Cellulose nanofibrils, with and without nanosilica for the performance enhancement of Portland cement systems - pt

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O processo sol-gel foi utilizado para síntese in situ de nanopartículas de sílica em pasta de CNF.
O efeito do CNF na hidratação e microestrutura do cimento depende significativamente do a/c.
Este artigo apresenta uma investigação abrangente sobre os efeitos de nanofibrilas de celulose pura (CNF) e nanosílica contendo 
CNF no desempenho da pasta de cimento Portland comum (OPC). Os efeitos dos CNFs na reologia da pasta de cimento, hidratação, 
formação de fase microscópica, resistência à compressão e parâmetros de fratura foram monitorados. O método sol-gel foi usado 
para sintetizar partículas de nanosílica na pasta de CNF. Descobriu-se que os efeitos do CNF na hidratação do cimento dependem 
da relação água/cimento (a/c). Especificamente, os CNFs aceleraram a hidratação do cimento em idade precoce a 0,35 w/c, mas 
este efeito de aceleração não foi proeminente para 0,45 w/c. Tal efeito dependente de a / c foi atribuído aos locais de superfície 
hidroxila e carboxila carregados negativamente dos CNFs, que podem ligar íons alcalinos ou partículas de cimento.
A resistência à flexão da pasta de cimento aumentou em até 75% devido à adição de CNF.
A resistência à compressão da pasta aumentou em até 34% devido à adição de CNF.
2020 Elsevier Ltd. Todos os direitos reservados.
A concentração de íons alcalinos na solução dos poros do cimento depende do a/c e, portanto, resultando nos efeitos dependentes 
do a/c do CNF. Verificou-se que a estabilidade coloidal do CNF melhorou devido à adição de partículas de nanosílica. Descobriu-se 
que a adição de CNF aumenta a resistência à flexão da pasta de cimento em até 75%. Os efeitos da adição de CNF na resistência à 
compressão da matriz de pasta de cimento foram insignificantes.
Os materiais de base biológica têm atraído interesse substancial de pesquisa 
nos últimos anos devido ao seu grande potencial para produzir uma variedade de 
produtos de alto valor com baixo impacto no meio ambiente [3]. Conforme resumido 
por Onuaguluchi e Banthia [4], existe um corpo de trabalho bastante substancial 
que cobre o uso de fibras de base biológica, incluindo celulose, em compósitos à 
base de cimento. Tradicionalmente, microfibras de celulose são utilizadas em 
compósitos à base de cimento como ingredientes de reforço [4,5]. No entanto, em 
alguns casos, observou-se que os materiais de nanocelulose proporcionam melhor 
aumento da resistência à flexão em comparação com as microfibrilas no caso de 
compósitos à base de cimento [6,7]. Os materiais de nanocelulose incluem 
nanocristais de celulose (CNC), nanofibrilas de celulose (CNF), celulose bacteriana 
(BC) e filamentos de celulose (CF) [8]. Devido ao seu tamanho em nanoescala, 
morfologia, superfícies reativas para funcionalização e grande área superficial 
específica, esses materiais fornecem uma ampla gama de aplicações potenciais 
em compósitos à base de cimento [8]. Embora tradicionalmente considerado como 
um reforço, em escala nanométrica
1. Introdução
Uma confluência de fenômenos levou a um interesse crescente em nanomateriais 
à base de celulose no que se refere ao concreto de cimento Portland. Em primeiro 
lugar, a pressão para melhorar a durabilidade e a resiliência das infra-estruturas 
levou a comunidade de investigação a refinar e melhorar ainda mais as propriedades 
do betão, o material de infra-estruturas mais comum. Em segundo lugar, a enorme 
produção anual de cimento Portland e as emissões de CO2 resultantes têm 
estimulado formas interessantes de reduzir o impacto ambiental global [1].
Finalmente, as aplicações da nanotecnologia em cimento e concreto mostraram 
que novas combinações de propriedades de idade precoce e de longo prazo são 
agora alcançáveis [2]. Os nanocompósitos de base biológica têm potencial para 
desempenhar um papel em cada uma dessas áreas.
Nanofibrilas de celulose com e sem nanosílica para melhoria de 
desempenho de sistemas de cimento Portland
Palavras-chave:
Celulose
Construção e Materiais de Construção 285 (2021) 121547
Nanofibras
Nano sílica
aDepartamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade do Maine, 5711 Boardman Hall, Orono, ME 04469-5711, EUA bDepartamento de Engenharia Civil, 
Centro de Materiais de Construção Avançados (CACM), Universidade do Texas em Arlington, TX 76010, EUA
Historia do artigo:
Hidratação de cimento
ÿ Autor correspondente em: 416 Yates Street, Arlington, TX 76010, EUA.
Recebido em 16 de janeiro de 2020
Resistência à fratura
Endereço de e-mail: warda.ashraf@uta.edu (W. Ashraf).
Recebido em formato revisado em 19 de setembro de 
2020
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121547 0950-0618/ 2020 
Elsevier Ltd. Todos os direitos reservados.
Aceito em 29 de outubro de 2020
Disponível on-line em 11 de março de 2021
página inicial do jornal: www.elsevier.com/locate/conbuildmat
Listas de conteúdos disponíveis em ScienceDirect
Eric N. LandisKavya S. Kamasamudram ,, Warda Ashraf b,ÿ
destaques
abstratoinformações do artigo
a a
Construção e Materiais de Construção
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https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121547
mailto:warda.ashraf@uta.edu
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121547
http://www.elsevier.com/locate/conbuildmat
http://www.sciencedirect.com/science/journal/09500618
2
Construção e Materiais de Construção 285 (2021) 121547KS Kamasamudram, W. Ashraf e EN Landis
As pastas de cimento foram misturadas em misturador rotativo convencional 
de 8 qt. O seguinte procedimento foi utilizado para misturar as pastas de cimento: 
(1) a pasta de PCNF ou Si-CNF foi primeiro misturada com água por 180 segundos 
a uma velocidade de 95 rpm para homogeneização; (2) o cimento foi então 
adicionado a esta suspensão e misturado nas velocidades de 60, 95, 115 e 135 
rpm por cerca de 60 segundos cada, com 15 segundos de descanso entre cada 
mudança no intervalo de velocidade (diferentes velocidades foram usadas para 
obter os parâmetros reológicos ), (3) misturas de pastas foram então usadas para 
moldar os formatos/tamanhos de amostra necessários e foram submetidas à 
condição de cura selada. As misturas de pastas de cimento foram avaliadas quanto 
ao calor de hidratação, reologia, resistência à compressão, formação de fases 
microscópicas, resistência à flexão e propriedades de fratura.
