4
–
2.7
–
Materiais
62,9
9
1,49
CaO
18.2
(TEM).
20,2 
4,7 
3,3
0,95
2,59
Cinza volante tipo F
LOI 1,1 
98,2
tabela 1
Propriedades químicas do cimento e das cinzas volantes.
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Misturar
215 
217,6 
227,6 
205
Cimento (g)
S. Kawashima et al. / Compostos de Cimento e Concreto 36 (2013) 8–15
500 
500 
500 
500
Figura 3. Evolução da viscosidade das pastas (a) antes e (b) após o equilíbrio [23].
10
NC0H
NC1H
NC1
adição [20].
NC0
0
Figura 2. Resposta à pressão da fôrma do CAA com e sem nanoargila 0,33%
Argila (g)
5
Água (g)
5
0
eu¼ 
c_ _
ð1Þ
mesa 2
Composição mista de pastas para protocolo CR, onde NC0 é o controle para NC1H e
NC1 é o controle para NC0H.
Em seguida, a amostra foi revestida com 20 nm de ouro para torná-la condutiva. A 
tensão e a corrente de aceleração foram de 15 a 20 kV e
resposta à pressão de misturas de SCC com e sem nanoargila de 0,33%
uma abordagem reológica de cisalhamento [23]. Se o teor de água for mantido 
constante, a incorporação de qualquer nanopartícula levará a um aumento
embebido em acetona para interromper a hidratação e seco a 80°C por 2 h.
a viscosidade tangente foi calculada a partir do cisalhamento medido
ainda mais sob a condição de cisalhamento dada. Se a perda de água livre
e tamanho do floco [22]. No estudo aqui discutido, a contribuição de
as composições da mistura são fornecidas na Tabela 2. Cada mistura foi submetida
argilas tiveram um efeito de endurecimento imediato através da floculação,
(<1% em massa de aglutinante) pode aumentar significativamente o verde
misturas com argilas exibiram uma diminuição significativa na viscosidade após
3. Nanoargilas
comportamento foi anteriormente vinculado ao comportamento de floculação, onde
adição de nanoargila por massa de cimento foram ajustadas para água argilosa
evoluções de viscosidade semelhantes. No entanto, é evidente que as viscosidades 
destas misturas não coincidiram e o ajuste do teor de água não compensou o efeito 
de endurecimento das argilas. Além disso, ambos
morfologia do nanoSiO2. As amostras foram diluídas em álcool antes do teste e a 
tensão e corrente de aceleração foram de 200 kV
É evidente que as argilas reduziram significativamente a pressão lateral. Esse
O teor de água das pastas de cimento com e sem 1%
são os resultados de um estudo anterior [20], onde um dispositivo de pressão de 
cofragem em escala de laboratório foi usado para simular a fundição aplicando um
alta adsorção de água de 200% em massa, tornando-se um possível fator regulador.
pela adsorção de água argilosa é um mecanismo de endurecimento governante,
10–20 lA, respectivamente. O detector superior foi usado para coletar
(60 min) estavam muito próximos. Isto indica que embora as argilas
(curso estável). Neste ponto os flocos não podem ser quebrados
Após o equilíbrio, cada pasta experimenta um aumento semelhante na 
viscosidade, como mostrado na Fig . A Tabela 3 mostra que o
a uma taxa de cisalhamento aplicada constante de 300 s1 por 60 min, durante o qual
Os resultados são mostrados na Figura 3. A Figura 3a mostra a evolução da 
viscosidade até 5 min, durante os quais cada mistura atingiu o equilíbrio
resultando em um material altamente tixotrópico.
a resistência das misturas SCC imediatamente após a fundição com pouco 
comprometimento da fluidez inicial [16–19]. Tais propriedades podem efetivamente 
reduzir a pressão da fôrma SCC. A Fig. 2 mostra a cofragem
a adsorção de água pelas argilas no enrijecimento foi examinada através
Trabalhos anteriores na ACBM demonstraram que a proporção adequada de 
cinzas volantes, superplastificante e uma pequena adição de argilas
estudos mostraram que as argilas aumentam a resistência à floculação [21]
adsorção (assumindo 200% de adsorção de água em massa). A pasta
a introdução de cisalhamento devido à defloculação. Isto mostra que o
e 10 lA, respectivamente.
