Effect of morphology and dispersibility of silica nanoparticles on the pt

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Lok Pratap Singh1),*, Anjali Goel2), Sriman Kumar Bhattachharyya1), Saurabh Ahalawat1),
Usha Sharma1) e Geetika Mishra1)
1. Introdução
Efeito da Morfologia e Dispersibilidade das Nanopartículas de Sílica no 
Comportamento Mecânico da Argamassa de Cimento
Palavras-chave: argamassa de cimento, nano-sílica, resistência, morfologia, dispersibilidade.
207
Resumo: A influência da nanosílica (NS) em pó e coloidal nas propriedades mecânicas de argamassas de cimento tem sido investigada. NS em pó (* 40 nm) foi 
sintetizado empregando o método sol-gel e comparado com NS coloidal disponível comercialmente (* 20 nm). Estudos de SEM e XRD revelaram que o NS em pó 
é não aglomerado e amorfo, enquanto o NS coloidal é aglomerado por natureza. Além disso, essas nanopartículas foram incorporadas à argamassa de cimento 
para avaliação de resistência à compressão, relação gel/espaço, quantificação de portlandita, quantificação de C – S – H e difusão de cloreto. Aproximadamente, 
27 e 37% de aumento na resistência à compressão foram observados usando NS coloidal e em pó, respectivamente, enquanto o mesmo foi de até 19% apenas 
quando foi usada sílica ativa. A relação gel/espaço também foi determinada com base no grau de hidratação da argamassa de cimento e aumenta linearmente 
com a resistência à compressão. Além disso, os resultados do DTG revelaram que a capacidade de consumo de cal do NS em pó é significativamente maior do 
que o NS coloidal, o que resulta na formação de silicato-hidrato de cálcio adicional (C – S – H). Estudos de penetração de cloreto revelaram que o NS em pó reduz 
significativamente a entrada de íons cloreto, pois a microestrutura é consideravelmente melhorada pela incorporação na argamassa de cimento.
(Recebido em 20 de junho de 2014, Aceito em 3 de fevereiro de 2015, Publicado on-line em 28 de fevereiro de 2015)
Revista Internacional de Estruturas e Materiais de Concreto 
Vol.9, No.2, pp.207–217, junho de 
2015 DOI 10.1007/
s40069-015-0099-2 ISSN 1976-0485 / eISSN 2234-1315
1) CSIR-Central Building Research Institute, Roorkee 247 
667, Índia.
*Autor correspondente; E-mail: lpsingh@cbri.res.in 2) 
Universidade Gurukul Kangri, Haridwar 249404, Índia.
Copyright The Author(s) 2015. Este artigo foi publicado com 
acesso aberto em Springerlink.com
(Flores 2010). As características da argamassa de cimento com 
partículas de nanosílica em pó mostraram que a nanosílica se 
comporta não apenas como carga para melhorar a microestrutura, 
mas também como ativador para promover a reação pozolânica (Jo et al.
A utilização de nanomateriais no sector da construção está a 
ganhar ampla atenção, uma vez que se espera que sejam 
alcançadas melhorias significativas nas propriedades desejadas 
dos materiais de construção. Os nanomateriais mais comumente 
usados no cimento são nanosílica, nanotitânia, nanoalumina, 
nanotubos de carbono (CNTs) etc. (Sanchez e Sobolev 2010).
2007). As propriedades de melhoria de desempenho da nano-sílica 
são alcançadas através de dois mecanismos: primeiro, as partículas 
ultrafinas são capazes de preencher os vazios entre as partículas 
de cimento, melhorando o “empacotamento” e criando uma 
estrutura menos permeável. Em segundo lugar, a nano-sílica 
também reage com o hidróxido de cálcio (CH) produzido com a 
hidratação do cimento para formar C–S–H adicional (Gaitero et al. 