As matérias-primas utilizadas neste estudo incluem cimento Portland comum 
(OPC, tipo I/II), nanofibrilas de celulose (CNF), ortossilicato de tetraetila (TEOS) e 
hidróxido de sódio (NaOH). O OPC continha 20,1% de SiO2, 63,7% de CaO, 
4,7% de Al2O3, 3,5% de Fe2O3, 3,1% de SO3 e 0,7% de MgO, e a finura de Blaine 
foi de 364 m2 /kg, conforme obtido do fabricante. O CNF foi utilizado em solução 
aquosa branca e inodora
Os nanomateriais de celulose demonstraram aumentar significativamente a 
resistência à flexão de compósitos à base de cimento [8,13]. No entanto, o aumento 
na resistência à flexão foi associado a uma diminuição na energia de fratura 
devido à falha frágil da matriz [7]. Para superaresse problema, Adanuy et al. [7] 
recomendaram a combinação de nano e micro fibrilas de celulose em compósitos 
cimentícios. O aprimoramento das propriedades de flexão da matriz de cimento 
também depende da proporção dos materiais de nanocelulose adicionados [14]. 
Também foi relatado que os nanomateriais de celulose podem aumentar a 
quantidade ou o módulo de Young do conteúdo de hidrato de cálcio-sílica (CSH) 
na matriz de cimento [15,16,10].
2.4.1. Microscopia eletrônica de transmissão (TEM)
Outro benefício do CNF é que ele reduz o potencial de fissuras por contração 
de compósitos de cimento [17,18]. Kolour et al. [17] atribuíram a redução da 
contração livre de compósitos à base de cimento ao possível efeito de cura interna 
do CNF. O CNF demonstrou aumentar a condutividade térmica e o coeficiente de 
expansão térmica (CTE) de compósitos à base de cimento, reduzindo a porosidade 
geral [19,20]. Além dos sistemas OPC, Calamunt et al. [21] relataram os efeitos 
benéficos dos nanomateriais de celulose no desempenho do cimento de aluminato 
de cálcio.
As morfologias do PCNF e Si-CNF foram avaliadas utilizando CM10 TEM. 
Aproximadamente 1 g de pasta de celulose (PCNF ou Si-CNF) foi diluída com pelo 
menos 10 vezes mais água deionizada e foi dispersa uniformemente até que a 
turbidez fosse visivelmente reduzida e nenhuma partícula macroscópica pudesse 
ser vista. Uma gota (5 ml) de
Considerando todos os benefícios discutidos acima, os materiais de 
nanocelulose surgiram como um recurso promissor para a melhoria do 
desempenho de compósitos à base de cimento. No trabalho aqui descrito, foi 
realizado um trabalho experimental abrangente para fornecer uma compreensão 
fundamental dos possíveis mecanismos pelos quais o CNF afeta o desempenho e 
as propriedades dos compósitos à base de cimento. Além disso, um nanocompósito 
híbrido de sílica-CNF foi desenvolvido e investigado quanto aos seus efeitos em 
compósitos à base de cimento. A hipótese central era que a pasta de CNF com 
nanopartículas de sílica melhoraria a dispersão e a estabilidade a longo prazo do 
CNF, resultando em maior melhoria da microestrutura e das propriedades 
mecânicas dos compósitos à base de cimento. Esta hipótese foi testada através 
de uma série de experimentos de laboratório que se concentraram na fabricação 
de nanocompósitos, análise de hidratação do cimento e medição da resistência 
resultante e propriedades de fratura.
foi demonstrado que materiais celulósicos modificam a hidratação, a microestrutura 
e as propriedades da pasta de cimento [9,10]. Foi relatado que os materiais de 
nanocelulose retardam a hidratação do cimento em idades precoces [11], mas 
aumentam o grau de hidratação em idades posteriores [11–13,9]. Flores et al. [12] 
atribuíram o aumento da hidratação do cimento tardio à estabilização estérica 
devido à adição de nanomateriais de celulose. Considerando que Cao et al. [9] 
mostraram que a estabilização estérica não pode ser o único mecanismo atribuído 
à maior hidratação do cimento. Em vez disso, o CNC fornece um canal para 
difundir a água das soluções dos poros para o núcleo não reagido das partículas 
de cimento, o que aumenta o grau de hidratação [9]. Os autores denominaram 
esse mecanismo como 'difusão em curto-circuito (SCD)' [9]. Sun et al. [13] também 
atribuíram o aumento da hidratação do cimento de poços de petróleo devido à 
adição de CNF a um mecanismo semelhante. Digno de nota, nenhum desses 
artigos explorou os prováveis aspectos químicos do CNF na hidratação do cimento 
a longo prazo, embora a celulose tenha uma área superficial reativa que 
provavelmente interage com a solução dos poros do cimento.
2.3. Síntese de nanocompósitos de sílica-celulose (Si-CNF)
forma de pasta. A concentração sólida da pasta fluida de CNF foi de cerca de 3% 
(3 g de nanofibrilas de celulose dispersas em 97 g de água). A pasta CNF foi 
fornecida pelo Centro de Desenvolvimento de Processos (PDC) da Universidade 
do Maine. Esta pasta de CNF foi produzida por tratamento mecânico de polpa de 
madeira macia branqueada e o diâmetro médio da fibra ficou em torno de 20 a 
500 nm [22,23]. Ortossilicato de tetraetila (TEOS, C8H20O4Si, 98% de pureza) e 
hidróxido de sódio (NaOH) foram utilizados como precursor e catalisador, 
respectivamente, para revestir o CNF com nanopartículas de sílica (detalhes na 
seção 2.4). Ambos os produtos químicos foram adquiridos da Sigma Aldrich.
A modificação do CNF com a deposição das nanopartículas de SiO2 foi 
realizada pelo processo sol-gel [24]. 10 g de pasta de CNF foram misturados com 
35 mL de água deionizada com agitação constante de 300 rpm por cerca de 5 
min. Depois disso, aproximadamente 0,045 mL de NaOH 5 M foram adicionados 
para manter o pH da solução em torno de 11. A solução de TEOS foi então 
adicionada lentamente, gota a gota, e deixada homogeneizar usando agitação 
mecânica. Todas as modificações foram realizadas a uma temperatura de cerca 
de 70°C. A quantidade de TEOS variou dependendo da proporção alvo de sílica 
para celulose. A pasta de nanocompósito de sílica-celulose modificada resultante 
foi armazenada em um recipiente plástico para caracterização.
2.2. Proporções gerais de mistura, preparação de amostras e cura
2. Materiais e métodos
A Tabela 1 apresenta as proporções relativas dos ingredientes utilizados no 
preparo da mistura pastosa deste estudo em relação a 1000 g de cimento. Todos 
os experimentos foram realizados para pastas de cimento com duas diferentes 
relações água/cimento (a/c): 0,35 e 0,45.
