Carbon Nanotubes in Portland cement concrete: Influence of dispersion on mechanical properties and water absorption
Abstract
Carbon nanotubes (CNTs) are carbon structures that take the shape of cylinders in nanometric scale. This
paper presents an evaluation about addition of CNTs in Portland cement concrete, focused in the
importance of performing the CNTs dispersion in water using ultrasound before its incorporation to the
concrete mass. For that, three concrete mixtures were prepared, one without CNT (reference series) and
two with CNTs (one mixture with previous dispersion in water and additive using ultrasound and the
other without dispersion). Then properties of fluidity, compressive and tensile strength and water
absorption were analyzed. The amount of CNT added was 0.30% with respect to cement mass. In all
cases, the previous dispersion of CNTs using ultrasound potentiated the effect of CNTs addition,
demonstrating to be important for the efficiency of this material when added to cement.
Keywords: carbon nanotubes; concrete; strength; water absorption.
Downloads
References
Marcondes, C. G. N. (2012), Adição de nanotubos de carbono em concretos de cimento portland – absorção, permeabilidade, penetração de cloretos e propriedades mecânicas. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Paraná, Curitiba, Brasil.
Couto, G. G. (2006), Nano partículas de níquel: síntese, caracterização, propriedades e estudo de sua utilização como catalisadores na obtenção de nano tubos de carbono. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Paraná, Curitiba, Brasil.
Zarbin, A. J. G. (2007), Química de nano materiais. Quimica Nova, v.30, n.6, p. 1469-1479. DOI: https://doi.org/10.1590/S0100-40422007000600016
Herbst, M. H; Macêdo, M. I. F; Rocco, A. M. (2004), Tecnologia dos nanotubos de carbono: tendências e perspectivas de uma área multidisciplinar. Química Nova, v.27, n.6, p. 986-992. DOI: https://doi.org/10.1590/S0100-40422004000600025
Batiston, E. R., Hampinelli, D., Oliveira, R. C., Gleize, P. J. P. (2010), “Funcionalização e efeito da incorporação de nano tubos de carbono na cinética de hidratação em matrizes cimentícias” in: Congresso Brasileiro do Concreto, 52., Ibracon, Fortaleza (Brasil), pp. 1-12.
Makar, J., Margeson, J., Luh, J. (2005), “Carbon nanotube / cement composites – early results and potential applications” in: International Conference on Construction Materials: Performance, Innovations and Structural Implications, v.3., pp. 1-10.
Chaipanich, A., Nochaiva, T., Wongkeo, W., Torkittikul, P. (2010), Compressive strength and microstructure of carbon nanotubes–fly ash cement composites. Materials Science and Engineering: A, v.527, n.4-5, p. 1063–1067. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.09.039
Melo, V. S., Calixto, J. M., Ladeira, L. O., Silva, A. P., Oliveira, S. (2011), Desempenho de argamassas de cimento Portland contendo nanotubos de carbono e aditivo de melamina. Revista Construindo, v.3, n.2, p. 21-26.
Li, H., Xiao, H. G., Ou, J. P. (2004), A study on mechanical and pressure-sensitive properties of cement mortar with nanophase materials. Cement and Concrete Research, v.34, n.6, p. 435-438. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2003.08.025
Konsta-Gdoutos, M. S., Zoi, S. M., Surendra, P. S. (2010), Highly dispersed carbon nanotube reinforced cement based materials. Cement and Concrete Research, v.40, n.7, p. 1052-1059. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2010.02.015
Koshio, A., Yudasaka, M., Zhang, M., Iijima, S. (2001), Uma maneira simples de reagir quimicamente Nanotubos de carbono de parede simples com materiais orgânicos usando a ultrasonificação. Nano Letters, v.1, n.7, p. 361-363.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Cimento Portland e outros materiais em pó - Determinação da massa específica – Método de ensaio. NBR NM 23, Rio de Janeiro, 2001.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Agregados para concreto – Especificação. NBR 7211, Rio de Janeiro, 2005.
American Society for Testing and Materials. Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete. ASTM C 494 / C 494M, USA, 2011.