3.1. Protocolo de taxa de cisalhamento aplicada constante (CR)
misturas NC0 e NC1H e misturas NC1 e NC0H devem apresentar
os elétrons secundários. Hitachi H-8100 foi usado para analisar o
pressão vertical e medir a pressão lateral ao longo do tempo. Isso é
mudança na viscosidade de todas as misturas desde o equilíbrio até o final
adição em massa de ligante – NC0,33 e NC0, respectivamente. Esses
na rigidez devido ao aumento da demanda de água. As nanoargilas possuem
estresse da seguinte forma:
onde l é a viscosidade (Pa s), T é a tensão de cisalhamento (Pa) e c_ é aplicado
taxa de cisalhamento (s1 ).
é
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Embora o pó de calcário seja normalmente considerado inerte,
dispersão, a motivação é aumentar o efeito das nanopartículas e diminuir o nívelde 
adição necessário.
para dispersar nanotubos de carbono e melhorar significativamente a
calorimetria semi-adiabática. Todas as amostras tinham uma relação água-cimento
na seção seguinte.
encontrado em outro lugar [24,25]. Embora o concreto seja plástico, a e b
capacidade de reduzir significativamente o rmax.
ao longo do tempo sob uma determinada condição de cisalhamento constante. Isso será amarrado
Fig. 4, isso permite uma resposta instantânea, b, e um atraso
processamento, onde o pó seco de nanoCaCO3 é disperso através
de fundição. Para o dimensionamento de cofragens, rmax é um valor crítico. Segue-
se que, uma vez que as nanoargilas afetam significativamente b, elas têm o
têm um efeito de endurecimento imediato, têm pouca ou nenhuma influência
a pressão foi aplicada como uma função passo a passo, Fig. 2. Conforme mostrado em
estudos aprofundados foram feitos até agora. Este estudo se concentra em
com estabilização. As suspensões preparadas por blendagem foram preparadas em 
liquidificador doméstico por 3 min.
além disso, há uma aceleração na taxa de hidratação. No entanto,
estudos recentes descobriram que eles podem acelerar a taxa de
nanoCaCO3 na taxa de hidratação, tempo de presa e ganho de resistência à 
compressão em idade precoce foram comparados em pastas de cimento e cinza 
volante-cimento. NanoCaCO3 foi sonicado por 30 min em meio aquoso
a teve um efeito insignificante na pressão máxima da fôrma, rmax,
4. Nanopartículas de carbonato de cálcio
Kim et al. usou o modelo de duas funções para caracterizar uma variedade
massa de cimento. Pastas com nanoCaCO3 foram preparadas com suspensão 
sonicada ou misturada. Os resultados são mostrados
4.1. Taxa de hidratação
relação (a/c) de 0,43, com ou sem adição de 5% de nanoCaCO3 por
pode ser representado em termos de coeficiente atrasado, a, e coeficiente instantâneo, 
b, sendo que ambos são parâmetros materiais:
propriedades mecânicas de compósitos de cimento [1]. Através de eficaz
A taxa de hidratação das pastas OPC foi medida através
resposta, a, a ser medida. Este modelo de duas funções foi introduzido por Kwon et 
al. e Kim et al., cujos detalhes podem ser
ultrassonicação. Este método foi implementado com sucesso
em resultados de pressão de cofragem obtidos anteriormente e discutidos
solução na concentração de 15%. E 0,06% de superplastificante de policarboxilato 
(em peso de água) foi adicionado à suspensão para ajudar
enquanto a variação em b foi dominante durante as primeiras horas
No teste de pressão de cofragem introduzido anteriormente, a vertical
hidratação quando introduzido como nanopartículas [4,5]. No entanto, poucos
de diferentes misturas de SCC [24]. Eles descobriram que a variação no coeficiente
na Fig. 6. É aparente que para ambas as amostras com nanoCaCO3
3.2. Pressão de cofragem
convencionalmente usado como enchimento para melhorar as propriedades reológicas,
No presente estudo, o efeito do sonicado versus misturado
0,18
0,175
e sem adição de 0,33% de nanoargila.
11
Figura 5. (a) Resposta de pressão de fôrma retardada e (b) instantânea do SCC com
0,192
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NC0H
NC1H
NC1
NC0
DViscosidade (Pa s)
Figura 4. Modelo de duas funções para pressão de fôrma de concreto [24].
