Avaliação de desempenho de argamassas geopoliméricas autoadensáveis dosadas pelo delineamento estatístico de misturas e reforçadas por malhas poliméricas 3D impressas

Abstract

O elevado desempenho mecânico dos geopolímeros, aliado à baixa emissão de CO2 associada a eles, bem como ao potencial de serem utilizados como ligante em misturas autoadensáveis, têm despertado grande interesse na construção civil. Entretanto, o comportamento frágil dos geopolímeros, inerente aos materiais cerâmicos, demanda o uso de materiais de reforço capazes de torná-los adequados às aplicações que envolvam cargas dinâmicas ou de tração. Nesse contexto, buscando unir conceitos da tecnologia do concreto têxtil e da manufatura aditiva, este trabalho, propõe, de forma embrionária, o conceito e o desenvolvimento de compósitos de matrizes geopoliméricas reforçados com malhas 3D impressas. Para a dosagem da matriz, uma argamassa geopolimérica, empregou-se o delineamento estatístico de misturas associado à otimização múltipla. Treze formulações de base, que serviram para a elaboração de modelos que relacionam as propriedades de fluxo (espalhamento no mini-slump e tempo de escoamento no mini-funil V), física (porosidade aparente) e mecânicas (resistências à compressão axial e à tração na flexão), com as frações mássicas dos ingredientes das argamassas, foram estabelecidas empregando-se o projeto estatístico denominado “extreme vertices screening design”. As argamassas foram preparadas com metacaulim, uma solução ativadora de NaOH, silicato de sódio alternativo ([Na2O/SiO2] = 0,262), areia quartzosa e aditivo superplastificante à base de policarboxilato. Nesta etapa, se determinou a formulação auto adensável ótima, ou seja, a que apresenta a máxima relação desempenho/custo. Esta argamassa foi preparada com uma solução ativadora de NaOH com molaridade igual a 9,02 M, razão molar Na2O/Al2O3 igual a 1,42 e concentração volumétrica de sólidos igual a 0,52. A etapa seguinte, que envolveu a fase reforço, consistiu em avaliar a resistência ao ambiente alcalino de filamentos normalmente empregados na impressão 3D, PLA e PETG. No ensaio prolongado de exposição à solução alcalina por 7 dias, verificou-se, após a exposição que, o PLA apresentou perda de massa de 35,83% e 45,62% de resistência à tração. Já o PETG não sofreu alterações físicas e mecânicas significantes. Estes resultados conduziram à escolha do PETG como o material para a produção das malhas 3D de reforço. Duas geometrias de malhas para uso como reforço dos compósitos foram desenvolvidas: uma homogênea, que permite obter compósitos com distribuição uniforme de reforço e outra com gradação funcional, projetada para concentrar o reforço na região tracionada do compósito quando submetido à flexão. Os compósitos foram preparados e avaliados sob flexão seguindo o método estabelecido na EN 14651 (2007). As malhas homogêneas e graduadas aumentaram a tenacidade e a energia de fratura e conservaram a carga máxima suportada e o fator crítico de fratura dos compósitos. Além disso, a gradação das malhas possibilitou reduzir o consumo de material sem comprometer o desempenho mecânico dos compósitos. Os compósitos desenvolvidos com uma matriz geopolimérica auto adensável e com malhas de reforço impressas, proporcionaram novos conceitos tecnológicos, com prospecção de ampla aplicação na construção civil.