American Society for Testing and Materials. Standard Specification for Chemical Admixtures for Use in Producing Flowing Concrete. American ASTM C 1017/C 1017M, USA, 1998.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Aditivos químicos para concreto de cimento Portland – Requisitos. NBR 11768, Rio de Janeiro, 2011.
Mehta, P. K., Monteiro, P. (2008), “Concreto – Estrutura, Propriedades e Materiais” (São Paulo, Brasil: IBRACON), 3ed., p. 674.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Agregados - Determinação da composição granulométrica – Método de ensaio. NBR NM 248, Rio de Janeiro, 2001.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Agregados - Determinação do material fino que passa através da peneira 75 um, por lavagem – Método de ensaio. NBR NM 46, Rio de Janeiro, 2003.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Agregado miúdo - Determinação da massa específica e massa específica aparente – Método de ensaio. NBR NM 52, Rio de Janeiro, 2009.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Agregados - Determinação da massa unitária e do volume de vazios – Método de ensaio. NBR NM 45, Rio de Janeiro, 2006.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Agregado miúdo - Determinação da absorção de água. NBR NM 30, Rio de Janeiro, 2001.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Agregado miúdo - Determinação de impurezas orgânicas – Método de ensaio. NBR NM 49, Rio de Janeiro, 2001.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Agregados — Determinação do teor de argila em torrões e materiais friáveis – Método de ensaio. NBR 7218, Rio de Janeiro, 1987.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. NBR 6118, Rio de Janeiro, 2007.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Concreto – Preparo, controle e recebimento – Requisitos. NBR 12655, Rio de Janeiro, 2006.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova - Procedimento. NBR 5738, Rio de Janeiro, 2003.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Concreto e argamassa — Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos de prova cilíndricos – Método de ensaio. NBR 7222, Rio de Janeiro, 2011.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Argamassa e concreto endurecido - Determinação da absorção de água por imersão – Índice e vazios e massa especifica – Método de ensaio. NBR 9778, Rio de Janeiro, 2005.
Reunion Internationale des Lamoratoires D’Essais et de recherches sur les Materiaux et les Constructions. RILEM Test Method II.4: Water absorption tube test, 2006.
Melo, V. S. (2009), Nanotecnologia aplicada ao concreto: efeito da mistura física de nanotubos de carbono em matrizes de cimento Portland. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasil.
Nochaiya, T., Chaipanich, A. (2011), Behavior of multi-walled carbon nanotubes on the porosity and microstructure of cement-based materials. Applied Surface Science, v. 257, n. 6, p. 1941–1945. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.09.030
Ludvig, P., Calixto, J. M., Ladeira, L. O., Gaspar, I. C. P. (2011), Using Converter Dust to Produce Low Cost Cementitious Composites by in situ Carbon Nanotube and Nanofiber Synthesis. Materials, v. 4, n.3, p. 575-584. DOI: https://doi.org/10.3390/ma4030575
Melo, V. S., Calixto, J. M. F., Ladeira, L. O., Silva, A. P. (2011), Macro- and MicroCharacterization of Mortars Produced with Carbon Nanotubes. ACI Materials Journal, v. 108, n. 3, p. 327-332. DOI: https://doi.org/10.14359/51682498
_______________________________
License in effect from September 2020
You are free to:
- Share — copy and redistribute the material in any medium or format for any purpose, even commercially.
- Adapt — remix, transform, and build upon the material for any purpose, even commercially.
- The licensor cannot revoke these freedoms as long as you follow the license terms.
Under the following terms:
- Attribution — You must give appropriate credit , provide a link to the license, and indicate if changes were made . You may do so in any reasonable manner, but not in any way that suggests the licensor endorses you or your use.
- No additional restrictions — You may not apply legal terms or technological measures that legally restrict others from doing anything the license permits.
Notices:
You do not have to comply with the license for elements of the material in the public domain or where your use is permitted by an applicable exception or limitation .
No warranties are given. The license may not give you all of the permissions necessary for your intended use. For example, other rights such as publicity, privacy, or moral rights may limit how you use the material.
.png)
