| Campo DC | Valor | Idioma |
| dc.creator | Amaral, Igor Brumano Coelho | - |
| dc.date.accessioned | 2025-06-13T23:53:47Z | - |
| dc.date.available | 2025-06-13T23:53:47Z | - |
| dc.date.issued | 2024-09-27 | - |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/42320 | - |
| dc.description.abstract | The construction industry is seeking more sustainable alternatives to Portland
cement, a major CO2 emitter. In this context, alkali-activated cements (AACs) or
geopolymers stand out for their use of industrial byproducts, thereby reducing
environmental impact and potentially enhancing mechanical properties. Additionally, 3D printing is emerging as a disruptive technology for the sector, enabling the
creation of complex geometries, process automation, and reductions in waste and
costs.The objective of this thesis was to develop and evaluate the physical and
mechanical behavior of alkali-activated composites reinforced with glass fibers for 3D
printing applications. The methodology included the characterization of precursors
(metakaolin, blast furnace slag, and steel slag) and an activator (sodium metasilicate). The "one-part" alkali-activation method was chosen, mixing the dry materials –
precursor, activator, and 6 mm AR glass fibers (0%, 1.0%, 1.5%, and 2.0%) – before
adding water. A 2
k
factorial design assisted in defining the optimal dosage. Preliminary tests revealed that slag-based matrices were unfeasible for 3D printing
with the available equipment, leading to the selection of metakaolin (MK) as the main
precursor. The optimal dosage for MK was established with molar ratios of
SiO₂/Al₂O₃ = 3,2, SiO₂/Na₂O = 4,0, and Na₂O/Al₂O₃ = 0,8. Fresh-state properties were
analyzed by setting time tests (Vicat and calorimetry) and rheology tests (Squeeze
Flow). In the hardened state, axial compressive strength (cubic specimens) and four- point flexural strength (160x40x20 mm prisms) were evaluated for both molded and
3D printed samples. Linear interleaved (perpendicular) and honeycomb infill patterns, both with 50% infill, were investigated, and a cementitious plate prototype inspired by
the Victoria Regia structure was also developed. Results showed that fiber-reinforced
molded samples exhibited an increase in rupture load (up to 125% with 2.0% fibers)
and post-cracking residual load capacity, indicating higher toughness. 3D printed
samples with a linear interleaved pattern also showed an increase in rupture load
with fiber addition (around 21.4%). Notably, most of these printed samples showed
higher Specific Energy Absorption (SEA) than molded ones, highlighting the benefit
of fiber alignment promoted by extrusion. In contrast, the honeycomb infill pattern
resulted in a significant reduction in peak load (67.6%) and toughness, due to the
non-alignment of fibers with the main stress direction. The Victoria Regia-inspired
prototype was successfully printed, validating the feasibility of complex geometries, although it requires optimization of printing parameters. It is concluded that the thesis
demonstrated the feasibility of developing metakaolin-based alkali-activated
composites reinforced with glass fibers for 3D printing. The addition of glass fibers
significantly improved the post-cracking mechanical behavior and toughness of the
composites, both molded and printed, with a content between 1.0% and 1.5% being
the most suitable for maintaining print quality. | pt_BR |
| dc.description.sponsorship | Fapesb | pt_BR |
| dc.language | por | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal da Bahia | pt_BR |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
| dc.subject | Álcali-ativação | pt_BR |
| dc.subject | Geopolímeros | pt_BR |
| dc.subject | Manufatura aditiva | pt_BR |
| dc.subject | Fibras de vidro | pt_BR |
| dc.subject | Reforço de compósitos | pt_BR |
| dc.subject | Tenacidade | pt_BR |
| dc.subject | Biomimética | pt_BR |
| dc.subject | Sustentabilidade | pt_BR |
| dc.subject | Escórias | pt_BR |
| dc.subject.other | Alkali-activation | pt_BR |
| dc.subject.other | Geopolymers | pt_BR |
| dc.subject.other | Additive manufacturing | pt_BR |
| dc.subject.other | Glass fiber | pt_BR |
| dc.subject.other | Composite reinforcement | pt_BR |
| dc.subject.other | Toughness | pt_BR |
| dc.subject.other | Biomimetics | pt_BR |
| dc.subject.other | Sustainability | pt_BR |
| dc.subject.other | Slags | pt_BR |
| dc.title | Desenvolvimento de compósitos álcali-ativados reforçados com fibras de vidro para impressão 3D | pt_BR |
| dc.title.alternative | Development of alkali-activated composites reinforced with glass fibers for 3D printing | pt_BR |
