Influence of graphite, graphite oxide and graphite-like additions on Portland cement mortars: durability, mechanical properties and electrical resistivity

The incorporation of carbon nanotubes, graphenes and graphene oxides in cement matrices has been extensively studied due to their ability to add conductive properties and simultaneously perform reinforcing function. However, the high cost of those materials for large scale applications has recently triggered the search for low cost materials with similar properties. In such context, the first study of this thesis investigated the behavior of the electrical resistivity, mechanical strength and durability properties for graphite, graphite oxide and graphite-like mortars, low cost alternative materials with similar properties. The results showed that the addition of graphite demonstrated progressive impairment of the compressive strength and revealed no significant variation in flexural strength. Elseways, the addition of graphite oxide did not compromise the compressive strength and exhibited flexural strength gains. The electrical resistivity of mortars was found in the following ascending order: graphitelike, graphite and graphite oxide. In another context, the use of carbon fiber in recent years has increased substantially, resulting in a higher volume of carbon fiber waste resulting from losses. In this follow-up, the second study of this thesis investigated the use of carbon fiber waste in cement mortars and coir pith particles, as well as the effect of the use of milling in the production process. Physical, mechanical and durability properties were evaluated. The use of the milling process resulted in a 87% gain in compressive strength. The addition of carbon fibers resulted in an up to 192% gain in flexural strength. Durability results showed stability in the mechanical flexural property over time for the mortars with carbon fiber.A incorporação de nanotubos de carbono, grafenos e óxidos de grafenos em matrizes de cimento têm sido extensivamente estudada devido à capacidade desses materiais de adicionar propriedades condutoras e simultaneamente desempenharem função de reforço. No entanto, o alto custo desses materiais para aplicações em larga escala desencadeou recentemente a busca por materiais de baixo custo com propriedades semelhantes. Nesse contexto, o primeiro estudo desta tese investigou as propriedades de resistividade elétrica, de resistência mecânica e de durabilidade para argamassas com adições de grafite, óxido de grafite e grafite-like, como materiais alternativos de baixo custo. Os resultados mostraram que a adição de grafite apresentou comprometimento progressivo da resistência à compressão e exibiu variação não significativa na resistência à flexão. Por outro lado, a adição de óxido de grafite não comprometeu a resistência à compressão e exibiu ganhos na resistência à flexão. A resistividade elétrica das argamassas foi encontrada na seguinte ordem crescente: grafite-like, grafite e óxido de grafite. Em outro contexto, o uso da fibra de carbono nos últimos anos tem aumentado substancialmente, com isso obtém-se maior volume de resíduos de fibras de carbono resultante das perdas. Nesse seguimento, o segundo estudo desta tese investigou o uso de resíduos de fibras de carbono em argamassas de cimento e pó de coco, bem como o efeito da moagem no processo de produção. As propriedades físicas, mecânicas e de durabilidade foram avaliadas. A utilização do processo de moagem resultou em ganhos de 87% na resistência à compressão. A adição das fibras de carbono resultou em ganhos de até 192% na resistência à flexão. Os resultados de durabilidade exibiram estabilidade na propriedade mecânica de flexão ao longo do tempo para as argamassas com fibras de carbono.São Cristóvão, S