2008, 2009). A porosidade e os poros capilares diminuíram 
enquanto os poros do gel aumentaram como resultado da inclusão 
de sílica ativa e cinzas volantes nos compósitos à base de cimento 
(Lin et al. 2009). Vários pesquisadores (conforme revisado por Shi 
et al. (2012)) estudaram o papel das misturas minerais na 
durabilidade do concreto, métodos de medição da entrada de 
cloreto no concreto, desafios na avaliação da durabilidade do 
concreto a partir de sua difusividade de cloreto e o serviço 
modelagem de vida de concreto armado em ambientes carregados 
de cloretos. A entrada de gases, água ou íons em soluções 
aquosas no concreto ocorre através de espaços porosos na matriz 
da pasta de cimento e nas interfaces pasta-agregado ou 
microfissuras. Para a durabilidade do concreto, acredita-se que a 
permeabilidade seja a característica mais importante (Baykal 
2000), relacionada às suas propriedades microestruturais, como 
tamanho, distribuição e interligação de poros e microfissuras 
(Savas 2000). O teste de permeabilidade à água mostra que o 
concreto de nano-sílica tem menor permeabilidade à água em comparação ao concreto normal (Ji 2005).
Entre todos, a nano-sílica tem se mostrado um aditivo eficaz à 
matriz de cimento para acelerar a hidratação do cimento devido à 
sua alta reatividade, capacidade de refinar a microestrutura e, 
assim, levar a uma porosidade reduzida (Toutanji et al. 2004). 
Vários tipos de nanosílica (em pó ou em suspensão) estão 
disponíveis comercialmente, possuindo densidade específica, área 
superficial específica, estrutura de poros e reatividade (Quercia et 
al. 2014). Vários pesquisadores (conforme revisado por Singh et 
al. (2013)) relataram que as propriedades mecânicas e a 
durabilidade podem ser melhoradas com a adição de nano-sílica 
(pó ou coloidal) em materiais à base de cimento. O aumento na 
resistência à compressão da argamassa de cimento com 0,25% 
de nanosílica em pó foi alcançado em 63,9 e 95,9 MPa aos 1 e 28 dias de idade, respectivamente.
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As melhorias são atribuídas a três razões: o efeito de aceleração do 
CNS na hidratação do cimento, a reação pozolânica do CNS e o melhor 
empacotamento de partículas da matriz. O cimento com adição de 2–
4% de CNS não leva a um ganho imediato de resistência mecânica 
devido à formação de aglomerados, posteriormente ocorre a evolução 
da hidratação devido ao consumo de hidróxido de cálcio (Kontoleontos 
et al. 2012).
Além disso, dois tipos diferentes de nano-sílica, nomeadamente nano-
sílica em pó (* 40 nm) preparada em laboratório usando silicato de 
sódio como precursor e nano-sílica coloidal (15-20 nm), estavam 
comercialmente disponíveis como uma dispersão aquosa com o valor 
de pH de 9.2, e o teor de SiO2 (em peso) de 30% corresponde a uma 
densidade de 1,28 g/mL. A área superficial específica do NS coloidal 
está na faixa de 170–200 m2 /g. Para a introdução da nano-sílica na 
argamassa de cimento foi utilizado tratamento ultrassônico para 
dispersar os aglomerados. Neste método, nano-sílica e água foram 
sonicadas por 30 min a uma frequência de 42 kHz e 80 watts de 
potência absorvida usando um sonicador de banho com capacidade de 
2,5 L até que a solução ficasse leitosa. Posteriormente, esta mistura 
sonicada foi misturada por 1 min com cimento e areia no misturador 
Hobart com lâmina tipo B. Para o preparo da argamassa foi utilizado 
misturador de argamassa conforme norma ASTM C144. O misturador 
foi equipado com pedal tipo B-flat, possuindo velocidade de rotação 
mínima e máxima de 140 ±5 rpm e 285 ± 10 rpm, respectivamente. A 
capacidade da tigela era de *5 L.
O tamanho do passo de varredura foi de 0,02, na faixa de 2h de 5 a 80.
A incorporação de nanopartículas (Fe2O3, Al2O3, TiO2 e SiO2) e 
nanoargilas (montmorilonita) reduz o coeficiente de difusão da 
argamassa, bem como a espectroscopia de impedância eletroquímica. 
Os testes indicam que tais efeitos são especialmente significativos 
usando nano-SiO2 e nanoargilas (He e Shi 2008).
A adição de 6% de CNS melhora a resistência à compressão da 
argamassa de 18,3 para 46,3 MPa, aos 7 dias (Jo et al. 2007).
