Estudo da reologia de geopolímero para processo de extrusão aplicado em impressora 3D

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Gonçalves, Carlos Eduardo Cardoso [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Geopolimerização; Ativação alcalina; Reômetro extrusor; Reologia do geopolímero; Manufatura aditiva; Reologia; Reômetros; Polímeros inorgânicos; Geopolymerization; Alkaline activation; Ram rheometer; Geopolymer’s rheology; Additive manufacturing
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/251563

Tendo em vista a crescente busca pela sustentabilidade, novos materiais cimentícios vêm sendo desenvolvidos, tais como os ligantes produzidos a partir da ativação alcalina de aluminossilicatos, resultando nos chamados geopolímeros. Um dos tipos de geopolímero bastante estudados tem como base o metacaulim e ativação através de uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) e silicato de sódio (Na2SiO3). O objetivo deste trabalho é avaliar a reologia de geopolímeros, com e sem fibras de polipropileno, usando um reômetro extrusor, para aplicação em impressora 3D. Para tanto, foram preparadas 11 diferentes formulações, variando-se a molaridade, relação mássica Na2SiO3/NaOH e razão molar SiO2/Al2O3 para execução de ensaios reológicos e tratamento de dados pelo modelo de Benbow. Foram utilizados dois lotes distintos de metacaulim. Com o primeiro lote, a formulação GP1 foi a que se apresentou como a melhor opção, de acordo com avaliação dos efeitos das razões sinal/ruído em comparação com o comportamento reológico da argila de referência utilizada na impressora 3D. Tal formulação passou por ajustes finos na molaridade, reduzindo de 5 M para 4,75 M e a reologia se mostrou adequada para a impressão 3D, produzindo com sucesso uma amostra cilíndrica com diâmetro 35 mm e altura 70 mm. As pressões de extrusão calculadas com a Equação de Benbow para o GP1-4,75M exibiram valores quase 50% abaixo daqueles calculados para a GP1, demonstrando estarem muito próximos dos esforços calculados para a argila de testes, que foram de 334,827 ± 20,227 kPa. Todavia, com o segundo lote de metacaulim, novos ajustes foram necessários nas formulações, pois as características físicas e químicas eram significativamente diferentes em relação às do primeiro lote, tais como distribuição granulométrica e composição química. A nova formulação de melhor desempenho reológico (GP11-7,46 M) foi produzida a partir de redução de molaridade e uso de diferentes teores de aditivos, tais como plastificante e surfactante e o seu comportamento foi avaliado por meio de cálculos de tensões de escoamento e de cisalhamento novamente com a Equação de Benbow. Com a impressão bem-sucedida de uma amostra cilíndrica com o GP11-7,46 M, esta formulação foi utilizada para avaliar a reologia da pasta com adição de fibras de polipropileno. Novos ensaios reológicos foram realizados usando o método de Benbow, encontrando-se, ao contrário do esperado, pressões de extrusão até 75% abaixo dos valores calculados para o GP11-7,46 M. A formulação GP11-0,05% F foi também testada na impressora e produziu com sucesso uma nova amostra cilíndrica, enquanto que a formulação GP11-0,25% F causou obstrução da boquilha do cabeçote de extrusão da impressora 3D.