Propriedades mecânicas de argamassas geopoliméricas com a incorporação de pó de vidro e fibra metálica
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
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Universidade Federal de São Carlos
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Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECiv
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| Link de acesso: | https://hdl.handle.net/20.500.14289/22190 |
Resumo: | The growing need for alternatives to Portland cement is driving the development of sustainable composites. This study evaluated geopolymer mortars based on metakaolin, incorporating glass powder waste, added alumina and reinforced with straight metal fibers, with the aim of investigating the technical feasibility and use of solid waste. Formulations were developed with a partial substitution of 20% of the metakaolin with glass powder and added alumina, and metal fiber contents of 1.0%, 1.5% and 2.0% by volume. The experimental program included tests of consistency index in the fresh state and in the hardened state, axial compressive strength, flexural tensile strength, diametrical compressive strength, dynamic modulus of elasticity, mass density and double punching tensile strength. Microstructural characterizations were carried out using XRD, FTIR and SEM. The results showed that the addition of 2.0% metal fibers promoted a significant increase in flexural tensile strength of 176.69% (15.43 MPa) and axial compressive strength of 46.82% (66.21 MPa). However, the formulation with 1.5% fibers exhibited the best overall performance in terms of mechanical properties, as well as providing increased toughness and improved post-cracking behavior, reducing the initial fragility of the mortars, without compromising the consistency index in the fresh state in relation to the reference. Microstructural characterization showed the consolidation of hydrated sodium aluminosilicate (N-A-S-H) gels with a well-defined structure in the reference composition. The partial incorporation of glass powder and alumina resulted in an increase in the amorphous phase, as shown by Rietveld analysis, indicating changes in the structure of the geopolymer matrix, which was reflected in a reduction in mechanical properties. Nevertheless, the formulations containing glass powder showed adequate performance for structural applications, corroborating the technical viability of using industrial by-products in geopolymer systems as a sustainable alternative for the construction sector. |
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Vasconcelos, Arthur de Sousa LimaFerreira, Fernanda Giannotti da Silvahttp://lattes.cnpq.br/0329487394818763http://lattes.cnpq.br/3144392961222299https://orcid.org/0000-0002-5504-4516http://lattes.cnpq.br/03294873948187632025-06-06T19:39:39Z2025-05-09VASCONCELOS, Arthur de Sousa Lima. Propriedades mecânicas de argamassas geopoliméricas com a incorporação de pó de vidro e fibra metálica. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22190.https://hdl.handle.net/20.500.14289/22190The growing need for alternatives to Portland cement is driving the development of sustainable composites. This study evaluated geopolymer mortars based on metakaolin, incorporating glass powder waste, added alumina and reinforced with straight metal fibers, with the aim of investigating the technical feasibility and use of solid waste. Formulations were developed with a partial substitution of 20% of the metakaolin with glass powder and added alumina, and metal fiber contents of 1.0%, 1.5% and 2.0% by volume. The experimental program included tests of consistency index in the fresh state and in the hardened state, axial compressive strength, flexural tensile strength, diametrical compressive strength, dynamic modulus of elasticity, mass density and double punching tensile strength. Microstructural characterizations were carried out using XRD, FTIR and SEM. The results showed that the addition of 2.0% metal fibers promoted a significant increase in flexural tensile strength of 176.69% (15.43 MPa) and axial compressive strength of 46.82% (66.21 MPa). However, the formulation with 1.5% fibers exhibited the best overall performance in terms of mechanical properties, as well as providing increased toughness and improved post-cracking behavior, reducing the initial fragility of the mortars, without compromising the consistency index in the fresh state in relation to the reference. Microstructural characterization showed the consolidation of hydrated sodium aluminosilicate (N-A-S-H) gels with a well-defined structure in the reference composition. The partial incorporation