Misturar
0,176
Þ ¼ 1 a2t 0
0
0
0
Þ ¼ 1 bt0mas
t
Não º
ð3Þ
não ð2Þ
Tabela 3
Mudança na viscosidade do equilíbrio para o final (60 min).
plotado na Figura 5. As argilas têm pouca influência sobre a resposta retardada – a 
taxa na qual a pressão lateral diminui à medida que a pressão vertical aplicada é 
mantida constante é a mesma para ambas as misturas,
aos do teste CR, onde as argilas apresentam efeito imediato
t é a hora atual e t 0 é o tempo de carregamento. As respostas retardadas 
e instantâneas de NC0 e NC0.33 durante um período de lançamento de 2 horas são
Figura 5a. No entanto, as argilas reduzem significativamente a
após uma mudança na tensão aplicada, mas pouca influência ao longo do tempo sob
resposta – a pressão lateral é significativamente menor em cada
uma condição constante.
aumento incremental na pressão, Fig . Esses resultados são semelhantes
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Tabela 4
Tempo de presa de pastas OPC com 50% de cinza volante com e sem adição de 5% de nanoCaCO3,
preparado por mistura ou sonicação, em comparação com a pasta OPC simples.
Configuração final/h
OPC simples
4,8 
4,4 
4,4
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6.2
Configuração inicial/h
50FA 5CaCO3 (Sonicado)
12
50FA 5CaCO3 (misturado)
5.4
relação cimento/areia = 1:3).
5.4
6.1
8. Influência do CNS no fluxo de abatimento da cinza volante-argamassa de cimento (w/b = 0,5,
adição, preparada por sonicação ou mistura, e pasta de cimento simples.
Figura 6. Resultados de calorimetria semi-adiabática para pastas de cimento com 5% de nanoCaCO3
50FA
adição de nanoCaCO3 , preparada por mistura ou sonicação, em comparação com OPC simples
colar.
7.4
7. Ganho de resistência à compressão de pastas OPC com 30% de cinza volante com e sem 5%
de materiais à base de cimento pode ser melhorado devido à sua hidratação
aplicativo. Com a incorporação do nanoSiO2, o ganho de resistência
pastas com e sem adição de 5% de nanoCaCO3. Todas as pastas tinham
Ao considerar o efeito potenciador do nanoSiO2 na resistência
as propriedades frescas e endurecidas do sistema cinza volante-cimento são
discutido aqui.
uma adição de 5% de nanoCaCO3. Os resultados são mostrados na Tabela 4. Em ambos
compensar o atraso causado pela substituição de 50% das cinzas volantes, onde
aumentando a trabalhabilidade dos materiais cimentícios, sua lenta
propriedades mecânicas em idade precoce, enquanto as cinzas volantes podem melhorar
ser significativo. Assim, o seu efeito nas propriedades mecânicas da idade avançada 
necessita de investigação mais aprofundada. Os resultados de um estudo aprofundado
O ganho de resistência à compressão (1, 3 e 7 d) do cubo de 50 mm
O efeito da dosagem de CNS no fluxo de abatimento de cinza volante-cimento
com cinza volante foram medidos e comparados com uma pasta OPC simples.
trabalhabilidade devido à alta área superficial específica [29]. Ao considerar as 
características dos dois constituintes (cinzas volantes e nano- SiO2), o benefício de cada 
material pode ajudar a neutralizar o
idade precoce, resultando em um menor teor de Ca(OH)2 para idades mais avançadas
O tempo de pega das pastas com substituição de 50% do cimento
idades posteriores são tipicamente atribuídas à dispersão da nanopartícula e à técnica 
de produção do nanoSiO2 [7,30]. Considerando que grandes quantidades de Ca(OH)2 
podem ser consumidas pelo nanoSiO2 em
de suspensões de nanoCaCO3 está em andamento.
material à base de cimento é que o nanoSiO2 afeta negativamente seu
4.3. Força compressiva
o pico é maior e ocorre mais cedo.
exibiu os mesmos tempos de configuração que a amostra de pasta OPC simples.
amostra. No entanto, nenhum delesatingiu a força da amostra OPC.
efeito de semeadura e alta atividade pozolânica [8,10,26,27], que resultam em maior 
quantidade de gel C – S – H e volume mais densificado
ganho [9,26]. No entanto, alguns resultados contraditórios foram relatados para o 
desenvolvimento de força em idades posteriores [7]. O inferior
acelerar a configuração. Além disso, o nanoCaCO3 sonicado completamente
amostras foram comparadas para uma pasta OPC e 30% de cinza volante-cimento
casos, misturados e sonicados, a adição de 5% de nanoCaCO3 ajudou
fluidez.
