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Análise da interface bioagregado-matriz cimentícia: efeito de recobrimentos poliméricos e matriz pozolânica

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Resumo

O endocarpo da macaúba (Acrocomia aculeata) é um bioagregado promissor, pois favorece a ductilidade e apresenta boa ancoragem mecânica em bioconcretos. No entanto, sua interação limitada com a matriz resulta em Zonas de Transição Interfacial (ZTI) frágeis, que comprometem a resistência mecânica do material. Este trabalho avalia estratégias para aprimorar a qualidade da interface bioagregado-matriz por meio de recobrimentos com polímero estireno-butadieno carboxilado (XSBR), puro ou combinado com nanofibrilas de celulose (CNF), e pelo uso de uma matriz cimentícia pozolânica com substituição parcial do cimento por cinza volante e metacaulinita visando melhorar a compatibilidade na interface e fortalecer as interações químicas, favorecendo o refinamento microestrutural. As propriedades físicas dos bioagregados antes e após os tratamentos foram avaliadas por meio de ensaios de absorção de água e ângulo de contato, enquanto a caracterização da ZTI foi realizada utilizando Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microtomografia Computadorizada (MicroCT) e calorimetria semi-adiabática. A adesão interfacial sob o ponto de vista mecânico foi investigada por meio dos ensaios de arrancamento e de flexão de partícula única. Os recobrimentos poliméricos tornaram a superfície do bioagregado mais hidrofóbica e reduziram a absorção inicial de água de 6,9% para 3,7% (XSBR) e 2,8% (XSBR+CNF). A calorimetria semiadiabática evidenciou que o recobrimento com XSBR atua como acelerador ou retardador conforme a composição da matriz, enquanto as CNFs modulam esse efeito ao atuarem como microreservatórios de água e sítios de nucleação. A análise microestrutural indicou que o tratamento XSBR+CNF promoveu a maior densificação da ZTI, reduzindo a porosidade para cerca de 7,8-10,7%. Do ponto de vista mecânico, os tratamentos influenciaram na capacidade de transferência de esforços, com aumento de aproximadamente 32% na carga máxima no ensaio de arrancamento para o tratamento XSBR+CNF na matriz referência. Os resultados indicam que a qualidade da interface foi influenciada pelo balanço entre controle hídrico, cinética de hidratação e composição da matriz, e não apenas pelo recobrimento isolado. Embora a matriz pozolânica apresente potencial de refinamento microestrutural, seu efeito não se refletiu em melhorias diretas da adesão nas idades avaliadas. O tratamento XSBR+CNF destacou-se como a estratégia mais promissora para a formação de uma ZTI mais densa e mecanicamente eficiente.

Abstract

The macauba endocarp (Acrocomia aculeata) is a promising bio-aggregate because it enhances ductility and exhibits good mechanical anchorage in bioconcrete. However, its limited interaction with the cementitious matrix leads to the formation of weak Interfacial Transition Zones (ITZs), which compromise the mechanical strength of the material. This study evaluates strategies to improve the quality of the bio-aggregate-matrix interface through surface treatments using carboxylated styrene-butadiene polymer (XSBR), either pure or combined with cellulose nanofibrils (CNF), and by employing a pozzolanic cementitious matrix with partial replacement of cement by fly ash and metakaolin. These approaches aim to improve interfacial compatibility and strengthen chemical interactions, thereby promoting microstructural refinement and enhancing interface quality. The physical properties of the bioaggregates before and after treatment were assessed by water absorption and contact angle tests, while ITZ characterization was performed using Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Micro-Computed Tomography (MicroCT), and semi-adiabatic calorimetry. The mechanical performance of interfacial adhesion was investigated through pull-out and single-particle flexural tests. The polymer coatings rendered the bio-aggregate surface more hydrophobic and reduced the initial water absorption from 6.9% to 3.7% (XSBR) and 2.8% (XSBR+CNF). Semiadiabatic calorimetry showed that the XSBR coating may act either as an accelerator or a retarder depending on the matrix composition, while CNFs modulate this effect by acting as water micro-reservoirs and nucleation sites. Microstructural analysis indicated that the XSBR+CNF treatment promoted the highest ITZ densification, reducing its porosity to approximately 7.8-10.7%. Regarding mechanical performance, the treatments improved load transfer capacity, with an increase of about 32% in the maximum pull-out load for the XSBR+CNF treatment in the reference matrix. The results indicate that interface quality is controlled by the balance between moisture control, hydration kinetics, and matrix composition, rather than by the coating alone. Although the pozzolanic matrix shows potential for microstructural refinement, its effect did not result in direct improvements in interfacial adhesion at the ages evaluated. The XSBR+CNF coating stood out as the most promising strategy for achieving a denser and mechanically more efficient ITZ.

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Compósitos lignocelulósicos

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ANDRADE, Gabriele Melo de. Análise da interface bioagregado-matriz cimentícia: efeito de recobrimentos poliméricos e matriz pozolânica. 2026. 122 p. Tese (Doutorado em Ciência e Tecnologia da Madeira) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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