A tensão e a corrente do tubo de raios X foram fixadas em 40 kV e 40 
mA, respectivamente. A área superficial específica da nanosílica em pó 
foi analisada com BET (modelo Adso-trac DN-04, Microtrac SSA, EUA).
2.2 Metodologia 2.2.1 
Preparação de Nanopartículas de Sílica: Método Sol Gel Para a 
preparação 
econômica de nano-sílica, a técnica sol-gel foi seguida usando 
silicato de sódio como precursor (Tan et al. 2005; Venkatathri e 
Nanjundan 2009) . Nesta preparação foi utilizado brometo de cetrimônio 
(CTABr) como agente dispersante e HCl 1 N como catalisador. CTABr, 
HCl e água deionizada foram misturados, agitados por 45 min, seguido 
de adição gota a gota de solução 1 M de silicato de sódio com agitação 
em temperatura ambiente até que o pH do sistema reacional atingisse 
*8,0. A suspensão branca resultante foi filtrada e lavada com água 
deionizada para remover todo o cloreto de sódio formado (Fig. 1). O 
pó preparado foi seco (50°C) e depois abafado a 700°C por 4 h (Singh 
et al. 2012a, b). Finalmente, o pó branco foi caracterizado por 
microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (XRD), 
técnicas BET. Os atributos morfológicos de dois tipos de nano-sílica e 
amostras de argamassa contendo nano-sílica e sílica ativa foram 
estudados usando MEV (LEO 438VP) a uma tensão de aceleração de 
15–20 kV. As amostras foram analisadas em modo de pressão variável 
(VP) com revestimento de ouro para melhorar a condutividade 
superficial. Para análise MEV, as fatias das amostras de argamassa 
foram cortadas diretamente e imersas em acetona para interromper o 
processo de hidratação. As amostras secas foram depositadas em um 
porta-amostras com fita dupla de carbono condutora para a revelação 
de suas micrografias. Para estudos de DRX, foi utilizado Rigaku make 
(DMax-2200) com fonte de raios X de radiação Cu Ka (k = 1,54 Aÿ). A 
amostra de pó peneirado de 75 mícrons foi utilizada para análise.
2.1 Materiais O 
presente estudo foi realizado com cimento OPC grau 43, tipo I, 
conforme IS: 8112. O cimento foi analisado em diversas proporções 
conforme IS 4031-1988. A areia padrão de grau (I, II e III) foi escolhida 
conforme IS: 650.
Em contraste, nano-sílica coloidal (CNS) denota pequenas partículas 
(1–100 nm) consistindo de um núcleo de sílica amorfa com uma 
superfície hidroxilada, que são insolúveis em água (Coenen e Kruif 
1988). Os efeitos aceleradores da sílica coloidal na dissolução da fase 
C3S ; A formação de gel C – S – H e a polimerização de sílica na 
hidratação da pasta de cimento foram estudadas (Bjornstro¨m et al. 
2004). O tratamento superficial de nano-sílica coloidal foi considerado 
eficaz na diminuição da absorção de água da argamassa de cimento a 
50 C, mas um efeito insignificante a 20 C e preencheu poros mais 
grossos ([50 nm) (Hou et al. 2014).
Quando as nanopartículas são adicionadas ao cimento com água, elas 
formam aglomerados e podem não refletir a sua reatividade original 
(Kong et al. 2013). Para resolver esta questão (isto é, mistura 
homogénea de nanomateriais) foram preparadas nanopartículas de 
sílica dispersíveis e introduzidas em argamassa de cimento. Além 
disso, o experimento compreende a comparação de NS em pó e coloidal 
em relação ao seu efeito na relação gel/espaço, resistência à 
compressão, reatividade pozolânica de nano-sílica e sílica ativa e 
quantificação de C – S – H usando análise termogravimétrica. .
Além disso, foi investigada a penetração de cloretos em argamassas 
de cimento simples e nanomodificadas.
A areia do tipo Grau I consiste em agregados grossos com tamanho de 
partículas de 1–2 mm, o grau II consiste em agregados finos com 
tamanho de partículas de 0,5–1 mm e o grau III compreende agregados 
muito finos com tamanhos de partículas entre 0,09 e 0,5 mm. Esta areia 
atingiu um módulo de finura de 2,86 e uma densidade superficial seca 
saturada de 2,59. Foi utilizada uma sílica ativa de grau comercial de 
alta qualidade (M/s Elkem). As propriedades físicas e químicas do 
cimento e da sílica ativa são apresentadas na Tabela 1.
