Abstract The use of carbon nanotubes in cementitious materials improves the mechanical properties of these composites and increases their compressive and flexural strength. The main objective of this study was to evaluate the technical feasibility of reducing the Portland cement content by using functionalized multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) in mortar samples, using mechanical properties as parameters (compressive strength, flexural strength and modulus of elasticity). Experimental results allowed us to conclude that the addition of MWCNT in 0.1% by weight of Portland cement, to the mortar samples allowed a reduction of the Portland cement content by up to 10%, while the water/cement ratio remained unchanged without affecting the mechanical behavior.

Resumo A utilização de nanotubos de carbono em materiais cimentícios melhora as propriedades mecânicas destes compósitos, aumentando a sua resistência à compressão e à flexão. O principal objetivo deste estudo foi avaliar a viabilidade técnica da redução do teor de cimento Portland através da utilização de nanotubos de carbono de paredes múltiplas funcionalizados (MWCNT) em amostras de argamassa, utilizando como parâmetros as propriedades mecânicas (resistência à compressão, resistência à flexão e módulo de elasticidade). Os resultados experimentais permitiram concluir que a adição de MWCNT em 0,1% em peso de cimento Portland, às amostras de argamassa, permitiu uma redução do teor de cimento Portland em até 10%, mantendo-se inalterada a relação água/cimento, sem afetar o comportamento mecânico.

abstract: The effects of chemical and physical methods on multiwalled carbon nanotube (MWCNT) dispersion in Portland cement pastes were investigated. Consistency, rheology, compressive strength, dynamic elastic modulus, flexural strength, water absorption, and void content tests were performed to evaluate these effects. Changes in the rheology of the cement pastes and surfactants resulted in a significant reduction in apparent viscosity and yield strength. Additionally, cement pastes containing carboxyl- functionalized MWCNTs (MWCNT-COOH) and surfactant showed higher compressive strengths at 28 d. However, the ultrasonic dispersion method did not significantly influence the properties of hardened Portland cement compared with Portland cement produced using the non-sonicated aqueous solution.

resumo: Foram investigados os efeitos dos métodos químicos e físicos na dispersão de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) em pastas de cimento Portland. Para avaliar estes efeitos, foram realizados testes de consistência, reologia, resistência à compressão, módulo elástico dinâmico, resistência à flexão, absorção de água, e teor de vazio. As alterações na reologia das pastas de cimento e surfactantes resultaram numa redução significativa da viscosidade aparente e da resistência ao escoamento. Além disso, pastas de cimento contendo MWCNT funcionalizados com grupo carboxílicos (MWCNT-COOH) e surfactante mostraram maiores resistências à compressão a 28 d. No entanto, o método de dispersão ultrassônica não influenciou significativamente as propriedades do cimento Portland endurecido em comparação com o cimento Portland produzido utilizando a solução aquosa não sonicada.

RESUMO A incorporação de nanomateriais em compósitos cimentícios vem se tornando cada vez mais frequente e tem, como um dos principais objetivos, promover melhorias às propriedades mecânicas e microestruturais. Dentre os diversos nanomateriais existente, os nanotubos de carbono (NTC) se destacam devido à sua elevada resistência, principalmente à tração, e à alta capacidade de deformação elástica. Entretanto, um dos impasses em sua utilização é a dificuldade de realizar uma dispersão eficaz e estável, mas pesquisas apontam que a utilização de aditivos contribui para a desaglomeração do nanomaterial. Sendo assim, este trabalho avaliou a influência de dois tipos de superplastificantes (SPA e SPB), adicionados na proporção de 1:0 a 1:3 (NTCPM:SP), em uma solução sonicada por 5 minutos. Os resultados mostraram que o aditivo SPB foi o que melhor proporcionou uma melhor dispersão com um menor consumo. Pastas de cimento Portland também foram produzidas e comprovou-se que o NTCPM reduziu a consistência das pastas e que a inserção de aditivo ajudou a diminuir esse efeito. Por fim, infere-se que o aditivo, além de melhorar a dispersão do NTCPM, também interage com o cimento Portland, promovendo pastas com maior espalhamento.

