Análisis comparativo de la resistencia a la tracción en flexión y a la compresión de mortero enriquecido con nanotubos de carbono

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.18830/1679-09442025v18e53203

Palabras clave:

Nanotubos de carbono, Tracción en flexion, Resistencia a la compression, Mortero nanostructurado

Resumen

Este estudio investiga la influencia de la adición de nanotubos de carbono no tratados (NTC) en las propiedades de consistencia, resistencia a la compresión y a la tracción en flexión de cuerpos de prueba cilíndricos (NBR 7215:2019) y prismáticos (NBR 13279:2005), producidos con mortero enriquecido con NTC. También se analiza la compatibilidad entre los resultados de resistencia a la compresión obtenidos mediante dos metodologías diferentes. Se realizaron análisis morfológicos de los NTC y del mortero mediante Microscopía Electrónica de Barrido. La incorporación de NTC redujo la consistencia del producto fresco y la resistencia a la compresión de los cuerpos prismáticos. Sin embargo, las resistencias a la tracción en flexión de los cuerpos prismáticos y a la compresión de los cuerpos cilíndricos no presentaron cambios significativos. La alta variabilidad en los valores de resistencia de los cuerpos con NTC sugiere una dispersión no homogénea de los nanotubos. La variabilidad en la resistencia a la compresión de los cuerpos prismáticos también se atribuyó al procedimiento de la norma, que exige realizar el ensayo tras la ruptura por flexión.

Biografía del autor/a

  • Alaíde Marta dos Santos, Universidade Federal de Ouro Preto; Escola de Minas; Programa de Pós-Graduação em Engenharia das Construções

    Alaíde es Graduada en Ingeniería de la Movilidad por la Universidad Federal de Itajubá, Campus Itabira, en 2016. Ella es Máster en Ingeniería de la Construcción por la Universidad Federal de Ouro Preto (UFOP), titulada en 2024. Sus intereses se centran en el área de la Ingeniería Civil, especialmente en el estudio e investigación relacionados con los residuos de la construcción civil y la innovación en morteros nanoestructurados. Actualmente, es candidata a doctorado en el Programa de Posgrado en Ingeniería Civil (PROPEC).

  • Claudio Ernani Martins Oliveira, Universidade Federal de Itajubá; Campus de Itabira; Instituto de Engenharias Integradas

    Claudio es licenciado en Ingeniería Civil (2005), Máster en Construcciones Metálicas (2009) por la Universidad Federal de Ouro Preto (UFOP) y Doctor en Construcciones Metálicas (2015) por la misma institución. Actualmente, él es profesor asociado en el Instituto de Ingenierías Integradas de la Universidad Federal de Itajubá, Campus Itabira. Tiene experiencia en el área de la Ingeniería Civil, con énfasis en Estructuras Metálicas, de Concreto y de Madera, trabajando principalmente en los siguientes temas: Resistencia de los Materiales, Teoría de las Estructuras, Análisis Estructural, Puentes, Programación de Computadoras y Cálculo Numérico.

  • Viviany Geraldo, Universidade Federal de Itajubá; Campus de Itabira; Instituto de Engenharias Integradas

    Viviany es licenciada en Física por la Universidad Estatal Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP) (1998), Máster en Ciencia e Ingeniería de Materiales (2001) y Doctora en Ciencia e Ingeniería de Materiales por la Universidad de São Paulo (USP) (2005). Ella realizó postdoctorado en Física en la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG). Actualmente es profesora en el Instituto de Ingenierías Integradas de la Universidad Federal de Itajubá, Campus Itabira. Su investigación se centra en dióxido de estaño, semiconductores, nanotubos de carbono y la síntesis de nanomateriales. Tiene experiencia docente en programas de pregrado en diversas ramas de la ingeniería. Actualmente se dedica a la producción y purificación de nanotubos de carbono, con énfasis en la escala y calidad de la producción de nanotubos de carbono, para aplicaciones en diversas áreas, principalmente en la Construcción Civil. Es coordinadora del Programa de Maestría Profesional en Ingeniería de Materiales (PPGEMT).

  • Evandro Augusto de Morais, Universidade Federal de Itajubá; Campus de Itabira; Instituto de Ciências Puras e Aplicadas

    Evandro es licenciado en Física por la Universidad Estatal Paulista Júlio de Mesquita Filho (2000), Máster en Ciencia e Ingeniería de Materiales por la Universidad de São Paulo (2002) y Doctor en Ciencia y Tecnología de Materiales por la Universidad Estatal Paulista Júlio de Mesquita Filho (2008). Actualmente es profesor asociado en el Instituto de Ciencias Puras y Aplicadas de la Universidad Federal de Itajubá, Campus Avanzado de Itabira. Él tiene experiencia en Física, con énfasis en la Física de la Materia Condensada, trabajando principalmente en los siguientes temas: propiedades eléctricas y ópticas en semiconductores óxidos dopados con tierras raras, transporte eléctrico en materiales bidimensionales (grafeno), síntesis a gran escala de nanotubos de carbono y aplicaciones en la construcción civil.