A nanossílica é amplamente utilizada em matrizes de cimento, 
embora sua mistura seja um desafio que precisa ser enfrentado.
2. Protocolos Experimentais
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as amostras foram trituradas e mergulhadas em acetona para interromper 
a hidratação por 24 horas. Além disso, as amostras em pó foram secas
MWðCHÞ
perda em porcentagem atribuível à desidratação de CH e C – S – H, e 
MW (CH), MW (CSH) e MW (H) são os pesos moleculares de CH, C – S 
– H e água, respectivamente.
preparar corpos de prova de argamassa para determinação da resistência 
à compressão. As proporções da mistura de cimento e areia na argamassa
força.
H Através de Análise Termogravimétrica (TG/DTG)
segue o aquecimento da amostra em pó de 50 a 1000 C
S – H (%) na amostra é calculado a partir das curvas TG
ð2Þ
MWðCSHÞ
em disco de 7 mm de espessura e 30 mm de diâmetro e
2.2.2 Resistência à Compressão
acima de 95% de umidade relativa por 24 h seguida de imersão em água 
a 20 ± 1 C até o momento do teste. Três
temperatura (20 ± 1 C). Além disso, estas argamassas em forma de disco
Gel S – H (Ramachandran et al. 2003; Gallucci et al. 2013;
110 C e a temperatura na qual começa a perda de CH
ð1Þ
conjunto de células de vidro para medir o movimento de íons cloreto
2,0 e 3,0% em peso de cimento. O teor de água no NS coloidal foi 
considerado no cálculo da proporção da mistura.
armazenados por 24 horas a 20 C. Os corpos de prova foram desmoldados
a 105°C por 4 horas. Na curva DTG, a perda de peso entre 400-500 C foi 
registrada e considerada como causa
MWðHÞ
2.2.4 Resistência à Penetração de Cloretos
foi 1:3 o tempo todo. A relação água/cimento para todos os
2.2.3 Quantificação de Portlandita (CH) e C–S–
O teor de CH das argamassas com e sem adição de NS foi
usando as seguintes equações. (1 e 2):
à taxa de 10 C min-1 em um analisador termogravimétrico Perkin-Elmer. 
Antes dos testes, no tempo de hidratação desejado
Moldes de cubo padrão (50 9 50 9 50 mm) foram usados para
CSHð%Þ¼ WL %ð Þ CSH
onde WL %(CH) e WL %(CSH) correspondem à massa
corpos de prova foram usados para determinar a compressão média
amostras após 28 dias de hidratação foram imprensadas
Olsona e Jennings 2001). A quantidade de CH (%) e C–
(400 C) é considerado para indicar a perda de água de C–
(Figura 2). Argamassa de cimento simples e nanomodificada foi moldada
Moles de água MWðHÞ
Os cubos foram desmoldados após cura a 20 ± 1 C e
após 24 horas e depois curado em água destilada à temperatura ambiente.
da decomposição de CH (Singh et al. 2012a, b; Jain e Nei-thalath 2009). 
A faixa de temperatura de perda de massa entre
CHð%Þ ¼ WL %ð Þ CH
Um teste de eletromigração acelerada foi realizado em
amostras foi fixada em 0,4. A adição de nano-sílica foi de 1,0,
detectado pelo método termogravimétrico. O procedimento
0,12
0h30
SiO2 (%)
3.4
0,25
Gravidade Específica
2.2
0,43
29
K2O (%)
22.1
Sílica ativa
0,1–10 lm
SO3 (%)
3.15
LOI
Tabela 1 Composição química do OPC e da sílica ativa utilizados.
0,7
0,40
0,63
Al2O3 (%)
CaO (%)
Área superficial específica (m2 /g)
2.4
61,6
0,99
1,98
Diâmetro médio (nm)
6.8
96.03
2.23
Na2O (%)
0,5
Figura 1 Fluxograma de síntese.
