Study of Portland cement composites with pulp kraft cellulose modified with natural rubber latex and metakaolin

In this work the reinforcement of Portland cement matrices with cellulose kraft pulps was studied. It is known that the alkalinity of the cement paste deteriorates the fiber. In this sense, we tried to produce a less aggressive matrix to the fibers by adding natural latex and replacing part of the Portland cement for metakaolin. Flexural strength tests and water absorption were made on composites at 28 days of age. After the flexural tests, the samples were submitted to X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The influence of the analyzed parameters (percentage of cellulose, percentage of latex and percentage of metakaolin) on the mechanical and physical properties of the composites was evaluated through a experimental design. From this design it was possible to develop a model of equations that optimized the results of toughness, modulus of rupture, modulus of elasticity and water absorption. The composite with 1.252% cellulose, 1.126% latex and 37.06% metakaolin presented the best modulus of elasticity, equal to 21.89 GPa at 28 days of age. The best flexural strength and toughness was presented by the composite with 8.5% cellulose, 0.21% latex and 34% metakaolin, with a modulus of rupture of 14.42 MPa and a toughness of 1.68 kJ/m² at 28 days of age. Analyzing the results obtained by attenuated total reflection and by contact angle, it was possible to prove that the latex was possibly adhered to the pulp, hydrophobising it. Therefore, it was concluded that it is possible to use the natural latex emulsion in the cellulosic pulp and metakaolin for the production of cementitious composites.FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisDissertação (Mestrado)Neste trabalho estudou-se o reforço de matrizes de cimento Portland com polpas kraft de celulose. Sabe-se que a alcalinidade da pasta de cimento deteriora a fibra. Nesse sentido, buscou-se produzir uma matriz menos agressiva às fibras por meio da adição de látex natural e substituição de parte do cimento Portland por metacaulim. Ensaios de resistência à flexão e absorção de água foram realizados nos compósitos aos 28 dias de idade. Após os ensaios de flexão, as amostras foram submetidas a análises por difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura. Foi avaliada a influência dos parâmetros analisados (porcentagem de celulose, porcentagem de látex e porcentagem de metacaulim) nas propriedades mecânicas e físicas dos compósitos por meio de um planejamento experimental composto. A partir deste planejamento foi possível desenvolver equações que otimizaram as formulações para obtenção dos melhores resultados de tenacidade, módulo de ruptura, módulo de elasticidade e absorção de água. Novos compósitos com formulações otimizadas foram moldados. A melhor resistência à flexão e tenacidade foi apresentada pelo compósito 8, com 8,5% de celulose, 0,21% de látex e 34% de metacaulim, com módulo de ruptura de 14,42 MPa e tenacidade de 1,68 kJ/m aos 28 dias de idade. Pela análise dos resultados obtidos por infravermelho por transformada de Fourier modo de reflexão total atenuada e por ângulo de contato foi possível comprovar que possivelmente o látex ficou aderido à polpa, hidrofobizando-a. Logo, concluiu-se que é viável a utilização da emulsão de látex natural e metacaulim para produção de compósitos cimentícios com polpa de celulose