  • Jordânio Samuel Siqueira, Universidade Federal de Itajubá; Instituto de Física e Química; Curso de Pós-Graduação em Materiais para Engenharia

    Jordânio es licenciado en Ingeniería Mecánica (2015) y Máster en Materiales para Ingeniería (2018) por la Universidad Federal de Itajubá. Actualmente él es técnico de laboratorio en mecánica y candidato a doctorado en el Programa de Posgrado en Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Federal de Itajubá. Como técnico, trabaja en el área de metalografía y en la operación de microscopios ópticos y electrónicos de barrido.

  • Rovadávia Aline de Jesus Ribas, Universidade Federal de Ouro Preto; Escola de Minas; Depart. de Engenharia Civil; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

    Rovadávia es licenciada en Ingeniería Civil (1987), Máster en Construcciones Metálicas (2006) y Doctora en Construcciones Metálicas (2013) por la Universidad Federal de Ouro Preto (UFOP). Actualmente es profesora titular en el área de Estructuras en el Departamento de Ingeniería Civil de la Escuela de Minas de la UFOP. Participó en el Programa de Posgrado en Construcción Metálica (2014-2018) y actualmente participa en el Programa de Posgrado en Ingeniería de las Construcciones (desde 2019). Enseña asignaturas relacionadas con la resistencia de los materiales y la construcción de concreto armado. Sus intereses de investigación incluyen sistemas de cierre industrializados, desempeño de edificaciones y manifestaciones patológicas en estructuras de acero y concreto armado. Es coordinadora del Programa de Posgrado en Ingeniería de las Construcciones.

Referencias

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação do índice de consistência. Rio de Janeiro, 2016.

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13279: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação da resistência à tração na flexão e à compressão. Rio de Janeiro, 2005.

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7215: Cimento Portland – Determinação da resistência à compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2019.

BAI, S.; JIANG, L.; Xu N.; JIN M.; JIANG, S. Improvement of Mechanical and Electrical Properties of Graphene/Cement Composite due to Enhanced Graphene Dispersion through the Addition of Silica Fume, Construction and Building Materials, v. 164, p. 433-441, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.12.176.

CARVALHO, J. C .L.; COSTAL, G. Z.; DE MORAIS, E. A.; OLIVEIRA, C. E. M.; SIQUEIRA, J. S.; DA SILVA, E. E.; OLIVEIRA, C. A. S.; FILHO, F. M.; SILVA, G. J. B.; GERALDO, V. Synthesis and application of carbon nanotubes grown directly on pozzolanic clay. Journal of Nanoparticle Research, v. 25, n. 186, 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s11051-023-05822-2.

CHAIPANICH, A.; NOCHAIVA, T.; WONGKEO, W.; TORKITTIKUL, P. Compressive strength and microstructure of carbon nanotubes–fly ash cement composites. Materials Science and Engineering: A, v. 527, n. 4-5, p. 1063–1067, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.09.039.

CHANG, C.; HSU, I.; AYKOL, M.; HUNG, W.; CHEN, C.; CRONIN, S. B. A New Lower Limit for the Ultimate Breaking Strain of Carbon Nanotubes, ACS Nano, v. 4, n. 9, p. 5095-5100, 2010. DOI: https://doi.org/10.1021/nn100946q.

COSTAL, G. Z.; CALDERÓN-MORALES, B. R. S.; CARVALHO, J. C. L.; SILVA, E. E.; MORAIS, E. A.; MACHADO, L. F.; OLIVEIRA, C. A. S.; MOURA FILHO, F.; GERALDO, V. CNT grown in situ from iron ore tailings: simple dispersion and environmental sustainability, Journal of Nanoparticle Research, v. 25, n. 199, 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s11051-023-05846-8.

DANOGLIDIS, P. A.; KONSTA-GDOUTOS, M. S.; GDOUTOS, E. E.; SHAH, S. P. Strength, energy absorption capability and self-sensing properties of multifunctional carbon nanotube reinforced mortars, Construction and Building Materials, v. 120, p. 265-274, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.05.049.

GERALDO, V.; OLIVEIRA, S.; SILVA, E. E.; OLIVEIRA, C. A. S.; CUNHA, R. M. A.; OLIVEIRA, R. F. P.; OLIVEIRA, C. E. M.; MORAIS, E. A. Synthesis of carbon nanotubes on sand grains for mortar reinforcement, Construction and Building Materials, v. 252, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119044.

HAWREEN, A.; BOGAS, J. A.; DIAS, A. P. S. On the mechanical and shrinkage behavior of cement mortars reinforced with carbon nanotubes. Construction and Building Materials, v. 168, p. 459-470, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.02.146.