OPC
0,63
Fe2O3 (%)
Parâmetros
MgO (%)
–
–
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aglomerados e possuem uma morfologia de superfície lisa. Por 
outro lado, os NS coloidais aparecem na forma de aglomerados 
(Fig. 3b). A partir de estudos de raios X, o pico largo característico 
da difração, centrado em 22 (2h), confirmou sua natureza amorfa 
(Fig. 4). Os resultados do BET mostram que a área superficial 
específica do NS motorizado é de 116,23 m2 /g.
3.2 Efeito da Nano-Sílica na Relação Gel/Espaço da Argamassa 
de Cimento A relação 
Gel/espaço é definida como o volume de gel dividido pela soma 
dos volumes de gel e poros capilares (Power et al. 1948; Acker 
2001) em que ' 'gel'' é sinônimo de produtos de hidratação que 
incluem poros de gel normalmente de 0,5–2,5 nm. É bem 
conhecido que a resistência à compressão de materiais à base 
de cimento depende da relação gel/espaço (Pichler et al. 2013). 
Para a pasta de cimento Portland, assume-se que 1 ml de cimento 
hidratado ocupa 2,06 mL de espaço, a relação gel/espaço é dada 
por (Neville 1981) Eq. (3):
3.1 Caracterização de Nano-Sílica 
Nanopartículas de sílica em pó foram caracterizadas utilizando 
técnicas de SEM, XRD e BET. A micrografia SEM revelou que o 
tamanho médio das partículas de NS em pó é * 40 nm (Fig. 3a) e 
as partículas são esféricas, não
entre duas células de vidro. Uma das células foi preenchida com 
solução de NaCl a 3% e a outra célula com solução de NaOH 0,3 
N conforme ASTM C1202. Dois eletrodos de platina colocados 
em ambas as soluções de células de vidro serviram como 
eletrodos de trabalho, enquanto o eletrodo de calomelano 
saturado (SCE) funcionou como eletrodo de referência para 
monitorar o potencial aplicado. Uma vez colocados o disco da 
amostra de argamassa, as soluções e os eletrodos, a tensão 
potencial de 7 V foi aplicada e a migração de íons cloreto foi 
medida periodicamente usando espectrofotômetro UV-Vis.
3. Resultados e Discussões
3 Micrografias SEM de um NS em pó, b coloidal-NS.
Figura 2 Diagrama esquemático da configuração experimental utilizada para teste de eletromigração acelerada.
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28d
20
CM+3% Coloidal-NS
1d
40
7d
CM+3% SF
0
3D
60 CM
CM+3% Pó-NS
Resistência 
ð4Þ
Xc¼ _
cimento e a/c é a relação água/cimento. Para complementar
cimento e SF, NS em mistura.
2:06Vc /c
volume de cimento anidro, ac é o grau de hidratação do
e NS), respectivamente, C e S são as frações originais de
ð3Þ
2:06Vc /c C + 2:5Vs /s S
materiais suplementares que reagiram são considerados como ocupando
materiais (SF e NS) reação pozolânica, 1 mL de
onde Xbc é a relação gel/espaço do cimento misturado; Vc e Vs são
2,52 mL de espaço (Lam et al. 2000), portanto, o gel/espaço
Xbc¼ _
A proporção de cimento misturado é dada pela Eq. (4):
onde Xc é a relação gel/espaço do cimento simples, Vc é específico
cimento e com adição de materiais complementares (SF
volumes específicos; ac e como são os graus de hidratação de
Tempo de cura (dias)
0,53
0,40
0,74
Fig. 5 Relação gel/espaço com tempo de hidratação.
3% em pó-NS
0,74
3% coloidal-NSArgamassa de cimento
0,557
0,49
Fig. 4 Perfil de XRD de A coloidal-NS, B em pó-NS.
1
0,94
0,60
0,42
0,71
0,37 0,43
Fig. 6 Resistência à compressão da argamassa de cimento com aditivos.
3% SF
0,58
28
3
Tabela 2 Relação gel/espaço calculada entre argamassas de cimento simples e mistas.
0,63
0,76
0,47
Tempo (dias)
Vc /c C þ Vs /s S þ w=c
Vc /c þ w=c
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Com a adição de NS em pó (3%), a proporção do espaço 
de gel aumenta de 0,43 para 0,94, enquanto com NS coloidal 
(3%) 0,42–0,74 de 1 a 28 dias (Tabela 2). Este resultado 
revela que o NS em pó é mais reativo e misturado 
homogeneamente com a matriz de cimento do que o NS coloidal (Fig. 5).