o ganho de força em idade precoce é uma grande desvantagem e tem dificultado sua
sobre os mecanismos subjacentes ao efeito do nanoSiO2 coloidal em
Todas as amostras tinham uma relação água/aglomerante (a/g) de 0,4, com ou sem
reação pozolânica das cinzas volantes, a influência do nanoSiO2 na resistência posterior 
de materiais cimentícios de cinzas volantes de alto volume pode
Embora o alto volume de cinzas volantes apresente a vantagem de
deficiência do outro: o nanoSiO2 reativo pode melhorar o
argamassas é mostrado na Fig. 8. As argamassas foram preparadas com areia
5. NanoSiO2
5.1. Propriedades frescas
4.2. Contexto
estrutura [28]. No entanto, a deficiência de nanoSiO2 modificado
Trabalhe na modificação do protocolo de sonicação para melhorar a estabilidade
força das misturas modificadas com nanoSiO2 em comparação com o controle emo efeito é mais pronunciado para a amostra sonicada, onde o
ganho, a maioria dos estudos até agora se concentrou na força em idade precoce
w/b = 0,43. Os resultados são mostrados na Fig. 7. Aos 3 e 7 dias, a amostra sonicada 
apresentou uma melhoria maior do que a misturada.
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Figura 10. Conteúdo de Ca(OH)2 vs. tempo (SNC-10 nm).
Figura 9. Efeito do CNS na resistência à compressão da argamassa de cinza volante.
Para materiais à base de cimento substituídos por cinzas volantes, o CH gerado 
pela hidratação do cimento é crítico para a reação pozolânica posterior. Pode ser visto 
na Figura 10 que a adição de CNS tem uma grande influência no teor de CH da pasta 
de cimento e cinza volante. Em cada idade, o teor de CH da pasta 5% CNS-10 nm foi 
menor que o da pasta 0% CNS. O maior consumo de CH da pasta 5% do SNC é devido 
à reação pozolânica adicional do SNC. Além disso, é interessante notar que mais CH 
foi consumido na pasta de cinzas volantes com 0% do SNC em idades posteriores 
(28-56 dias), indicando que ocorreu mais reação pozolânica das cinzas volantes. A 
depleção de Ca(OH)2 pode ser mais severa quando a dosagem de nanoSiO2 e a 
proporção de substituição de cinzas volantes são altas: uma depleção completa de 
Ca(OH)2 pode ser observada quando 7,5% e 5% de CNS-20 nm são adicionados a 
40% e pastas de cimento com 60% de cinza volante após cura em banho-maria a 70 C 
por 7 dias. Embora tenha sido relatado que o nanoSiO2 é benéfico para a hidratação de 
cinzas volantes em idade precoce [30], a falta de hidróxido de cálcio proíbe a hidratação 
de cinzas volantes em idades mais avançadas e é provavelmente um fator que contribui 
para a taxa reduzida em longos anos. Ganho de resistência à compressão de longo 
prazo da argamassa de cimento-cinza modificada com CNS.
5.3.1. Conteúdo de Ca(OH)2
Para pasta CNS a 0%, os hidratos que cobrem a superfície das cinzas volantes são 
bastões e grãos bem compactados, o que é típico para produtos de hidratação de pastas 
de cimento maduras. No entanto, para pasta CNS-10 nm a 5%, existe uma estrutura de 
camada dupla revestindo a partícula de cinza volante. Um exame atento da casca de 
dupla camada revela que ela é composta por uma camada externa de grãos finamente 
compactados e uma camada interna fibrosa. Os resultados de EDS em 15 áreas 
diferentes da estrutura da casca compactada revelaram uma relação Ca/Si média de 
1,38, que é menor que a do gel C – S – H adjacente de 1,66 (Al
5.3. Mecanismo de hidratação
A evolução da resistência à compressão das argamassas de cimento e cinza volante 
adicionadas de CNS é mostrada na Fig. 9. Para a argamassa de cimento com 40% de 
cinza volante, a adição de CNS aumentou significativamente o ganho de resistência no 
início - após 7 dias, a resistência à compressão a resistência da argamassa de cinza 
volante com 5% de adição de CNS foi melhorada em mais de 60%. No entanto, o efeito 
de melhoria diminuiu gradualmente ao longo do tempo e após 3 meses a resistência à 
compressão da argamassa adicionada de CNS foi igual (argamassa CNS-20 nm) ou 
menor que (argamassa CNS-10 nm) a argamassa de controle de cinzas volantes. Isto 
implica que o nanoSiO2 não tem efeito positivo no ganho de resistência do material à 
base de cimento substituído por cinzas volantes em idades posteriores. Para determinar 
o porquê, a hidratação e a morfologia dos sistemas de cinzas volantes modificados 
pelo CNS foram examinadas de perto.