IIJIMA, S. Helical microtubules of graphitic carbon. Nature, v. 354, n. 6348, p. 56-58, 1991. DOI: https://doi.org/10.1038/354056a0.

JANG, S.H.; KAWASHIMA, S.; YIN, H. Influence of carbon nanotube clustering on mechanical and electrical properties of cement pastes. Materials, v. 9(4), n. 220, 2016 DOI: https://doi.org/10.3390/ma9040220.

KANG, S. T. K.; SEO, J. Y.; PARK, S. H. The characteristics of CNT/Cement composites with acid-treated MWCNTs, Advances in Materials Science and Engineering, v. 2015, n. 1, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2015/308725.

LI, G.; WANG, P.; ZHAO, X. Pressure-sensitive and microstructure of carbon nanotube reinforced cement composites, Cement Concrete Comp. v. 29, n. 5, p. 377-382, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2006.12.011.

LIU, Y.; ZHONG, X.; REZA MOHAMMADIAN, H. Role of carbon nanotubes in reinforcing the interfacial transition zone and impermeability of concrete under different water-to-cement ratios. Construction and Building Materials, v. 272, p. 649-656, 2023; DOI: https://doi.org/10.1016/j.aej.2023.04.025.

MACLEOD, A. J. N.; FEHERVARI, A.; GATES, W. P.; GARCEZ, E. O.; ALDRIDGE, L. P. COLLINS, F. Enhancing fresh properties and strength of concrete with a pre-dispersed carbon nanotube liquid admixture. Construction and Building Materials, v.247, n. 118524, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118524.

MANZUR, T.; YAZDANI, N.; EMON, M.; BASHAR, A. Potential of carbon nanotube reinforced cement composites as concrete repair material, Journal of Nanomaterials, v. 2016, n.1, p. 1–10, 2016.DOI: https://doi.org/10.1155/2016/1421959

MAKAR, J.; MARGESON, J.; LUH, J. Carbon nanotube/cement composites-early results and potential application. Proceedings of the 3rd International Conference on Construction Materials: Performance, Innovations and Structural Implications, p. 1-10, Vancouver, 2005.

MARCONDES, C. G. N.; MEDEIROS, M. H. F.; MARQUES FILHO, J.; HELENE, P. Nanotubos de carbono em concreto de cimento Portland: Influência da dispersão nas propriedades mecânicas e na absorção de água. Alconpat, v. 5, n. 2., p. 97-114, 2015. Disponível em: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2007-68352015000200097&lng=es&tlng=pt. Acesso em 29 set. 2024.

MONTEIRO, A. R. Dispersão mecânica de NTCs de carbono com cimento Portland. 2018. f. 156. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Florianópolis, 2018.

NEVILLE, A. M.; BROOKS, J. J. Tecnologia do concreto, Porto Alegre: Bookman, 2ª ed, 2013.

RASHAD, A. M. Effect of carbon nanotubes (CNTs) on the properties of traditional cementitious materials, Construction. Building. Materials, v. 153, pp. 81–101, 2017 DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.07.089.

RIBEIRO, A. V. S.; SILVA, J. M.; GLEIZE, P. J. P. Análise da dispersão de NTCs de carbono de paredes múltiplas com diferentes aditivos dispersantes, Revista Matéria, v.27, n.3, 2022. DOI: https://doi.org/10.1590/1517-7076-RMAT-2022-0063

RIBEIRO, A. V. S.; GUINDANI, E. N.; GLEIZE, P. J. P. Analysis of Portland cement consumption reduction by using functionalized multiwalled carbon nanotubes in mortars. Structures and Materials Journal, v.17, n.2, 2024. DOI: https://doi.org/10.1590/S1983-41952024000200004.

SONG, C.; HONG, G.; CHOI, S. Effect of dispersibility of carbon nanotubes by silica fume on material properties of cement mortars: Hydration, pore structure, mechanical properties, self-desiccation, and autogenous shrinkage. Construction and Building Materials, v. 265, p. 120318, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120318.

SOUSA, I. P. S. Obtenção de nanossílica funcionalizada visando o uso como aditivo em misturas cimentícias. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Goiás. Goiânia, 2017.

XIE, X.; MAI, Y.; ZHOU, X. Dispersion and alignment of carbon nanotubes in polymer matrix: A review. Materials Science and Engineering R, v. 49, n. 4, p. 89 – 112, 2005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mser.2005.04.002.

Descargas

Publicado

2025-03-07

Número

Vol. 18 (2025): Flujo Continuo - Enero/Diciembre

Sección

Tecnología, Medio Ambiente y Sostenibilidad

Licencia

Derechos de autor 2025 Paranoá

Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.

Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:

    1. Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0
    2. Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
    3. Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado (Veja O Efeito do Acesso Livre).