A tendência contínua de aumento da relação gel/espaço 
significa que a nano-sílica em pó atua como centro de 
nucleação para hidratos de cimento, que aceleram a 
hidratação. O mecanismo está relacionado à natureza não 
aglomerada (partículas bem dispersas) e à elevada área superficial do NS em pó,
212 | Revista Internacional de Estruturas e Materiais de Concreto (Vol.9, No.2, junho de 2015)
Fig. 7 Micrografias SEM em 1 e 28 de hidratação de a, b argamassa de cimento simples, c, d com SF, e, f com coloidal-NS, e g, h com
alimentado-NS.
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Além disso, com 3% de NS em pó a resistência chega a ser 
37% superior à da argamassa de cimento simples em 1 dia e 
34% em 28 dias. Em contraste, com o NS coloidal (3%) o ganho 
de força é de 28% em 1 dia e 27% em 28 dias. Por outro lado, o 
SF (3%) é capaz de aumentar a resistência à compressão em 
19% em 1 dia e 25% em 28 dias. A partir destes resultados pode-
se inferir que o SF mostra sua reatividade na fase posterior da 
hidratação (Fig. 6). O desenvolvimento da resistência à 
compressão com e sem NS e SF foi expresso em função da 
relação gel/espaço. O resultado significa que a relação gel/espaço 
aumenta com o tempo de cura. Um aumento significativo na força 
em comparação com o controle também foi observado.
que funciona como um local de nucleação para a precipitação de 
gel C – S – H adicional. A formação de C – S – H adicional ocupa 
o espaço disponível levando a uma estrutura mais densa.
3.3 Efeito da Nano-Sílica na Resistência à Compressão da 
Argamassa de Cimento A 
modificação na hidratação do cimento causada pelas 
nanopartículas pode ser refletida pelo seu efeito nas propriedades 
mecânicas dos materiais cimentícios. A adição de sílicaativa e 
nano-sílica melhora significativamente a resistência à compressão 
com o aumento das doses devido à reação pozolânica. A Figura 
6 ilustra que a resistência da argamassa de cimento com 1% de 
NS em pó aumenta 19 e 17% no 1º e 3º dia, respectivamente, 
enquanto aquelas com 1% de NS coloidal aumentaram 15% em 
comparação com aquelas da argamassa de cimento simples . 
Entretanto, o ganho de resistência de 1% de NS em pó aos 28 
dias é 26% maior que o controle.
Isso pode ser atribuído ao maior teor de hidrato de silicato de 
cálcio (C – S – H) nas amostras misturadas NS e SF, devido à 
reação pozolânica do CH produzido a partir da hidratação do 
cimento com nano-sílica e sílica ativa. Estes resultados são ainda 
apoiados por estudos microestruturais de argamassa de cimento 
aos 28 dias de hidratação (Fig. 7). As micrografias SEM
3.4 Quantificação da Portlandita As 
curvas TG/DTG mostraram que as reações típicas ocorrem na 
matriz de cimento quando submetida a um aumento progressivo 
de temperatura da temperatura ambiente até 1000 C em fluxo de 
gás nitrogênio de 200 mL/min. A primeira alteração foi observada 
entre 60 e 105 C, podendo ser atribuída à saída semanal de 
água encadernada (Fig. 8). A segunda perda significativa entre 
*120–400 C corresponde à desidratação de alguns hidratos como 
C – S – H e etringita (Gabrovsek et al. 2006; Ramachandran et 
al. 2003). A terceira redução a *400–500 C causa uma perda de 
massa correspondente à desidratação do CH; portanto, a 
portlandita se decompõe em cal livre (desidroxilação) (Gaitero et 
al.
