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https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39021
metadata.dc.type: | Tese |
Title: | O conceito de materiais com gradação funcional aplicado ao desenvolvimento de gesso de alto desempenho |
Other Titles: | The functionally graded materials concept applied to the development of high performance gypsum plaster |
metadata.dc.creator: | Campos, Vanessa Rodrigues |
metadata.dc.contributor.advisor1: | Dias, Cleber Marcos Ribeiro |
metadata.dc.contributor.advisor-co1: | Carvalho, Ricardo Fernandes |
metadata.dc.contributor.referee1: | Dias, Cleber Marcos Ribeiro |
metadata.dc.contributor.referee2: | Carvalho, Ricardo Fernandes |
metadata.dc.contributor.referee3: | Lima, Paulo Roberto Lopes |
metadata.dc.contributor.referee4: | Camarini, Gladis |
metadata.dc.contributor.referee5: | Barbosa, Normando Perazzo |
metadata.dc.description.resumo: | O presente trabalho evidencia a viabilidade do uso do conceito de materiais com gradação funcional (MGF) no desenvolvimento de gesso conformado sob pressão com elevado desempenho mecânico e melhoria frente à ação da água. A variação da porosidade de forma controlada foi obtida por meio da metodologia de otimização múltipla. Previamente, este trabalho busca compreender os parâmetros de conformação que controlam as propriedades físicas, mecânicas e em relação à ação da água do gesso conformado sob pressão (GCP). Posteriormente, emprega o conceito de materiais com gradação funcional da porosidade para alcançar um gesso de elevado desempenho mecânico e com menor susceptibilidade à água. A parte experimental deste trabalho foi composta por quatro estudos: (i) Gesso conformado sob pressão, os efeitos dos parâmetros de conformação sobre as propriedades físicas e mecânicas; (ii) Os efeitos do aditivo retardador e dos parâmetros de conformação nas propriedades do gesso conformado sob pressão; (iii) Otimização dos parâmetros de conformação para a avaliação do comportamento mecânico e frente à ação da água do gesso conformado sob pressão; (iv) Desenvolvimento de gesso conformado sob pressão com gradação funcional da porosidade. O planejamento experimental foi realizado a partir do uso do projeto fatorial completo 2k e do projeto composto central (PCC), conforme o estudo realizado. Os estudos mostraram que o nível de aplicação da pressão e o momento de prensagem, em relação ao tempo de pega do gesso, interferem no empacotamento e adesão entre os cristais de hemi-hidrato para a formação do di-hidrato, com interferência na porosidade, na resistência mecânica e no comportamento frente à ação da água. A presença do aditivo retardador funcionou como lubrificante, favorecendo a mobilidade dos grânulos de gesso durante a compactação, garantindo a aplicação da pressão, antes do início das reações de hidratação do gesso. Desta forma, contribuiu para o aumento da compacidade e resistência da peça final. A combinação dos parâmetros estudados, pressão, massa, relação água/gesso e presença de aditivo retardador permitiram alcançar um empacotamento máximo das partículas de (2,00 g/cm³), um módulo de elasticidade dinâmico máximo de (24,9 GPa) e máximas resistências à tração na flexão (27,8 MPa) e à compressão (57,4 MPa). Os resultados apontaram uma redução na absorção por capilaridade do GCP (0,28 g/cm³), superior a 95%, em relação à do GCC (5,51 g/cm³). Durante os ciclos de molhagem e secagem, o GCP apresentou uma redução na absorção de água por imersão, em torno de 88%, em relação ao GCC. A absorção de água média por imersão do GCP, aos 7 ciclos (3,55 ± 0,13) % e aos 14 ciclos (3,52 ± 0,28) %, indicou características hidrofóbicas segundo a norma brasileira para blocos de gesso hidrofugados (≤ 5,0 %) e a norma europeia para placas de gesso acartonado com baixo coeficiente de absorção de água (≤ 10,0 %). Foi possível a obtenção de peças delgadas com espessuras de (6,88 ± 0,32) mm, baixa porosidade (22,90 ± 1,72) %, elevado módulo de elasticidade dinâmico (17,39 ± 1,88) GPa e elevada resistência à tração na flexão (10,66 ± 1,20) MPa. A aplicação do conceito de gradação funcional permitiu alcançar um gesso conformado sob pressão com gradação funcional da porosidade de elevada resistência à tração na flexão (15,0 MPa) na camada menos porosa, e de (9,7 MPa) na camada mais porosa. O gesso com gradação funcional chegou a alcançar ângulos de contato de (110,48° > 90°) na face menos porosa e de (99,12° > 90°) na face mais porosa, sendo classificado como hidrofóbico (θ > 90°). Os resultados alcançados neste trabalho indicaram uma possível aplicação na produção de blocos e componentes pré-fabricados para uso estrutural e em áreas molhadas e molháveis. |
