Estudo das propriedades da pasta de cimento com a adição de óxido de grafeno

Abstract

O óxido de grafeno (OG) é uma forma funcionalizada do grafeno que tem despertado crescente interesse na engenharia civil, especialmente na modificação de materiais cimentícios. Suas propriedades únicas, como alta área superficial específica, elevada resistência mecânica e capacidade de melhorar a distribuição de tensões dentro da matriz cimentícia, tornam o OG um aditivo promissor para melhorar diversas propriedades do cimento e do concreto. Este estudo investiga os efeitos da incorporação de OG em pastas de cimento Portland, utilizando uma variedade de métodos analíticos para avaliar as mudanças nas propriedades mecânicas, térmicas e microestruturais. Pastas de cimento foram preparadas com diferentes porcentagens de OG, surfactante (SF) e relações água/cimento (A/C), sendo comparadas com amostras de referência. As principais técnicas empregadas na análise do comportamento das misturas incluem Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Ensaios de Absorção e Índice de Vazios, Termogravimetria (TG), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Reometria Rotacional, Calorimetria Isotérmica e testes de resistência à compressão e tração na flexão. Os resultados indicaram que o OG pode melhorar significativamente o desempenho da pasta de cimento, com a porcentagem de 0,1% do nanomaterial exibindo os comportamentos mais otimizados e promissores junto a teores de 2,5% de SF e uma relação a/c 0,4. Análises de variância (ANOVA) foram realizadas para verificar a influência do OG na matriz cimentícia, e os resultados foram detalhadamente apresentados. Este trabalho serve como base tanto para a aplicação em campo quanto para futuras investigações na otimização de materiais cimentícios.

Abstract: Graphene oxide (OG) is a functionalized form of graphene that has aroused growing interest in civil engineering, especially in the modification of cementitious materials. Its unique properties, such as high specific surface area, high mechanical strength and ability to improve stress distribution within the cement matrix, make OG a promising additive for improving various properties of cement and concrete. This study investigates the effects of incorporating OG into Portland cement pastes, using a variety of analytical methods to evaluate changes in mechanical, thermal and microstructural properties. Cement pastes were prepared with different percentages of OG, surfactant (SF) and water/cement ratios (A/C), and compared with reference samples. The main techniques used to analyze the behavior of the mixtures include X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Absorption and Void Index Tests, Thermogravimetry (TG), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Rotational Rheometry, Isothermal Calorimetry and compressive and flexural tensile strength tests. The results indicated that OG can significantly improve the performance of cement paste, with a percentage of 0.1% of the nanomaterial exhibiting the most optimized and promising behavior together with SF contents of 2.5% and a w/c ratio of 0.4. Analyses of variance (ANOVA) were carried out to verify the influence of GO on the cementitious matrix, and the results are presented in detail. This work serves as a basis for both field application and future research into the optimization of cementitious materials.