2008; Jain e Neithalath 2009). Posteriormente, a área final de 
perda de peso foi observada em *650–800 C, ocorre devido à 
decomposição do carbonato de cálcio (Alonso e Fernandez 2004; 
Gabrovsek et al. 2006). A Figura 9a mostrou uma forte diminuição 
no pico de CH, parece consideravelmente menor com 3% de NS 
em pó do que o mesmo pico de outras amostras em 1 dia (Tabela 
3). Assim como a hidratação prossegue até 28 dias, a redução 
nesta região (*400–500) é observada significativamente mais 
com NS em pó (*68%). Da mesma forma, NS coloidal e SF 
reduzem *57 e 31% aos 28 dias, respectivamente (Fig. 9b). A 
reação pozolânica com CH é proporcional à quantidade de 
superfície
revelaram que com a adição de nano-sílica, mais C – S – H vai 
aparecendo na fase inicial da hidratação, para que posteriormente 
a microestrutura aos 28 dias fique mais compactada, uniforme e 
densa. Este mecanismo enfatiza que a adição de NS em pó 
aumenta a resistência na fase inicial, principalmente por causa 
do efeito de empacotamento. Na verdade, atuou como material 
de enchimento, que preencheu os espaços intersticiais e poros, 
dentro da matriz da argamassa de cimento endurecida, resultando 
no aumento da densidade e também da sua resistência.
Revista Internacional de Estruturas e Materiais de Concreto (Vol.9, No.2, junho de 2015) | 213
Fig. 8 Curva TGA da argamassa de cimento com NS e SF.
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214 | Revista Internacional de Estruturas e Materiais de Concreto (Vol.9, No.2, junho de 2015)
6.74.2
Fig. 9 um DTG de amostras em 1 dia. Uma argamassa de cimento simples, B CM ? 3% SF, CCM ? 3%CNS e D CM ? 3%NS. b DTG de
CM ? 3% coloidal-NS
Argamassa de cimento
5,38CM ? 3% SF
Tabela 3 Teor de Portlandita em argamassa de cimento com nanosílica incorporada.
7,55
5.4
28 dias
9h25
CM ? 3% pó-NS
amostras aos 28 dias. Uma argamassa de cimento simples, B CM ? 3% SF, CCM ? 3%CNS e D CM ? 3%NS.
4,0
Conteúdo de Portlandita (%)
10,5
6.3
Amostra
15h32
6,9
11.6
1 dia
5,85
4.8
6,5
3 dias 7 dias
5.8
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Conteúdo 
Tempo de hidratação (dias)
consumindo CH. Assim, observa-se que a reatividade pozolânica do 
NS em pó é maior do que o NS coloidal e o SF.
Além disso, aos 28 dias, o NS em pó aumenta o teor de C – S – H 
aproximadamente 30% maior do que a argamassa de cimento 
simples, enquanto o NS coloidal aumentou aproximadamente 21% (Fig. 10).
3.6 Resistência à Penetração de Cloretos O ensaio 
de eletromigração mostra que a argamassa de cimento incorporando 
nano-sílica resiste à entrada de cloretos da argamassa, conforme 
indicado pela concentração reduzida de íons cloreto com doses 
crescentes de nano-sílica e SF. Tais melhorias são significativas 
com NS em pó. A 7 V a concentração de íons cloreto cai para *28% 
com 1% de nano-
área disponível para a reação. Os resultados revelam que o NS 
alimentado possui partículas não aglomeradas que permitem a 
formação de C – S – H adicional em sua superfície por
3.5 Quantificação de C–S–H Uma 
abordagem detalhada é fornecida nesta seção para quantificar o 
C–S–H através de TG/DTG. A composição do gel C–S–H é 
aproximadamente 1,7CaOSiO24H2O para pastas saturadas de C3S , 
bem como cimento, onde 4 mol de água incluindo água adsorvida na 
superfície dos produtos de hidratação, serão removidos em 
temperaturas abaixo de 110°C (Taylor 1997). Portanto, a composição 
de equilíbrio de C – S – H torna-se 1,7CaOSiO22.1H2O. Da mesma 
forma, no presente estudo, foi considerada a formação de C – S – H 
com composição química 11,7CaOSiO22.1H2O (Young e Hansen 
1987). Os resultados indicam que a formação de C – S – H em 1 dia 
com argamassa de cimento simples, nano-sílica coloidal e nano-sílica 
em pó é de 11,3, 12,9 e 15,3%, respectivamente.