| dc.type | Tese | pt_BR |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PPEC) | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UFBA | pt_BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1 | Cilla, Marcelo Strozi | - |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8254610220451251 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co1 | Lima, Paulo Roberto Lopes | - |
| dc.contributor.referee1 | Cilla, Marcelo Strozi | - |
| dc.contributor.referee2 | Crovace, Murilo Camuri | - |
| dc.contributor.referee3 | Lameira, Rodrigo de Melo | - |
| dc.contributor.referee4 | Santos, Geraldo José Belmonte dos | - |
| dc.contributor.referee5 | Dias, Cléber Marcos Ribeiro | - |
| dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/0816773687186536 | pt_BR |
| dc.description.resumo | A indústria da construção civil busca alternativas mais sustentáveis ao cimento
Portland, um grande emissor de CO2. Nesse contexto, os cimentos álcali-ativados
(CAA) ou geopolímeros destacam-se por utilizarem rejeitos industriais, diminuindo o
impacto ambiental e, potencialmente, melhorando propriedades mecânicas. Adicionalmente, a impressão 3D surge como uma tecnologia disruptiva para o setor, permitindo a criação de geometrias complexas, automação, redução de desperdícios
e custos. O objetivo desta tese foi desenvolver e avaliar o comportamento físico e
mecânico de compósitos álcali-ativados reforçados com fibras de vidro para
aplicação em impressão 3D. A metodologia incluiu a caracterização de precursores
(metacaulim, escória de alto forno e de aciaria) e ativador (metassilicato de sódio). Optou-se pelo método de álcali-ativação de "uma parte", misturando os materiais
secos – precursor, ativador e fibras de vidro AR de 6 mm (0%, 1,0%, 1,5% e 2,0%) –
antes da adição de água. Um planejamento fatorial 2
k auxiliou na definição da
dosagem ideal. Testes preliminares revelaram que matrizes com escórias eram
inviáveis para a impressão 3D com o equipamento disponível, levando à escolha do
metacaulim como precursor principal. A dosagem ideal para o MK foi estabelecida
com relações molares de SiO₂/Al₂O₃ = 3,2, SiO₂/Na₂O = 4,0 e Na₂O/Al₂O₃ = 0,8. As
propriedades no estado fresco foram analisadas por ensaios de tempo de pega
(Vicat e calorimetria) e reologia (Squeeze Flow). No estado endurecido, avaliaram-se
a resistência à compressão axial (corpos de prova cúbicos) e à flexão em quatro
pontos (prismas 160x40x20 mm), tanto moldadas quanto impressas em 3D. Foram
investigados padrões de preenchimento linear intercalado (perpendicular) e colmeia, ambos com 50% de preenchimento e um protótipo de placa cimentícia inspirado na
estrutura da Vitória Régia também foi desenvolvido. Resultados demonstraram que
amostras moldadas reforçadas com fibras apresentaram aumento na carga de
ruptura (até 125% com 2,0% de fibras) e capacidade de carga residual pós fissuração, indicando maior tenacidade. Amostras impressas em 3D com padrão
linear intercalado também exibiram aumento na carga de ruptura com a adição de
fibras (cerca de 21,4%). Notavelmente, a maioria dessas amostras impressas
apresentou maior Absorção Específica de Energia (SEA) que as moldadas, evidenciando o benefício do alinhamento de fibras promovido pela extrusão. Em
contraste, o padrão de preenchimento colmeia resultou em uma redução significativa
da carga de pico (67,6%) e da tenacidade, devido ao não alinhamento das fibras
com a direção principal dos esforços. O protótipo inspirado na Vitória Régia foi
impresso com sucesso, validando a viabilidade de geometrias complexas, embora
necessite de otimização nos parâmetros de impressão. Conclui-se que a tese
demonstrou a viabilidade do desenvolvimento de compósitos álcali-ativados à base
de metacaulim reforçados com fibras de vidro para impressão 3D. A adição de fibras
de vidro melhorou significativamente o comportamento mecânico pós-fissuração e a
tenacidade dos compósitos, tanto moldados quanto impressos, sendo o teor entre
1,0% e 1,5% o mais adequado para manter a qualidade da impressão. | pt_BR |
| dc.publisher.department | Escola Politécnica | pt_BR |
| dc.relation.references | AMARAL,Igor Brumano Coelho. Desenvolvimento de compósitos álcali-ativados reforçados com fibras de vidro para impressão 3D. 115f. Tese (doutorado) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Civil, Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2024. | pt_BR |
| dc.type.degree | Doutorado | pt_BR |
| Aparece nas coleções: | Tese (PPEC)
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