2.1. Matérias-primas
Os nanomateriais de celulose foram adicionados nas concentrações de 0,025%, 
0,05%, 0,1%, 0,3% e 0,5% (sólidos) em peso de cimento. Foram utilizados dois 
nanomateriais de celulose diferentes, nomeadamente CNF puro (endereçado 
como 'PCNF') e nanosílica contendo CNF (endereçado como 'Si-CNF'). O lote de 
controle indica mistura de pasta apenas com OPC e água. A demanda de água 
livre de cada mistura foi determinada após subtrair a quantidade de água presente 
na pasta de celulose (3% de CNF sólido em 97% de água) da água total necessária 
para manter a/c. Medições laboratoriais preliminares mostraram que 97% da água 
na pasta de celulose é umidade fracamente ligada que pode ser evaporada à 
temperatura ambiente. Assim, considerou-se que a água presente na pasta de 
celulose está disponível para a hidratação do cimento.
2.4. Métodos experimentais
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KOH
33,3
3
Água da pasta CNF (g)
1000 
1000
Construção e Materiais de Construção 285 (2021) 121547
Ca(OH)2
1000
450
97 
161,7
450
0,35 c/c
32,3
2.7777
1000
Sal
350
450 
441,9 
433,8
100 
166,7
0 
0,025 0,05
417,7
Pasta de CNF (g)
NaCl
KS Kamasamudram, W. Ashraf e EN Landis
0,1
450
1000 
1000 
1000
33,3
0,1
Peso (g por 1L de água)
0 
8,1 16,2
1000 
1000 
1000
453 
288,3
0 
8,1 16,2
Na2SO4
350
36.1745
0 
0,025 0,05
100166,7
450
0,0181
317,7
450
0 
8,3 16,7
350
0,3 
0,5
0,0553
0,3 
0,5 
0,45 c/c
1000
Água grátis (g)
0 
8,3 16,7
97 
161,7
NaOH
350
32,3
0,0864
Água total (g)
253 
188,3
350 
341,9 
333,8
350
450
Cimento (g)
350
1000
4.3794
Amostras de pasta foram utilizadas para análise termogravimétrica (TGA).
24 ± 1h. Após esse período, as amostras foram desmoldadas e armazenadas
os valores de pH selecionados para as soluções foram 7, 9 e 11. NaOH e
desenvolver uma relação torque-velocidade de rotação. O conceito
e Estruturas (RILEM) [10,11]. Este teste foi realizado usando um
foi necessário um atraso de tempo para a estabilização do sinal. O calor de
Amostras de pasta com a/c de 0,35 e 0,45 foram preparadas usando
e com diferentes teores de CNF foram preparados para compressão
amostra foi testada para cada lote. A amostra em pó foi
com papel filtro. Uma gota de coloração negativa com acetato de uranila a 1%
400 libras/seg. As resistências à compressão foram determinadas após 7, 28,
em relação ao peso do cimento.
encontrado em um artigo publicado anteriormente [17].
esses testes para controlar a abertura da fissura para que ela crescesse a uma taxa 
constante. O LVDT foi montado através do entalhe com alumínio
pilão e o pó foram usados para medições de TGA.
2.4.3. Reologia
água deionizada foi usada para preparar soluções de pH. 1 g de suspensão de 
nanomateriais celu-loses foi misturado com 80 g de cada pH
em sacos plásticos lacrados à temperatura de 23°C até a idade do teste.
com tensão de aceleração de 120 V.
a medição começou aproximadamente 45 minutos após a mistura. Esse
teste de força. A condição de cura selada foi adotada cobrindo
carregado em uma panela de platina e mantido sob condição isotérmica em 
temperatura ambiente por 5 min. A temperatura do TGA
1 min o excesso de água da amostra foi removido esfregando
56 e 90 dias de cura selada.
tanto PCNF quanto Si-CNF. O procedimento de mistura dessas pastas
monitorar a corrente em diferentes velocidades. Esta configuração do reômetro 
fornece dados em termos de corrente e tensão que foram convertidos para
também foi medido. A composição química da solução de poros artificiais (APS) de 
28 dias (dada na Tabela 2) usada neste estudo foi O instrumento comercialmente disponível (instrumento TA, TGA 55) foi
As resistências à compressão foram medidas para o cubo de pasta (50 mm
Um reômetro customizado foi usado para quantificar a reologia
Imagens TEM das amostras foram coletadas usando Philips/FEI CM10
solução (pH 7, 9 e 11) e deixada homogeneizar por 2 min
Acetona foi usada para interromper a hidratação de amostras de pasta de cimento
por trás deste método é que uma maior viscosidade da pasta de cimento
soluções foram medidas usando Malvern Zetasizer 3000. O
a câmara do forno foi então elevada até 980 C a uma taxa de incremento
controle de deslocamento de abertura de boca de fenda em malha fechada. Esse tipo
que foi então usado para medições de liberação de calor. O calor
as amostras de pasta fresca com uma folha de plástico e mantidas a 23 C por
a suspensão diluída foi depositada em uma grade revestida de carbono. Depois
medições de tensão de cisalhamento e deformação de cisalhamento [26]. Torques necessários
obtido de um artigo publicado anteriormente [25].
Os dados de calor apresentados neste artigo foram normalizados com
2.4.6. Força compressiva
2.4.7. Propriedades de fratura
suportes que são fixados diretamente na amostra da viga.
lados) amostras conforme ASTM C109 usando uma taxa de carregamento de 200 a
propriedades da pasta de cimento. Esta configuração de reômetro contém um rotor
solução foi adicionada à amostra para aumentar o contraste. O
antes da medição do potencial zeta. Estabilidade de dispersão de
requerem mais torque para acionar a batedeira na velocidade selecionada.
após 28 dias de cura selada. As amostras de pasta de cimento foram então
O potencial zeta dos nanomateriais de celulose em vários pH
da configuração do teste permite falha estável da amostra de teste.
2.4.5. Análise termogravimétrica (TGA)
Os ensaios de flexão de três pontos de vigas entalhadas foram realizados para 
determinar os parâmetros de fratura de acordo com a União Internacional de 
Laboratórios de Testes e Pesquisa para Materiais.
para mover as pastas frescas em diferentes velocidades de mistura foram usados para
a hidratação das amostras de pasta foi monitorada usando um calorímetro isotérmico 
(TAM Air, instrumentos TA) por 100 horas a 23 ± 1 C.
2.4.4. Calor de hidratação
usado para medições TGA. Aproximadamente, 30–45 mg de pó
Um total de 24 lotes de pasta de cimento com a/c de 0,35 e 0,45,
CNFs em solução de poros artificiais de pasta de cimento hidratada por 28 dias
misturador conectado com um amperímetro de registro de dados que foi usado para
O método de cálculo do torque a partir desta configuração do reômetro pode ser
seco em estufa a vácuo a 50°C por 24 horas para evitar carbonatação atmosférica. 
Finalmente, as amostras de pasta seca foram moídas usando
Um transdutor linear de deslocamento variável (LVDT) foi usado em
2.4.2. Medições de potencial Zeta
de 10 C por minuto.
Os padrões foram os mesmos especificados na seção 2.2. Após a mistura, 
aproximadamente 15g de amostra de pasta de cimento foi colocada em um frasco de vidro.
