Preparation and characterization of functional mortars

Abstract

Pretendeu-se com o presente trabalho preparar e caracterizar dois tipos de argamassas funcionais: argamassas estruturais e argamassas decorativas obtidas a partir da incorporação de nanotubos de carbono e compostos fotocrómicos respectivamente. Quanto às argamassas estruturais (SCM), utilizaram-se nanotubos de carbono (superficialmente modificados, ou não) como material de reforço. Neste contexto foram estudados: (i) os limites de concentração, (ii) diferentes métodos de dispersão e, (iii) estratégias preparativas que minimizam o problema da hidrofobicidade dos nanotubos quando adicionados à argamassa. Os materiais foram caracterizados por testes de solubilidade, resistência à compressão, resistência à tracção, resistência a flexão, módulo de elasticidade, capilaridade e microscopia electrónica de varrimento (SEM). Os resultados mais promissores foram obtidos após modificação superficial dos CNT, ou recorrendo à dispersão numa suspensão de TiO2. As propriedades mecânicas das argamassas resultantes foram superiores à amostra padrão no mas as suas propriedades físicas foram mantidas similares. Tendo em conta a natureza aplicada deste projecto foi ainda feita uma breve avaliação económica sobre a utilização de CNT na indústria de argamassas. Essa avaliação apontou para a necessidade de novos estudos semelhantes ao aqui apresentado afim de minimizar as quantidades de CNTs a usar. Em relação às argamassas decorativas (DCM) o uso de compostos fotocrómicos foi explorado. Nesse sentido, estudou-se o efeito da adição de: (i) haletos de prata, (ii) lentes fotocrómicas moídas, (iii) trióxido de tunsténio em pó e, (iv) compostos de trióxido de tungsténio e óxido de titânio. Os materiais foram caracterizados por colorimetria. Foram obtidos resultados positivos para algumas das amostras estudadas nomeadamente as que envolveram o uso de trióxido de tungsténio e compostos de trióxido de tungsténio e óxido de titânio, as quais após exposição à luz solar revelaram uma súbtil variação na tonalidade ou indício de alteração da cor. Por fim foi ainda estudado o efeito da adição de CNT a argamassas decorativas no sentido de avaliar a possibilidade de utilizar CNTs com vista a uma melhoria das propriedades mecânicas de DCM. Tal como no caso das SCM a modificação superficial dos CNT revelou-se necessária. Deste modo obteve-se um conjunto de materiais com propriedades inovadoras, nomeadamente ópticas e estruturais, podendo dar origem a argamassas com possíveis mudanças de cor quando expostas à luz solar e argamassas com elevada resistência mecânica respectivamente.

The present work aims at developing two different types of functional mortars: (a) Structural cement mortars (SCM) and (b) decorative mortars (DCM). In the case of SCM, multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) were used for reinforcement and the effect of different sample preparation variables on the mechanical properties of the ensuing composites was studied. This include: (i) concentration of MWCNT, (ii) surface modification of MWCNT and (iii) the dispersion method. The materials were characterised by solubility tests, bend resistance, strength resistance, and compressive strength, modulus of elasticity, capillarity and Scanning Electron Microscopy (SEM). The most promising results were obtained using surface modified CNTs or dispersing them in a TiO2 suspension. The ensuing cement mortars had improved properties when compared to the standard cement mortar and the physical properties were similar. In view of the applied research nature of this project a brief economical analysis was carried out. Such analysis points that further studies are required in order to minimise the amount of CNT to be used. As regards DCM the addition of photochromic materials such as silver halides, tungsten oxide and of a tungsten oxide + titanium oxide composite was explored in order to yield a light responsive material which could change its colour or at least shade depending on the intensity of light. The materials obtained were characterised by colorimetry. The results obtained for samples prepared using tungsten trioxide and composites of tungsten trioxide and titanium oxide were encouraging. Upon sunlight exposure either a subtle colour shade or colour change was observed. Finally, addition of CNT to DCM was also studied aiming at increasing the mechanical properties of the decorative mortar. As in the case of SCM surface modification of CNT proved to be required.