Abstract: | This work shows the feasibility of using the concept of functionally graded materials (FGM) to develop pressure-formed plaster with high mechanical performance and improved resistance to water. Controlled porosity variation was achieved using the multiple optimiza-tion methodology. Firstly, this work seeks to understand the forming parameters that con-trol the physical, mechanical and water properties of pressure-formed gypsum (PCG). Subsequently, it uses the concept of materials with a functional gradation of porosity to achieve a plaster with high mechanical performance and lower susceptibility to water. The experimental part of this work was made up of four studies: (i) Pressure-formed gypsum, the effects of forming parameters on physical and mechanical properties; (ii) The effects of the retarder additive and forming parameters on the properties of pressure-formed gypsum; (iii) Optimization of forming parameters for assessing the mechanical and water-resistant behaviour of pressure-formed gypsum; (iv) Development of pressure-formed gypsum with a functional gradation of porosity. The experimental design was carried out using the 2k full factorial design and the central composite design (CCD), according to the study carried out. The studies showed that the level of pressure applied and the time of pressing, in relation to the setting time of the gypsum, interfere with the packing and ad-hesion between the hemihydrate crystals to form the dihydrate, with interference in porosity, mechanical strength and behavior against the action of water. The presence of the retarder additive acted as a lubricant, favoring the mobility of the gypsum granules during compaction, ensuring that pressure was applied before the gypsum hydration reactions began. This helped to increase the compactness and strength of the final piece. The combination of the parameters studied, pressure, mass, water/gypsum ratio and the presence of a retarding additive, enabled the maximum particle packing of (2,00 g/cm³), a maximum dynamic modulus of elasticity of (24,9 GPa) and maximum flexural tensile strength (27,8 MPa) and compressive strength (57,4 MPa) to be achieved. The results showed a reduction in capillary absorption of GCP (0,28 g/cm³) of more than 95% compared to GCC (5,51 g/cm³). During the wetting and drying cycles, GCP showed a reduction in immersion water absorption of around 88% compared to GCC. The average water absorption per immer-sion of the GCP, at 7 cycles (3,55 ± 0,13) % and 14 cycles (3,52 ± 0.28) %, indicated hydrophobic characteristics according to the Brazilian standard for water repellent gypsum blocks (≤ 5,0 %) and the European standard for plasterboard with a low water absorption coefficient (≤ 10,0 %). It was possible to obtain thin pieces with thicknesses of (6,88 ± 0,32) mm, low porosity (22,90 ± 1,72) %, high dynamic modulus of elasticity (17,39 ± 1,88) GPa and high flexural tensile strength (10,66 ± 1,20) MPa. Applying the concept of functional gradation made it possible to achieve a pressure-formed plaster with a functional gradation of porosity with a high flexural tensile strength (15,0 MPa) in the less porous layer and (9,7 MPa) in the more porous layer. The functionally graded plaster reached contact angles of (110,48° > 90°) on the less porous side and (99,12° > 90°) on the more porous side, being classified as hydrophobic (θ > 90°). The results achieved in this work indicate a possible application in the production of prefabricated blocks and components for structural use and in wet and wettable areas. |
Keywords: | Gesso conformado sob pressão Gesso com gradação funcional Porosidade Gesso de alta resistência Ciclo de molhagem e secagem Ângulo de contato |
metadata.dc.subject.cnpq: | CNPQ::ENGENHARIAS CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL::MATERIAIS E COMPONENTES DE CONSTRUCAO |
metadata.dc.language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal da Bahia |
metadata.dc.publisher.initials: | UFBA |
metadata.dc.publisher.department: | Escola Politécnica |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PPEC) |
URI: | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39021 |
Issue Date: | 14-Jul-2023 |
Appears in Collections: | Tese (PPEC) |
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