Al2O3
Desenho de mistura de pastas à base de 1000 g de ligante para a/c de 0,35 e 0,45.
Ingredientes utilizados para preparar a solução de poros artificiais.
tabela 1
mesa 2
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Figura 1. Imagens TEM de CNF com diferentes teores de nanopartículas de sílica, (a) 0% (PCNF), (b) 0,12%, (c) 0,3% e (d) 1,0%.
4
KS Kamasamudram, W. Ashraf e EN Landis Construção e Materiais de Construção 285 (2021) 121547
Tal aglomeração foi proeminente no lote PCNF (Fig. 1 (a)). CNF
(CTODc), comprimento crítico de fissura (ac) e energia de fratura (GF). Quatro
Para atingir esse objetivo, nanopartículas de sílica foram adicionadas à pasta de CNF
ica nanopartículas preparadas nesta abordagem dependem do catalisador e do pH 
do meio de síntese [31]. NaOH foi usado como
as ligações de hidrogênio na superfície das fibrilas. Adição de
3.1. Morfologia de PCNF e Si-CNF
0,12% de sílica formou uma quantidade limitada de nanopartículas de sílica
A utilização de nanopartículas de sílica na matriz de cimento leva à
0,3% de teor de sílica, maiores quantidades de nanopartículas de sílica foram
de forma constante (conforme controlado pelo LVDT). Os seguintes parâmetros de fratura
0,3% e 1% em peso de nanofibrilas de celulose sólida. Essas porcentagens de 
nanopartículas de sílica são baseadas em cálculos estequiométricos
revestir o CNF com uma camada de sílica que formaria CSH adicional
), deslocamento crítico de abertura da ponta da trinca
depositado em múltiplas camadas em alguns locais da celulose
fator de intensidade (Ks
20 nm, estes estão presentes principalmente em formas aglomeradas ou em feixe.
mesmo que odiâmetro do fio de celulose individual seja em torno
nanofibrilas enquanto superfícies nuas estavam disponíveis em outros locais.
O CSH pode eventualmente proteger as fibrilas do ataque alcalino e
pode melhorar a ligação entre as fibras e a matriz de cimento. Para
3. Resultados e discussões
lotes de amostras de feixe de entalhe (3 cm 4 cm 18 cm) foram preparados para 
cada w/c.
feixes/aglomerações são devidos tanto à força de van-der-waals quanto
usando o processo StO¨ber (método sol-gel) [29,30]. O tamanho do si-
O ensaio consistiu em carregar o corpo de prova até formar uma fissura;
catalisador neste estudo para produzir nanopartículas de sílica com alta área 
superficial e com maior eficiência de conversão [31]. Um total de
foram investigados três teores diferentes de sílica, são eles: 0,12%,
então a amostra foi descarregada e recarregada para que a rachadura crescesse
e a aglomeração de CNF ainda era observável (Fig. 1 (b)). Com
formação de CSH adicional por nucleação e reação pozolânica [28]. Para capitalizar 
esse efeito, o objetivo deste trabalho foi
na interface entre as fibrilas e a matriz pastosa. Este adicional
do método sol-gel. As imagens TEM dessas amostras foram coletadas para 
confirmar a deposição de nanopartículas de sílica nas fibras de celulose (Fig. 1). 
Como pode ser observado nessas imagens TEM,
[27] foram calculados a partir do conjunto de dados obtido: tensão crítica
observado depositar-se na superfície do CNF. No entanto, tal deposição de 
nanopartículas de sílica nas fibrilas de celulose não foi uniforme. Com maior teor 
(0,3% e 1%), nanopartículas de sílica
1c
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5
2. Potenciais Zeta de CNF com vários teores de revestimento de sílica (% em peso) em diferentes 
soluções de pH.
Figura 3. Medições de reologia para celulose e medições de tensão relativa de escoamento.
KS Kamasamudram, W. Ashraf e EN Landis Construção e Materiais de Construção 285 (2021) 121547
Os diâmetros das nanopartículas de sílica foram encontrados entre 20 e 30 nm.
A Figura 3(a) mostra um exemplo de torques líquidos (Nm) versus velocidades 
de rotação (r/s) para pasta de cimento contendo 0,3% em peso de 
nanomateriais (PCNF e Si-CNF). Conforme observado nesta figura, foi 
necessário um torque mais alto para iniciar uma velocidade de rotação mais 
alta. Esta observação foi semelhante para todos os lotes contendo diferentes 
quantidades de CNF. A relação linear entre torque e velocidade de rotação 
confirma que os parâmetros reológicos da pasta de cimento seguem o modelo 
de Bingham. Como tal, o menor torque necessário para iniciar a rotação 
(denominado 'torque de inicialização') representa um índice de tensão de 
escoamento e a inclinação de cada linha representa um índice de viscosidade 
para as misturas de pasta de cimento. O torque de iniciação (tensão de 
escoamento relativa) para misturas de pastas contendo diferentes concentrações 
de nanomateriais de celulose (PCNF ou Si-CNF) para duas razões a/c diferentes 
(0,35 e 0,45) é dado na Fig . O torque de iniciação (tensão de escoamento 
relativo) da mistura de pastas foi aumentado com a adição de nanomateriais. 
Isso ocorre porque a adição de nanomateriais aumentou a área de superfície 
total e, portanto, aumentou a demanda de água [34]. A tendência do CNF de 
se aglomerar também aumentou o cisalhamento necessário para iniciar o 
fluxo. O aumento da tensão de escoamento da pasta de cimento com a adição 
de CNF
3.2. Estabilidade de dispersão de PCNF e Si-CNF
A Figura 2 mostra os potenciais de PCNF e Si-CNF em diferentes 
concentrações de pH. Maior valor potencial foi alcançado para Si-CNF quando 
comparado ao PCNF. Isto indica que a deposição das nanopartículas de sílica 
na pasta de CNF quebra as forças intermoleculares entre as próprias fibras de 
celulose e cria uma melhor estabilidade coloidal para as fibrilas. Ambos os lotes 
de Si-CNF com 0,12% e 0,3% de sílica apresentaram maior potencial em 
comparação com o lote de 1%. Assim, adicionar certa quantidade de sílica 
auxiliou na dispersão do CNF e após esse nível a estabilidade da dispersão foi 
reduzida. Os potenciais do CNF foram baixos na solução de poros artificiais de 
cimento que apresentava um pH muito elevado (em torno de 13). No entanto, 
um pH tão alto da solução dos poros pode ser esperado em um sistema de 
cimento totalmente hidratado [33]. A estabilidade do CNF com 0,3% de 
nanopartícula de sílica foi maior para a faixa de pH de 8 a 9.
