Desenvolvimento de geopolímeros leves reforçados com fibras de vidro

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Joinville, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências Mecânicas, Joinville, 2022.Inseridos num contexto de desenvolvimento sustentável, os países buscam constantemente alternativas para reduzir os impactos ambientais causados pela construção civil, especialmente pela produção do cimento Portland, uma vez que esta é a principal causa das emissões de CO2 na atmosfera. Dentre estas alternativas, destacam-se os polímeros inorgânicos ou geopolímeros, que são materiais que, quando submetidos a soluções alcalinas, endurecem devido à polimerização. As matérias primas para a produção dos geopolímeros são provenientes de composições químicas ricas em sílica e alumina. O desenvolvimento desses materiais tem ganhado espaço no cenário mundial das pesquisas nos últimos anos, principalmente pela proposta menos poluente em sua produção e aplicações como materiais leves e multifuncionais através da incorporação de poros na estrutura. Em contrapartida, a formação porosa dessa matriz gera uma queda brusca em sua resistência mecânica. Dessa forma, a introdução de fibras para reforço aparece como uma interessante alternativa para a viabilidade do uso desses elementos na construção civil. Nesta pesquisa, será utilizado o metacaulim como fonte principal de aluminossilicato, enquanto a adição do pó de alumínio em diferentes granulometrias terá a função de um agente formador de poros. A solução ativadora alcalina será composta pelo hidróxido de sódio juntamente com o silicato de sódio. As fibras de vidro serão adicionadas com o intuito de reforço para as pastas geopoliméricas. Os resultados demonstram que o pó de alumínio em sua granulometria fina e o seu efeito, quando comparado com o pó de alumínio grosso, contém influência direta na porosidade, consistência, densidade e resistência mecânica. Dessa forma, pastas geopoliméricas porosas reforçadas com fibras foram produzidas e valores de resistência à flexão aos 28 dias de curas alcançaram 0,93 MPa com valores de densidade de 0,38 g/cm3 e maior valor de capacidade de absorção de água (110,13%). Em relação à condutividade térmica, o menor valor encontrado está alinhado com a amostra 0,35P.Af+0,5Fb, resultando em 106,09 mW/mK, mostrando que o pó de alumínio, juntamente com a incorporação das fibras de vidro como reforço, podem ser utilizados em aplicações que requeiram materiais leves, isolantes térmicos e multifuncionais.Abstract: The focus on sustainable development has motivated a collective effort from all countries to seek alternatives to reduce the environmental impact of civil construction. This is especially critical since the production of Portland cement is one of the main causes of CO2 emissions in the atmosphere. Among these alternatives, inorganic polymers or geopolymers are of particular interest since they are materials that harden due to polymerization when exposed to alkaline solutions. The raw materials for the production of geopolymers come from chemical compounds rich in silica and alumina. Worldwide research and development of these materials has accelerated in recent years since they present a less polluting option in their production and has a light and multifunctional characteristic due to the presence of pores in their structure. However, the same porous structure of the matrix generates a sharp drop in mechanical strength. Thus, techniques such as the introduction of fibers for reinforcement are used to increase the usability of these elements in civil construction. In this study, metakaolin was proposed as the main source of aluminosilicate, while the addition of aluminum powder in different particle sizes had the function of a pore-forming agent. The alkaline activating solution was composed of sodium hydroxide mixed with sodium silicate. Glass fibers were added in order to reinforce the geopolymeric pastes. Results demonstrated that the fine or coarse granulometry of aluminum powder had a direct effect on porosity, consistency, density and mechanical strength. Reinforced porous geopolymeric pastes presented flexural strengths of up to 0.93 MPa at 28 days of curing with density values of 0.38 g/cm³ and higher water absorption capacity value (110,13%). Regarding thermal conductivity, the lowest value found is in line with the sample 0.35P.Af+0.5Fb, resulting in 106,09 mW/mK. This demonstrated that aluminum powder geopolymers, with the incorporation of glass fibers as reinforcement, can be used in applications that require light materials, thermal insulation or multifunctional use