Avaliação das propriedades mecânicas de material cimentício produzido por impressão 3d com foco na aderência entre as camadas

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dc.contributor.advisorToralles, Berenice Martins
dc.contributor.authorFilgueiras, Monique de Brito
dc.contributor.bancaLeite, Francisco Morato
dc.contributor.bancaVanderlei, Romel Dias
dc.coverage.extent171 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2024-10-02T13:40:20Z
dc.date.available2024-10-02T13:40:20Z
dc.date.issued2023-02-27
dc.description.abstractA utilização da impressão 3D aplicada à construção civil é uma das inovações mais promissoras na indústria construtiva trazendo otimização da produção, eficiência e sustentabilidade, sendo alvo de pesquisas por todo o mundo. Um dos maiores desafios para a difusão desta tecnologia é que o material cimentício seja extrudável e construtivo. Além disso, durante o processo de extrusão, o composto perde umidade superficial na interface fazendo com que a aderência entre as camadas impressas seja prejudicada, o que também afeta o comportamento mecânico da estrutura. Porém, o estudo deste desempenho se limita pela falta de uma metodologia de avaliação das propriedades mecânicas do produto da impressão. Assim, esta pesquisa teve como objetivo avaliar o comportamento de materiais cimentícios impressos em impressora 3D de bancada quanto as propriedades mecânicas, estudando a influência da incorporação de metacaulim (MC) nas porcentagens de 0, 10% e 30% em substituição da massa de cimento e o uso do aditivo químico hidroxipropilmetilcelulose (HPMC). Para isso o programa experimental se dividiu em três campanhas, sendo a primeira de desenvolvimento dos materiais cimentícios extrudáveis por meio da determinação da consistência normal da pasta e do início e fim de pega que condicionou a seleção das argamassas promissoras para o processo de extrusão. A segunda, correspondeu a avaliação da incorporação dos materiais suplementares utilizados, por meio de ensaios para a caracterização da argamassa e avaliação da umidade superficial com o uso da termografia. Por fim a terceira, versou sobre os ensaios de compressão axial e tração na flexão e elaboração de um procedimento de ensaio de tração direta para determinar a resistência de aderência entre as camadas. Os resultados mostraram que misturas com (MC) e (HPMC) são promissoras para a impressão 3D e que a resistência à compressão foi aumentada com o aumento do teor de metacaulim, sendo de 64,7% maior para o material impresso em duas camadas com 30% de substituição de (MC) em relação a amostra sem essa adição. Quanto a resistência à tração na flexão, as amostras moldadas apresentaram valor cerca de três vezes maior do que as amostras impressas em duas camadas e entre este grupo, a amostra com 30% de substituição (30MC) foi a com maior resistência, na ordem de 40% em relação a amostra com 10% de substituição (10MC), com a menor resistência. Os resultados de aderência entre camadas seguiram a metodologia de ensaio estabelecida nesta pesquisa e tiveram a mesma tendência da tração na flexão, com resistência da amostra 30MC 61,37% maior do que a amostra 10MC que foi menor em 24,83% em relação a amostra sem (MC), sendo a 30MC de 2,34 MPa. Além disso, o material 10MC também apresentou maior umidade superficial. Por fim, conclui-se que a amostra 30MC é imprimível e a mais resistente mecanicamente, além de ter adquirido a microestrutura mais otimizada com menor percentual de porosidade como verificado por meio da microtomografia computadorizada de raio-X.
dc.description.abstractother1The use of 3D printing applied to construction is one of the most promising innovations in the construction industry, bringing optimization of production, efficiency and sustainability, and is the target of research around the world. One of the biggest challenges to the diffusion of this technology is that the cement material is extrudable and constructive. Furthermore, during the extrusion process, the compound loses surface moisture at the interface, causing adhesion between the printed layers to be impaired, which also affects the mechanical behavior of the structure. However, the study of this performance is limited by the lack of a methodology for evaluating the mechanical properties of the printed product. Thus, this research aimed to evaluate the behavior of cement-based materials printed on a 3D desktop printer in terms of mechanical properties, studying the influence of incorporating metakaolin (MK) at percentages of 0, 10% and 30% as a substitute for the cement mass and the use of the chemical additive hydroxypropylmethylcellulose (HPMC). For this, the experimental program was divided into three campaigns, the first of which was the development of extrudable cement materials through the determination of the normal consistency of the paste and the beginning and end of setting, which conditioned the selection of promising mortars for the extrusion process. The second, corresponded to the evaluation of the incorporation of the supplementary materials used, through tests to characterize the mortar and evaluate surface moisture with the use of thermography. Finally, the third, dealt with axial compression and bending tensile tests and the elaboration of a direct tensile testing procedure to determine inter-layer adhesion strength. The results showed that mixtures with (MK) and (HPMC) are promising for 3D printing and that compression resistance was increased with increasing metakaolin content, being 64.7% higher for the material printed in two layers with 30% substitution of (MK) compared to the sample without this addition. As for tensile strength in bending, molded samples showed a value about three times greater than the samples printed in two layers and among these, the sample with 30% substitution (30MK) was the one with the highest resistance, in the order of 40% compared to the sample with 10% substitution (10MK), with the lowest resistance. Inter-layer adhesion strength results followed the testing methodology established in this research and showed the same trend as bending tensile strength, with the resistance of the 30MK sample 61.37% higher than the 10MK sample, which was 24.83% lower than the sample without (MK), with a strength of 2.34MPa. Furthermore, the 10MK material also showed higher surface moisture. Finally, it was concluded that the 30MK sample is printable and the most mechanically resistant, in addition to having acquired the most optimized microstructure with the lowest porosity percentage as verified by computed X-ray microtomography.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/17855
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCTU - Departamento de Construção Civil
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil
dc.subjectImpressão 3D
dc.subjectMateriais cimenticios
dc.subjectPropriedades mecânicas
dc.subjectAderência entre camadas
dc.subject.capesEngenharias - Engenharia Civil
dc.subject.cnpqEngenharias - Engenharia Civil
dc.subject.keywords3D printing
dc.subject.keywordsCement-based materials
dc.subject.keywordsMechanical properties
dc.subject.keywordsInter-layer adhesion
dc.titleAvaliação das propriedades mecânicas de material cimentício produzido por impressão 3d com foco na aderência entre as camadas
dc.title.alternativeEvaluation of the mechanical properties of cementitious material produced by 3D printing with focus on layer adhesion
dc.typeDissertação
dcterms.educationLevelMestrado Acadêmico
dcterms.provenanceCentro de Tecnologia e Urbanismo

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