Assim, o produto resultante era mais parecido com uma mistura de 
nanopartículas de sílica e CNF, mas não com o revestimento de sílica. Com 
teor de sílica de 0, 3% e 1%, o CNF ainda estava presente nos feixes, mas foi 
observado menor grau de aglomeração em comparação ao PCNF (Fig. 1 (a), 
(c) e (d)). No teor de 1% de sílica, qualitativamente foi observada maior fração 
de aglomeração de nanopartículas de sílica.
3.3. Medições de reologia
Espera-se que tais aglomerações reduzam a eficiência das nanopartículas de 
sílica e também criem zonas fracas no sistema de cimento hidratado devido à 
baixa rigidez [32]. Conseqüentemente, o lote contendo 1% de sílica foi evitado 
e 0,3% de sílica contendo Si-CNF foi utilizado na preparação da amostra de 
pasta de cimento deste estudo.
A configuração experimental utilizada neste estudo forneceu o torque 
líquido (Nm) necessário para diferentes velocidades de rotação da pasta de cimento.
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6
Figura 4. Curvas de fluxo de calor normalizadas para pastas de cimento contendo diferentes quantidades de Si-CNF e PCNF.
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O átomo de oxigênio nos grupos hidroxila e carboxila não está pareado
Si-CNF) foi de cerca de 2mW por grama de cimento ou um aumento de 50% em relação
a pasta de cimento torna a solução dos poros diluída em relação aos íons álcalis e 
hidroxila, o que proporciona menor aceleração do
A Fig. 4 mostra a taxa de evolução de calor de pastas de cimento com
[38,39]. Essencialmente, os CNFs funcionam como agentes semeadores nos quais o 
CSH pode nuclear e crescer. Aceleração semelhante da hidratação do cimento devido 
à adição de nanosílica foi observada anteriormente [40,28].
libera até 80 h de hidratação. Em w/c baixo (0,35), o pico de calor
No entanto, o efeito de aceleração da hidratação dos CNFs foi diminuído
adsorvido em partículas de cimento [41]. Essa aderência da celulose
Com base nos resultados deste estudo, postula-se que os elétrons desemparelhados 
dos grupos hidroxila e carboxila dos CNFs se ligam inicialmente com
semelhante para pastas de cimento com 0,35 a/c. Neste 0,35 w/c, o
nanomateriais em partículas de cimento reduzem a nucleação ativa
grupos alcalinos carregados positivamente na solução de poros de cimento (Na+ , K+
Observou-se que o fluxo de hidratação do cimento aumentou devido à adição de PCNF 
e Si-CNF(Fig. 4 (a) e (b)). Neste w/c, o
,
como observado neste estudo, o efeito de retardo da hidratação do CNF é
trabalhabilidade de misturas de pastas de cimento contendo essas nanofibrilas.
exceto lotes de 0,3% e 0,5% de Si-CNF. Vários estudos recentes também
elimina sua tendência de aderir às partículas de cimento. De acordo,
foi reduzido) indicando que os CNFs aceleraram a hidratação do cimento. Esse efeito 
acelerador foi atribuído à área superficial adicional fornecida pelos CNFs. Esta área de 
superfície adicional funciona
nanopartícula de sílica conforme observado nas medições do potencial zeta e nas 
imagens TEM, respectivamente.
taxa de CSH [35–37]. O aumento da taxa de nucleação CSH
diminui a taxa de liberação de calor na fase inicial da hidratação
aumento do pico de fluxo de calor devido à adição de CNFs (PCNF ou
presença de grupos de superfície hidroxila e carboxila de CNF [41].
taxa de hidratação do cimento em idade precoce [12,11,41]. Isto é por causa do
[42,43]. Conforme relatado por Justs et al. [42], um aumento em a/c de
íons alcalinos equilibram a carga superficial do CNF. Este processo minimiza o efeito 
de retardo da hidratação devido à aderência do
3.4. Efeitos do CNF na hidratação do cimento
aumenta a hidratação do cimento durante o período de aceleração
hidratação do cimento e, portanto, resulta em menor liberação de calor. Baseado
o lote de controle.
elétrons, que se ligam ao íon cálcio e, como resultado, a celulose pode ser
diferentes conteúdos de CNF (PCNF ou Si-CNF) até as primeiras 40 horas de 
hidratação. O efeito do CNF na hidratação do cimento foi avaliado comparando o pico 
de fluxo de calor exotérmico primário e o calor total.
O efeito de aceleração da hidratação tanto do PCNF quanto do Si-CNF foi
foi relatado antes [17,13]. No entanto, como observado a partir deste
com o aumento de w/c. Especificamente, a 0,45 w/c, os nanomateriais de celulose 
reduziram a taxa de hidratação conforme observado pelo
diminuição no pico de fluxo de calor em comparação com o lote de controle
estudo, as pastas de cimento contendo PCNF apresentam maior torque de iniciação 
(ou seja, maior tensão de escoamento) quando comparadas ao Si-CNF. Assim, a 
adição de nanopartículas de sílica na pasta de CNF ajudou a melhorar
locais e, assim, reduzir a taxa de hidratação do cimento [41,11]. No entanto,
etc.). Essa ligação alcalina equilibra a carga superficial do CNF e
o pico do fluxo de calor também foi deslocado para a esquerda (ou seja, o período de dormência
quando a a/c é baixa (0,35 neste estudo), a alta concentração de
Este benefício do Si-CNF foi atribuído à melhoria da estabilidade coloidal e ao menor 
grau de aglomeração do CNF na presença de
relataram que a adição de nanomateriais de celulose pode reduzir o
dependente do w/c. Para pasta de cimento pura, um aumento na relação a/c
como os locais de nucleação para CSH que também aumentaram a nucleação
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Figura 5. Liberação de calor normalizada de pastas de cimento contendo diferentes quantidades de Si-CNF e PCNF.
7
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Figura 6. Curvas TGA-DTA para pasta de cimento contendo Si-CNF (a) e PCNF (b) após 28 dias de cura selada, a/c = 0,35.
Efeitos de nucleação proporcionados pela área superficial dos nanomateriais 
de celulose que aceleram a hidratação do cimento.
Conforme observado no presente estudo, a extensão desses efeitos 
depende do a/c (química da solução dos poros, para ser específico) de
CNF nas partículas de cimento e mostra um efeito de aceleração devido ao 
excesso de área superficial fornecido pelo CNF. Considerando que, em maior 
(0,45) a/c, a concentração de íons alcalinos diminui na solução dos poros e, 
portanto, a tendência do CNF de aderir às partículas de cimento permanece. 
Como resultado, o CNF reduz a taxa de hidratação do cimento com o aumento 
da água/c. Consequentemente, existem pelo menos dois mecanismos pelos 
quais os CNFs podem afetar a hidratação do cimento:
Aderência de nanomateriais de celulose às partículas de cimento que 
retardam a hidratação do cimento.
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7. Conteúdo de Ca(OH)2 e água quimicamente ligada para diferentes adições de nanomateriais.