of glass powder and alumina resulted in an increase in the amorphous phase, as shown by Rietveld analysis, indicating changes in the structure of the geopolymer matrix, which was reflected in a reduction in mechanical properties. Nevertheless, the formulations containing glass powder showed adequate performance for structural applications, corroborating the technical viability of using industrial by-products in geopolymer systems as a sustainable alternative for the construction sector.A crescente necessidade de alternativas ao cimento Portland impulsiona o desenvolvimento de compósitos sustentáveis. Este estudo avaliou argamassas geopoliméricas à base de metacaulim, incorporando resíduo de pó de vidro, adição de alumina e reforço com fibras metálicas retas, visando investigar a viabilidade técnica e o aproveitamento de resíduos sólidos. Foram desenvolvidas formulações com substituição parcial de 20% do metacaulim por pó de vidro e adição de alumina, e teores de fibras metálicas de 1,0%, 1,5% e 2,0% em volume. O programa experimental contemplou ensaios de índice de consistência no estado fresco e, no estado endurecido, resistência à compressão axial, resistência à tração na flexão, resistência à tração por compressão diametral, módulo de elasticidade dinâmico, densidade de massa e resistência à tração por duplo puncionamento. Caracterizações microestruturais foram realizadas por DRX, FTIR e MEV. Os resultados demonstraram que a adição de 2,0% de fibras metálicas promoveu incremento significativo na resistência à tração na flexão em 176,69% (15,43 MPa) e na resistência à compressão axial em 46,82% (66,21 MPa). Entretanto, a formulação com 1,5% de fibras exibiu o melhor desempenho global em propriedades mecânicas, além de proporcionar aumento da tenacidade e melhoria do comportamento pós-fissuração, reduzindo a fragilidade inicial das argamassas, sem comprometer o índice de consistência no estado fresco em relação à referência. A caracterização microestrutural evidenciou a consolidação de géis de aluminossilicato de sódio hidratado (N-A-S-H) com estrutura bem definida na composição de referência. A incorporação parcial de pó de vidro e alumina resultou no incremento da fase amorfa, conforme demonstrado pela análise de Rietveld, indicando alterações na estrutura da matriz geopolimérica, o que se refletiu na redução das propriedades mecânicas. Não obstante, as formulações contendo pó de vidro apresentaram desempenho adequado para aplicações de caráter estrutural, corroborando a viabilidade técnica da valorização de subprodutos industriais em sistemas geopoliméricos como alternativa sustentável para o setor da construção civil.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo nº 88887.838965/2023-00, Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECivUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessMetacaulimFibras de açoArgamassas geopoliméricasPó de vidroAluminaMetakaolinGeopolymer mortarsGeopolymer mortarsGlass powderENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL::MATERIAIS E COMPONENTES DE CONSTRUCAOPropriedades mecânicas de argamassas geopoliméricas com a incorporação de pó de vidro e fibra metálicaMechanical properties of geopolymer mortars with the incorporation of glass powder and steel fiberinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALArthur_Vasconcelos-Mestrado-repositorio.pdfArthur_Vasconcelos-Mestrado-repositorio.pdfDissertação de mestrado.application/pdf7176096https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/10e9b394-4068-42e8-b056-fb794be73f01/downloade64dfb9b11888f16e8fc6e64333f783eMD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8905https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/163ede5b-e147-4aca-bd1f-e984e87c952d/download57e258e544f104f04afb1d5e5b4e53c0MD53falseAnonymousREADTEXTArthur_Vasconcelos-Mestrado-repositorio.pdf.txtArthur_Vasconcelos-Mestrado-repositorio.pdf.txtExtracted texttext/plain103059https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/1ba2d15b-0317-4f85-b178-1323f118f166/download29dc7e92052949f69a75eaefba89aa5dMD54falseAnonymousREADTHUMBNAILArthur_Vasconcelos-Mestrado-repositorio.pdf.jpgArthur_Vasconcelos-Mestrado-repositorio.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4424https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/969598de-62d5-4ce7-bdb8-4486525d04dc/download082710f66936d3ef7100388590706580MD55falseAnonymousREAD20.500.14289/221902025-06-07 00:11:49.625http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/22190https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-06-07T03:11:49Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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