Isso mostra que o CNS influenciou muito a hidratação das cinzas volantes. Após 7 
meses de hidratação, é evidente que as partículas de cinzas volantes na pasta de 
controle estão severamente erodidas e uma abundância de produtos de hidratação 
pode ser encontrada revestindo a superfície das partículas de cinzas volantes. Isto 
implica que ocorreu um alto grau de reação pozolânica. Para a pasta de cinzas volantes 
adicionada ao CNS, isso mostra que as partículas de cinzas volantes são mais lisas e 
sem características, indicando menos atividade pozolânica. Uma diferença distinta na 
morfologia pode ser vista na interface da partícula de cinza volante e da pasta de 
cimento entre as duas amostras.
5.2. Força compressiva
5.3.2. Morfologia O 
efeito do nanoSiO2 na hidratação das partículas de cinza volante e sua interface 
com a pasta de cimento após 7 meses é mostrado na Fig.
relação ligante de 3 e aw/b = 0,5. Foi utilizada areia de rio com módulo de 2,8. Como 
esperado, a fluidez aumentou com a substituição das cinzas volantes e diminuiu com 
o CNS. Quanto maior a quantidade de SNC, maior será a redução da fluidez. Também 
é demonstrado que a fluidez das argamassas de cinzas volantes adicionadas de CNS 
com 40% e 60% de substituição de cinzas volantes é superior à da argamassa 
substituída por 20% de cinzas volantes. Isto demonstra que as cinzas volantes podem 
ajudar a aumentar a trabalhabilidade de materiais à base de cimento adicionados ao 
CNS.
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consideração no cálculo). Foi relatado que o gel C – S – H com baixa relação Ca / Si 
é menos permeável [31]. Assim, pode-se deduzir que a camada externa de hidratos 
compactados, formada pela reação pozolânica do SNC e CH, atua como uma barreira 
de penetração iônica que dificulta a hidratação das partículas de cinza volante.
Este artigo foi um resumo do trabalho atual realizado na ACBM-NU sobre 
nanomodificação de materiais à base de cimento. Os resultados da reologia de 
cisalhamento indicaram que as nanoargilas têm um efeito de enrijecimento imediato, 
governado pela floculação e não pela adsorção de água, mas pouca influência ao 
longo do tempo. Da mesma forma, as argilas têm um efeito significativo na resposta 
instantânea da fôrma e, portanto, na pressão máxima, tornando-as eficazes na 
redução da pressão da fôrma SCC. Descobriu-se que a adição de nanoCaCO3 
acelera a taxa de hidratação, o tempo de presa e melhora a resistência à 
compressão. A sonicação melhorou o efeito do nanoCaCO3 em todos os casos. 
Embora o ganho de resistência precoce dos sistemas de cinza volante e cimento 
possa ser aumentado pelo nanoSiO2, a taxa de ganho de resistência posterior é 
retardada. Uma razão crítica pode ser um menor grau de hidratação das cinzas 
volantes na idade avançada devido a um baixo teor de Ca(OH)2 e uma baixa barreira 
de hidrato de Ca/Si.
Os hidratos fibrosos internos podem ser formados pela reação pozolânica das 
cinzas volantes.
Referências
A partir da investigação acima, pode-se concluir que a reação do SNC em idade 
precoce pode resultar em um baixo teor de CH e um gel menos permeável revestindo 
a superfície das partículas de cinzas volantes, ambos os quais podem limitar a 
hidratação das cinzas volantes. . Isso pode explicar a taxa lenta de ganho de 
resistência exibida pela pasta de cimento de cinza volante adicionada ao CNS em 
idades posteriores.
revestimento em partículas de cinza volante, ambos causados pela hidratação do 
SNC em idade precoce.
Reconhecimentos
6. conclusões
Os autores gostariam de agradecer o apoio financeiro do Instituto de Tecnologia 
de Infraestrutura da Northwestern University e da Tennessee Valley Authority (TVA) 
e das Universidades Associadas de Oak Ridge (ORAU) (Prêmio 105866). O segundo 
autor também gostaria de agradecer ao Conselho de Bolsas da China pelo apoio 
financeiro durante sua estada na Northwestern University.
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