8
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a pasta de cimento. Devido a estes mecanismos mutuamente conflitantes, 
a aceleração ou retardo da hidratação do cimento não mostrou nenhuma 
tendência clara com as quantidades de PCNF ou Si-CNF adicionadas à 
pasta. Comparando os efeitos do PCNF e do Si-CNF (Fig. 4), o pico de 
fluxo de calor da hidratação do cimento dos lotes de pasta contendo Si-
CNF foi consistentemente maior que o do PCNF. Isto ocorre por dois 
motivos; (i) a área superficial adicional fornecida pelas nanopartículas 
de sílica também acelerou a hidratação do cimento durante as primeiras 
horas [28] e (ii) durante o processo sol-gel, alguns dos íons Na+ foram 
ligados às fibras de celulose resultando em menor grau de adsorção de 
Si-CNF em partículas de cimento. Independentemente dos efeitos 
variáveis no fluxo de calor durante a fase inicial de hidratação do 
cimento, observou-se que os CNFs (PCNF e Si-CNF) aumentam a 
liberação total de calor após 80 horas de hidratação (Fig. 5 ) . O aumento 
na liberação total de calor indica maior hidratação do cimento devido à 
adição de CNFs. O aumento da hidratação observado aqui foi atribuído 
ao mecanismo de 'difusão em curto-circuito (SCD)' proposto por Cao et 
al. [9]. De acordo com este mecanismo, os nanomateriais de celulose 
funcionam como canais dentro da camada CSH para difundir a umidade 
da solução dos poros para o núcleo das partículas de cimento que não 
reagiram. Devido a este mecanismo de difusão aprimorado, um nível 
mais alto de hidratação do cimento pode ser alcançado [9,13].
A composição da pasta de cimento hidratada foi avaliada por gráficos 
TGA e derivada de gráficos termogravimétricos (DTG). As Figuras 6 (a) 
e (b) representam as medições de TGA e DTG para diferentes 
concentrações de Si-CNF e PCNF, respectivamente, para a/c de 0,35 
ao final de 28 dias de cura selada. O DTG pode ser utilizado para 
localizar as faixas de temperatura correspondentes às decomposições 
térmicas das diferentes fases hidratadas presentes na pasta de cimento 
[44,45]. Os dados do TGA foram analisados posteriormente para 
quantificar as quantidades de Ca(OH)2 e água quimicamente ligada 
presentes no CSH. As quantidades de Ca(OH)2 foram determinadas 
integrando o pico do DTG na faixa de temperatura de 400 a 500 C 
(detalhes deste método podem ser encontrados em [45]). O teor de 
água quimicamente ligada do CSH foi determinado subtraindo a perda 
de peso correspondente à decomposição de CaCO3 e Ca(OH)2 da 
perda de peso total entre a faixa de temperatura de 150 C e 980 C. A 
Fig. 7 mostra o Ca(OH)2 e teoresde água ligada ao CSH na pasta de 
cimento com 0,35 e 0,45 a/c, e com diferentes concentrações de PCNF 
e Si-CNF após 28 dias de cura selada. Em baixo a/c (0,35), os CNFs 
resultaram em um teor de água ligeiramente inferior
3.5. Montagem de fase hidratada usando análise termogravimétrica 
(TGA)
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9
cura.
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8. Resistência à compressão de pastas de cimento contendo PCNF e Si-CNF para relações a/c 0,35 e 0,45 após (a) 7 dias de cura, (b) 28 dias de cura e (c) 90 dias de cura.
pode ser responsável por esta dispersão dos dados de resistência. No entanto, os 
CNFs não mostraram qualquer efeito significativo na compressão
efeito de nucleação da nanosílica conforme observado no calor de hidratação
com lote de controle. PCNF mostrou efeito benéfico na compressão
cimento para atingir a hidratação total (necessário w/c para cimento completo
lote contendo PCNF com relação a/c de 0,35, a compressão
Uma tendência semelhante na variação da resistência à compressão foi observada
a resistência após 90 dias de cura aumentou 24% devido à adição de 0,05% de CNF. 
Após este nível, aumentando o conteúdo PCNF
para pasta de cimento contendo PCNF e Si-CNF a 0,45 w/c. Cimento
lote de cimento (relação 0,35 a/c e 90 dias de cura), aumentando o
após 28 dias a cura foi menor para 0,35 w/c. Assim, todos os físicos/-
a celulose não foi necessária para atingir a hidratação completa.
A Figura 8 representa os efeitos do PCNF e do Si-CNF na resistência à 
compressão da pasta de cimento para 0,35 e 0,45 a/c. A força
para hidratação do cimento em 28 dias. Neste a/c, o Si-CNF proporcionou maiores 
teores de Ca(OH)2 em comparação ao lote PCNF. Esse
força da pasta. Para pasta de cimento com 0,35 a/c, 0,5% Si-CNF apresentou 
aumento de cerca de 22% na resistência quando comparado com
o aumento da extensão de hidratação do lote Si-CNF foi atribuído ao
[26]. Distribuição não uniforme de CNFs na matriz de pasta de cimento
Dados semelhantes de resistência dispersa também foram relatados por Kolour et al.
Lote de PCNF e cerca de 15% de aumento na resistência quando comparado
força apenas em dosagem mais baixa (0,05%), como também observado em estudo 
anterior [17].
medições (Fig. 4). A 0,45 w/c, há bastante água para
resistência até 90 dias de cura selada. No caso da pasta de cimento
de CSH e Ca(OH)2 em comparação com os do lote controle. Indicando que embora 
os CNFs tenham acelerado a hidratação em idades precoces
a hidratação é de 0,42 a 0,44 [46–48]). Assim, para esses lotes
a adição de CNF não tem qualquer influência proeminente nos teores de CSH e 
Ca(OH)2, uma vez que toda a água física/quimicamente absorvida em
(conforme observado a partir do calor de hidratação), a extensão total da reação
diminuiu a resistência à compressão. No entanto, para o semelhante
3.6. Efeitos na resistência à compressão
a água quimiossorvida presente no CNF não estava completamente disponível
os valores da pasta de cimento contendo CNFs foram altamente dispersos.
O conteúdo de Si-CNF mostrou uma tendência crescente na compressão
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Figura 9. Evolução da resistência à compressão (MPa) da pasta de cimento ao longo do tempo; (a) a 0,35 w/c e (b) a 0,45 w/c.
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Figura 10. Gráfico carga vs CMOD com ciclos de carga e descarga.
Além deste nível, a adição de PCNF diminuiu a resistência à compressão 
da pasta de cimento. Após 90 dias de cura, a concentração de 0,5% de 
Si-CNF apresentou aumento de cerca de 32% na resistência à 
compressão quando comparado com PCNF e aumento de cerca de 14% 
em relação à mistura controle (0,45 a/c).
na resistência à compressão a 0,35 w/c em comparação com 0,45 foi 
atribuída aos seguintes mecanismos:
lotes de pasta com 0,45 a/c e contendo 0,05% de PCNF apresentaram 
aumento de 15% na resistência à compressão após 90 dias de cura.