ABSTRACT The incorporation of nanomaterials in cementitious composites has become more and more frequent and has, as one of the main objectives, to promote improvements to the mechanical and microstructural properties. Among the various existing nanomaterials, carbon nanotubes (CNT) stand out due to their high resistance, mainly to traction, and the high capacity of elastic deformation. However, one of the impasses in its use is the difficulty of achieving an effective and stable dispersion, but research shows that the use of additives contributes to the de-agglomeration of the nanomaterial. Thus, this work evaluated the influence of two types of superplasticizers (SPA and SPB), added in the proportion of 1: 0 to 1: 3 (MWCNT: SP), in a sonicated solution for 5 minutes. The results showed that the SPB additive was the one that best provided a better dispersion with less consumption. Portland cement pastes were also produced and it was found that the MWCNT reduced the consistency of the pastes and that the insertion of additives helped to reduce this effect. Finally, it appears that the additive, in addition to improving the dispersion of the MWCNT, also interacts with Portland cement, promoting pastes with greater spread.

RESUMO A construção de grandes blocos de fundação para edifícios altos tem se tornado comum no país. As altas resistências à compressão dos concretos, aliado ao fato de muitas vezes se tratar de concretos autoadensáveis, geralmente levam à elevados consumos de ligante, possivelmente originando problemas de origem térmica a estes elementos estruturais. Este estudo teve como objetivo avaliar a influência de diferentes adições minerais na elevação da temperatura de concretos massa com elevada resistência à compressão. Para isso, foi utilizado um calorímetro adiabático, o qual simula a condição de um concreto em um regime de cura autógena. As resistências à compressão dos concretos nos regimes de cura autógena e ambiente foram determinadas aos 28 dias. Complementarmente, as pastas que compõem os concretos foram avaliadas através de análise termogravimétrica aos 28 dias, a fim de verificar a influência da temperatura nas reações dos compostos das misturas. Os resultados mostraram que houve uma tendência de menor liberação de calor para os parâmetros °C/MPa e °C/Kg de ligante para o CP III – RS, em relação aos demais ligantes utilizados. A análise termogravimétrica indicou que o tipo de cura não influenciou significativamente na atividade pozolânica e na hidratação do cimento Portland. Por fim, verificou-se que as maiores resistências à compressão para uma mesma relação água/ligante foram obtidas pela combinação de CP V – ARI + metacaulim, pelo fato desta adição mineral apresentar elevada atividade pozolânica. Já na combinação CP V – ARI + sílica ativa, a adição mineral parece ter contribuído de forma predominante pela formação de pontos de nucleação, apresentando pouco consumo de hidróxido de cálcio.

ABSTRACT The construction of large foundation blocks for tall buildings has become common in the country. The high compressive strength of concretes, coupled with the fact that they are often self-compacting concretes, generally lead to high binder consumption, possibly causing problems of thermal origin to these structural elements. The objective of this study was to evaluate the influence of different mineral admixtures on the temperature rise of mass concrete with high compressive strength. For this, an adiabatic calorimeter was used, which simulates the condition of a concrete in an autogenous cure regime. The compressive strengths of the concretes in autogenous and ambient cure regimes were determined at 28 days. In addition, the pastes that composed the concretes were evaluated by thermogravimetric analysis at 28 days, in order to verify the influence of temperature on the reactions of the compounds of the mixtures. The results showed that there was a trend of lower heat release for the parameters °C/MPa and °C/kg of binder for CP III-RS, compared to the other binders used. Thermogravimetric analysis indicated that the type of curing did not significantly influence the pozzolanic activity and the hydration of the Portland cement. Finally, it was verified that the higher compressive strengths for the same water/binder ratio were obtained by the combination of CP V-ARI + metacaulim, because this mineral addition showed high pozzolanic activity. On the other hand, in the CP V - ARI + active silica combination, the mineral admixtures seems to have contributed predominantly to the formation of nucleation points, presenting low calcium hydroxide consumption.

ABSTRACT The modulus of elasticity of concrete is often calculated as a function of the compressive strength, and as a deterministic value. However, variations in the aggregates properties may result in module values different than those estimated, which may lead to excessive deformation and eventual instability of the structure. In this work, the influence of the coarse aggregate batch variation on the variability of the modulus of elasticity of the concrete was investigated. Three different aggregate sources (one of granite origin and two of gneiss origin), three water/cement ratios (w/c) and five different batches of each aggregate were investigated. The compressive strength and static modulus of elasticity of the concretes were determined at 28 days. The analysis of variance (ANOVA) showed that the variable "batch" had a significant influence on the modulus of elasticity of the concrete, indicating that this property is a probabilistic variable indeed. The normality of the distribution of its values was attested, and values of characteristic modulus of elasticity were proposed, which were from 6 to 10% lower than the mean values. In addition, the use of gneissic aggregates led to modulus of elasticity values 30% higher than those of the concretes with granitic aggregates and equivalent compressive strengths, while the reduction of the w/c ratio from 0.71 to 0.46 increased the modulus of elasticity in about 5%.