Microcrystalline cellulose and sisal fibre reinforced cementitious composites

Abstract

Nas últimas décadas tem existido um crescente interesse em métodos alternativos de reforçar compósitos cimentícios. A utilização de fibras naturais como elemento de reforço tem sido bastante explorada ao longo dos anos, sendo que origina compósitos cimentícios com uma resistência ao impacto e à fissuração superior quando comparados com compósitos cimentícios comuns. Por outro lado, o uso de celulose microcristalina (CMC) também tem sido estudado, principalmente na última década, verificando-se que origina um aumento na resistência à compressão, assim como uma diminuição da fissuração causada por esforços provenientes de contração térmica e de resistência estrutural. O principal objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento de compósitos cimentícios reforçados à multiescala, através de CMC e de fibras de sisal. Para tal, procedeu-se à preparação de compósitos cimentícios com várias combinações de percentagens de CMC (0.2%, 0.5% e 0.75% em relação a cimento) e sisal (0.25% e 0.5% em relação a cimento) diferentes. Aos 28 dias, estes compósitos cimentícios reforçados com CMC e/ou sisal foram sujeitos a testes de resistência à flexão e à compressão. A incorporação de 0.5% CMC na matriz cimentícia resultou num aumento da resistência à flexão, assim como a adição de 0.5% sisal. Obteve-se um aumento da capacidade de carga pós-pico na matriz cimentícia quando fibras de sisal são adicionadas. Não se verificaram alterações significantes na resistência à compressão após incorporação de CMC e sisal. A inclusão de CMC e fibras de sisal apresenta resultados promissores quando incorporados individualmente na matriz cimentícia. Em conjunto, CMC e sisal, não apresentam melhoria da resistência à flexão devido à natureza higroscópica de ambos. Portanto, um estudo mais aprofundado no efeito da hidratação destes elementos na matriz cimentícia deve ser efetuada.

In the past few decades, there has been a growing interest in alternative methods of reinforcing cementitious composites. The use of natural fibres as a reinforcing element has been significantly explored over the years as it originates cementitious composites with superior impact and crack strength when compared with plain cementitious composites. On the other hand, the use of microcrystalline cellulose (MCC) has also been studied, particularly in the last decade, displaying an increase in compressive strength as well as a decrease in cracking caused by stresses due to thermal contraction and structural restraint. The main objective of this research work was to study the behaviour of cementitious composites reinforced at multiscale with MCC and sisal fibres. In order to do so, cementitious composites were prepared with several different percentage combinations of MCC (0.2%, 0.5% and 0.75% w.r.t. cement) and sisal fibres (0.25% and 0.5% w.r.t. cement). At 28 days, these MCC and/or sisal reinforced cementitious composites were subjected to flexural and compressive strength testing. The incorporation of 0.5% MCC in the cementitious matrix resulted in an increase in flexural strength. Furthermore, the incorporation of 0.5% sisal in the cementitious matrix also showed an increase in flexural strength. An increase in the post peak load capacity was obtained with the addition of sisal fibres in cementitious matrix. There is no significant change in compressive strength after incorporation of sisal fibres and mcc together in cementitious matrix The findings show that the inclusion of MCC and sisal fibres show promising results when incorporated individually in the cementitious matrix. Together, MCC and sisal do not show any improvement in flexural strength due to the hygroscopic nature of both, therefore, a more detailed study should be conducted in the hydration effect of these elements in the cementitious matrix.