Em geral, o aumento na resistência à compressão devido à adição 
de nanomateriais de celulose (PCNF e Si-CNF) foi proeminente para 
misturas com 0,35 a/c em comparação com 0,45 a/c (Fig. 9 ) . Deve-se 
notar que a 0,35 a/c, a adição de PCNF resultou em menor grau de 
hidratação do cimento (Fig. 7(a)). Independentemente deste menor 
grau de hidratação, os efeitos benéficos do CNF
O CNF pode atuar como um agente de 'cura interna' em amostras 
de pasta de cimento [17]. Tal cura interna pode ter resultado em um 
grau de hidratação mais elevado e uniforme e uma microestrutura 
mais densa em lotes contendo CNF em comparação com o lote de 
controle a 0,35 w/c. Entretanto, o efeito de cura interna não é ativo a 
0,45 a/c devido à presença de quantidade suficiente de água livre 
para a hidratação do cimento.
Espera-se que a quantidade disponível de solução de poros seja 
maior na pasta de cimento com 0,45 a/c em comparação com 0,35. 
A solução alcalina porosa da pasta de cimento hidratada é conhecida por
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11. Parâmetros de fratura do teste de flexão de 3 pontos: (a) Resistência à flexão, (b) Módulo de elasticidade (E), (c) comprimento efetivo da trinca (ac) e (d) deslocamento crítico de abertura da 
ponta da trinca (GF) .
11
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Os gráficos mostram as características do teste com os ciclos de carga, descarga 
e recarga, bem como o comportamento de amolecimento das diferentes misturas. 
A resistência à flexão foi calculada aqui como a tensão no pico de carga. Os 
parâmetros de fratura independentes do tamanho KS e CTODc foram calculados 
a partir da conformidade inicial da amostra e da conformidade após a fissuração 
inicial [50,51]. A partir de KS e CTODc, foi calculado o comprimento equivalente 
efetivo de fissura, ac .
3.7. Efeitos nas propriedades de fratura
Embora, em geral, ac não seja um parâmetro de fratura apropriado devido à sua 
dependência do tamanho, todas as amostras testadas tinham as mesmas 
dimensões, portanto ac era uma maneira simples de avaliar a tenacidade à fratura. 
Como parte desta análise, também é determinado o módulo de elasticidade do 
material. Finalmente, uma medida do trabalho completo de fratura também foi 
determinada tomando-se a área sob o envelope da carga-CMOD (ou seja, sem 
porção de descarga/recarga). A Figura 11(a) mostra a resistência à flexão das 
pastas de cimento para diferentes dosagens de CNF.
Tanto o CNF puro quanto o Si-CNF aumentaram a resistência à flexão, 
entretanto, o PCNF proporcionou um aprimoramento maior que o do Si-CNF.Resistência à flexão e tenacidade à fratura do PCNF e Si-
degradam a celulose [49] e espera-se que tal degradação seja mais rápida em 
pasta de cimento com 0,45 a/c devido à maior quantidade de solução de poros. 
Esta degradação alcalina das nanofibrilasde celulose criou um excesso de 
porosidade na pasta de cimento que eventualmente resultou numa diminuição 
da resistência à compressão devido à adição de CNFs. Este mecanismo foi 
ainda confirmado pela observação de que a resistência foi reduzida após 90 
dias para pasta de cimento contendo PCNF (Fig. 9).
A CNF foi medida usando os testes de flexão de três pontos descritos Melhoria nas propriedades dos compostos de cimento nanoengenharia
na seção 2.4.7. Exemplos de gráficos de carga-CMOD são mostrados na Fig.
No entanto, 0,5% da adição de Si-CNF na pasta de cimento resultou em maior 
resistência à compressão em comparação com o lote de PCNF após 90 dias de 
cura (ver Fig. 9) e, portanto, confirmando que as adições de nanosílica ajudaram 
a retardar a degradação das nanofibrilas de celulose em poros alcalinos. solução 
de pasta de cimento.
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Figura 12. Efeitos dos nanomateriais de celulose (PCNF e Si-CNF) em materiais à base de cimento.
12
KS Kamasamudram, W. Ashraf e EN Landis Construção e Materiais de Construção 285 (2021) 121547
Ligação de CNF em partículas de cimento: estudos anteriores [55,12,41]como visto na Fig. 11 (d). Talvez o resultado mais interessante seja o
O efeito de redução da hidratação não foi observável a 0,35 w/c, pois
4. Discussões
materiais à base de cimento e os efeitos correspondentes são categorizados na 
seção seguinte (Fig. 12). Deve-se notar que
Si-CNF teve pouco ou nenhum efeito no módulo de elasticidade, adições de PCNF grupos de superfície carboxila (COOH) da celulose podem se ligar a íons de 
cálcio (Ca2+). Devido a este processo, as fibras CNF podem ser
espera-se que seja mais alto, o que ajuda a equilibrar a superfície
ligado às partículas de cimento e primeiros hidratos restringindo sua
cargo da CNF.
esses mecanismos/efeitos não são mutuamente exclusivos e
locais de nucleação para hidratos de cimento e, portanto, retarda a
enquanto para o Si-CNF o aumento foi de 55%. Com relação à fratura
observado com adições de nanofibras de carbono [53].
proposto por Cao et al. [9]. A adição de CNF cria um canal
matriz cimentícia.
amostras mostram um aumento na tenacidade de iniciação de trinca (ac), mas
nanopartículas de sílica) fornece locais de nucleação adicionais para CSH. 
Espera-se que tal efeito acelere a hidratação do cimento.
na hidratação do cimento foi observada apenas para pasta de cimento com
o Si-CNF apresenta uma diminuição. Isto também é verdade para energia de fratura, GF,
0,35 w/c (Fig. 4). Este efeito de nucleação do CNF não foi proeminente em 
alta relação a/c (0,45) devido à ligação do CNF às partículas de cimento, 
conforme discutido na seção seguinte.