O mecanismo de aumento significativo no teor de C – S – H com NS 
em pó, NS coloidal, SF em comparação com a argamassa de cimento 
é devido à elevada área superficial, resultando na deposição de 
produtos de hidratação do cimento sobre eles. Observa-se que a 
reatividade pozolânica do NS em pó é maior, fazendo com que o 
consumo contínuo de CH para formar C – S – H adicional desde o 
estágio inicial de hidratação. Os resultados são consistentes com a 
redução de CH. A natureza não aglomerada do NS permite que ele 
se misture homogeneamente com os grãos de cimento e desenvolva 
C–S–H mais compacto e denso. Isto está de acordo com o notável 
aumento na resistência à compressão quando partículas NS em pó 
são incorporadas na matriz de cimento.
10
30
28d
20
CM+3% SF
0
5
CM+3% em pó-NS
3D
CM
CM+3% coloidal-NS
1d
15
7d
25
Fig. 13 Concentração de íon cloreto com 3% de aditivos.
Fig. 11 Concentração de íon cloreto com 1% de aditivos.
Fig. 12 Concentração de íon cloreto com 2% de aditivos.
Figura 10 Teor de C–S–H em argamassa de cimento simples e com 
incorporação de nanosílica.
Revista Internacional de Estruturas e Materiais de Concreto (Vol.9, No.2, junho de 2015) | 215
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distribuição e reprodução em qualquer meio, desde que o(s) autor(es) 
original(ais) e a fonte sejam creditados.
(5) Para avaliação da durabilidade, a entrada de cloretos também foi 
monitorada em argamassas de cimento com NS motorizado, NS 
coloidal e SF. Entre estes, o Powdered-NS reduziua concentração 
de íons cloreto em até *43% em comparação com a argamassa de 
cimento simples.
(1) A dispersibilidade dos nanomateriais desempenha um papel 
fundamental, pelo que a nano-sílica esférica e não aglomerada foi 
preparada para resolver a questão da mistura de nanomateriais na 
matriz de cimento. Verifica-se que o NS em pó não aglomerado é 
eficaz na melhoria das propriedades mecânicas da argamassa de 
cimento.
sílica, enquanto que com NS coloidal *20% apenas às 8 h, os resultados 
são ilustrados na Fig. 11. À medida que a adição percentual de NS e SF 
aumenta até 3%, o ingresso de íons cloreto na solução de destino (0,3 N 
NaOH) através da amostra de argamassa reduz em 43, 34 e 19% em NS 
em pó, NS coloidal e SF, respectivamente. Observou-se que a penetração 
dos corpos de prova de argamassa diminui (Figs. 12 e 13). O mecanismo 
interpretou que a presença de NS em pó contribui mais na redução da 
entrada de íons cloreto em comparação ao NS coloidal, porque o NS em 
pó é de natureza não aglomerada, o que aumenta a densidade de 
empacotamento de materiais sólidos em ocupando espaço entre os grãos 
de cimento. Esses efeitos físicos do NS alimentado podem contribuir 
para refinar o sistema de poros e reduzir a penetração de cloreto na 
microestrutura dos produtos de hidratação. Esses achados também são 
consistentes com a relação gel/espaço. O NS coloidal é aglomerado, 
não se mistura uniformemente com a argamassa de cimento e desenvolve 
zonas fracas, favoráveis à migração de espécies iônicas. O teste de 
eletromigração revela que a pequena quantidade de nanosílica melhora 
acentuadamente a resistência à penetração de cloretos das argamassas 
de cimento. Finalmente, pode-se concluir que o NS em pó não aglomerado 
pode ser utilizado para melhorar a durabilidade do cimento e do concreto.
Este artigo é distribuído sob os termos da Creative
Licença Commons Attribution que permite qualquer uso,
Com base nos resultados experimentais apresentados neste estudo, 
podem ser tiradas as seguintes conclusões:
(4) Micrografias SEM revelaram que o NS em pó se comportou como 
uma carga para melhorar a microestrutura do cimento, levando a 
uma morfologia mais densa.
(3) NS em pó devido à maior reatividade pozolânica reduziu o teor de CH 
em até 68%, enquanto NS coloidal reduziu 57% aos 28 dias de 
hidratação.
(2) A melhoria na resistência à compressão e na relação gel/espaço da 
argamassa endurecida adicionando NS-potenciada é maior do que 
aquela NS-coloidal que foi associada ao maior teor de C – S – H 
(30%), levando a uma maior compactação e microestrutura mais 
densa.
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