estudar). A aceleração da hidratação do cimento devido ao efeito de nucleação 
do CNF foi observada no caso da pasta de cimento com
0,45 hidratação do cimento. Em maior a/c, há uma maior probabilidade de 
ligação do CNF às partículas de cimento devido à baixa concentração de íons 
alcalinos presentes na solução dos poros. Este cimento
através do shell CSH. Tal efeito aumenta o grau de
hidratação devido à adição de nanomateriais de celulose. Sol
neste caso, a concentração de íons alcalinos na solução dos poros é
efeito do CNF no módulo de elasticidade. A Figura 11(b) mostra que enquanto mostraram que a hidroxila carregada negativamente (OH) e
Com base nos resultados experimentais deste estudo e em artigos publicados 
anteriormente [8,21,26,54,12,11,41], o papel do CNF na
postulados podem estar relacionados ao efeito nano-core [52]. Especificamente,
produziu um aumento de até 250%. Tal resultado não pode ser explicado por
regra tradicional de análise de tipo de mistura, sugerindo quantidades relativamente 
maiores de formação de CSH de alta densidade, como tem sido
A adição de 0,5% de PCNF aumentou a resistência à tração em 75%,
crescimento [55,41]. Tal processo diminui a disponibilidade de
Efeito de difusão em curto-circuito (SCD): Este efeito foi originalmente
espera-se que seja dependente da química da solução de poros do
entre o núcleo não reagido da partícula de cimento e a solução de poros
resistência, a imagem é diferente. Como mostrado na Fig. 11 (c), o PCNF
na fase inicial (dentro das primeiras 40 horas, conforme observado neste
hidratação do cimento. Com base no estudo atual, tal redução
Efeito de nucleação: A área superficial do CNF (com e sem
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O CNF foi disponibilizado pelo Process Development Center (PDC) da 
Universidade do Maine. Os estudantes de pós-graduação Naveen Saladi e 
Rakibul Islam Khan são gratos por ajudarem os autores a realizar algumas 
das tarefas experimentais apresentadas neste artigo.
5. Observou-se que 0,025% e 0,5% de PCNF aumentaram o módulo de 
elasticidade da pasta de cimento em cerca de 200% e 250%, 
respectivamente. A adição de 0,5% de Si-CNF tem muito pouco efeito 
no módulo de elasticidade, com um aumento de cerca de 15%.
Declaração de contribuição de autoria CRediT
Referências
Kavya S. Kamasamudram: Curadoria de dados, Análise formal, 
Investigação, Redação - rascunho original, Redação - revisão e edição.
5. Conclusões
Warda Ashraf: Conceitualização, Análise formal, Aquisição de 
financiamento, Supervisão, Validação, Visualização, Redação - rascunho 
original, Redação - revisão e edição. Eric N. Landis: Aquisição de 
financiamento, supervisão, redação - revisão e edição.
1. O método sol-gel foi utilizado com sucesso para síntese in situ de 
nanopartículas de sílica em pasta de CNF. O diâmetro das nanopartículas 
de sílica ficou em torno de 20 a 30 nm.
e outros. [13] também relataram um mecanismo semelhante para 
explicar a maior hidratação do cimento devido à adição de CNF. Neste 
estudo, o benefício desse efeito foi observado a partir do calor total de 
hidratação após 80 horas de hidratação do cimento. Este efeito foi 
insignificante após 28 dias de cura neste estudo devido ao menor teor 
de CNF utilizado em comparação aos utilizados por Cao et al. [9].
Declaração de interesse concorrente
2. A adição de nanosílica melhora a estabilidade das nanofibrilas de 
celulose no sistema coloidal e assim ajuda a evitar a aglomeração das 
fibras.
Efeito de cura interna: Conforme relatado por Kolour et al. [17], as 
fibrilas CNF podem reter água e liberá-la posteriormente na pasta de 
cimento, criando um efeito de “cura interna”. Devido a esta capacidade 
de retenção de água, a pasta de cimento contendo PCNF ou Si-CNF 
apresentou maior resistência à compressão em comparação com o 
lote de controle a 0,35 a/c. No entanto, este estudo mostrou que toda a 
água contida no PCNF não estava disponível para a hidratação do 
cimento em 28 dias, resultando em um menor grau de hidratação a 0,35 
a/c. Tal efeito de retenção de água do CNF não teve nenhum efeito na 
pasta de cimento a 0,45 a/c, pois para essas misturas já existe água 
em abundância para evitar a autodessecação e obter hidratação 
adequada.
Este estudo forneceu uma investigação completa sobre os efeitos do 
PCNF e do Si-CNF na hidratação, formação da fase hidratada, resistência 
à compressão e parâmetros de fratura de amostras de pasta de cimento. 
As observações finais deste estudo estão listadas abaixo:
3. A adição de nanomaterial de celulose não apresentou efeito significativo 
na resistência à compressão das amostras de pasta até 90 dias de cura 
selada. Após 90 dias de cura, a adição de 0,05% de PCNF na pasta de 
cimento resultou em aumento de 24% e 15% na resistência à 
compressão da pasta de cimento com 0,35 e 0,45 a/c, respectivamente. 
Além deste nível, a adição de PCNF diminuiu a resistência à compressão 
da matriz de pasta de cimento. A resistência à compressão da pasta 
de cimento aumentou com o aumento da quantidade de Si-CNF. O 
aumento máximo de resistência foi alcançado com adição de 0,5% de 
Si-CNF. Neste nível, a resistência à compressão das pastas de cimento 
foi aumentada em 22% e 14% em comparação com o lote controle 
com 0,35 e 0,45 a/c, respectivamente, após 90 dias de cura.
4. A resistência à flexão da pasta de cimento aumentou com o aumento do 
teor de celulose. A resistência à flexão da pasta de cimento aumentou 
em até 75% e 55% devido à adição de 0,5% de PCNF e Si-CNF, 
respectivamente.
Efeito de ponte de fissuras: Devido à alta proporção de aspecto do CNF, 
ele pode colmatar fissuras em nano/microescala. Tal efeito de ponte de 
fissuras resulta num aumento da tenacidade da pasta de cimento devido 
à adição de PCNF ou Si-CNF (Fig. 11). O revestimento do CNF com 
nanopartículas de sílica reduziu o benefício do não reforço devido ao 
desembaraço das fibras.
Reconhecimentos
mundo, Am. Ceram. Soc. Touro. 84 (10) (2005) 14.
Degradação alcalina da celulose: Espera-se que a celulose se degrade 
devido à alta alcalinidade da solução de poros presente na pasta de 
cimento [56]. Tal degradação pode diminuir a resistência à compressão 
e reduzir os benefícios do não reforço.
Os autores reconhecem o apoio financeiro fornecido pelo P3Nano - US 
Endowment for Forestry and Communities. Dr.
A redução na resistência à compressão devido à degradação do CNF 
foi perceptível apenas em alta relação a/c (0,45) e após 90 dias de 
cura. Esta redução de resistência após a cura a longo prazo (ou seja, 
90 dias) foi menor no caso do lote Si-CNF, indicando que o revestimento 
de sílica foi benéfico para minimizar a degradação alcalina. No entanto, 
estudos adicionais são necessários para compreender o mecanismo e 
a extensão da degradação do CNF na solução de poros do cimento.
Warda Ashraf agradece a bolsa inicial para professores fornecida pela 
Universidade do Maine, que foi usada para realizar vários experimentos 
relatados neste artigo. Dr. Kelly Edwards, Gerente do Laboratório de 
Microscopia Eletrônica da Universidade do Maine (UMaine) é grato por sua 
ajuda na coleta das imagens TEM.
Os autores declaram que não têm interesses financeiros 
concorrentes ou relações pessoais conhecidas que possam ter 
influenciado o trabalho relatado neste artigo.
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