3 research outputs found
Valorização da cinza de folha de bambu em biocompósitos para fibrocimentos e impressão 3D
The study aimed to bridge technological advancement with sustainability by evaluating the feasibility of using bamboo leaf ash (BLA) as a partial substitute for Portland cement and a source of silica for the production of the alkali activator in alkali-activated materials (AAM). Moreover, seeking to integrate the utilization of agricultural waste into the construction sector, the research investigates the viability of incorporating BLA into practical applications such as fiber cement intended for industrial purposes and 3D printing. The incorporation of PP fibers and BLA resulted in increased water demand, leading to elevated porosity and interconnected pores with rising water content. However, for formulations without accelerated aging, the mix design with 10% replacement showed improved mechanical behavior in terms of modulus of rupture (MOR - 10.2%) and limit of proportionality (LOP - 4.5%) compared to a formulation without BLA. For composites subjected to accelerated aging, the CPP1-BLA10 formulation demonstrated superior mechanical properties. It showed enhancements in LOP, Modulus of Elasticity (MOE), MOR, and Specific Energy (SE) compared to CPP1 by 8.6%, 24.5%, 16.0%, and 33%, respectively. The optimal oven time for activator production using BLA was 16 hours at 40 °C. Isothermal calorimetry tests showed changes in curves with increasing BLA content, including an extension of the dormant period and a shift in the second peak. Despite BLA causing a deceleration of reactions, AAM with BLA achieved higher final cumulative heat values than NH (206 J/g). NH-BLA0.7, NH-BLA1.0, and NH-BLA1.3 formulations obtained values of 224 J/g, 244 J/g, and 235 J/g, respectively. The curing treatment significantly influenced flexural strength, with the W treatment (immersed in water) yielding the highest strength of 6.58 MPa. Increasing the SiO2/Na2O ratio led to a significant mechanical improvement in compressive strength. There was an increase of 72.15% (NH-BLA1.3) in comparison with the formulation without BLA. The NH-BLA1.3 formulation maintained flowability for 100 minutes compared to 5 minutes for NH. While NH-BLA1.0 showed suitable extrudability, adjustments are needed for better buildability. Mechanical testing revealed minor differences across loading directions. Therefore, the 3D-printed AAM demonstrated low anisotropy and satisfactory strength values when BLA was used as a silica source for activators, suggesting its potential as an alternative to commercial activators despite its simple production process. The utilization of sustainable materials, particularly those derived from agro-industry, is crucial for civil development. Despite facing challenges, these materials hold significant promise due to their local availability and large-scale production. This study explored the potential applications of agro-waste derived BLA, demonstrating its effectiveness as a partial replacement for OPC and as a silica source for alkaline activator production. The results showcased notable performance improvements, underscoring the substantial potential of using agricultural wastes in civil construction.O estudo teve como objetivo unir avanço tecnológico com sustentabilidade ao avaliar a viabilidade de utilizar cinza de folha de bambu (CFB) como substituição parcial do cimento Portland (CP) e como fonte de sílica para a produção do ativador alcalino em materiais ativados alcalinamente (MAA). Além disso, buscando integrar o uso de resíduos agrícolas no setor da construção, a pesquisa investiga a viabilidade de incorporar a CFB em aplicações práticas, como fibrocimentos destinados a fins industriais e a impressão 3D. A incorporação de fibras PP e CFB resultou em aumento na demanda dágua, levando a uma maior porosidade e poros interconectados conforme o aumento do teor de água. No entanto, para formulações sem envelhecimento acelerado, as dosagens com substituição de 10% apresentaram uma melhora no comportamento mecânico em relação ao módulo de ruptura (MOR - 10,2%) e limite de proporcionalidade (LOP - 4,5%) em comparação com uma formulação sem CFB. Para os compósitos submetidos a envelhecimento acelerado, a formulação CPP1-BLA10 demonstrou propriedades mecânicas superiores. Houve melhorias em relação ao LOP, módulo de elasticidade (MOE), MOR e energia específica (EE) em comparação com CPP1 em 8,6%, 24,5%, 16,0% e 33%, respectivamente. O tempo ideal de forno para a produção do ativador usando CFB foi de 16 horas a 40 °C. Os testes de calorimetria isotérmica mostraram mudanças nas curvas com o aumento do teor de CFB, incluindo uma extensão do período de dormência e um deslocamento do segundo pico. Apesar da CFB causar uma desaceleração das reações, os MAAs com CFB alcançaram valores finais de calor acumulado mais altos do que NH (206 J/g). As formulações NH-BLA0.7, NH-BLA1.0 e NH-BLA1.3 obtiveram valores de 224 J/g, 244 J/g e 235 J/g, respectivamente. O tratamento de cura influenciou significativamente a resistência à flexão, com o tratamento W (imersão em água) apresentando a maior resistência (6,58 MPa). O aumento da relação SiO2/Na2O levou a uma melhoria mecânica significativa na resistência à compressão. Houve um aumento de 72,15% (NH-BLA1.3) em relação a formulação sem BLA. A formulação NH-BLA1.3 manteve a fluidez por 100 minutos em comparação com 5 minutos para NH. Embora NH-BLA1.0 tenha mostrado extrudabilidade adequada, são necessários ajustes para melhorar a capacidade construtiva. Testes mecânicos revelaram diferenças mínimas entre direções de carregamento. Dessa forma, o MAA impresso demonstrou baixa anisotropia e valores satisfatórios de resistência quando a CFB foi usada como fonte de sílica para ativadores, sugerindo seu potencial como alternativa aos ativadores comerciais apesar de seu processo de produção simples. A utilização de materiais sustentáveis, especialmente aqueles derivados da agroindústria, é crucial para o desenvolvimento civil. Apesar dos desafios enfrentados, esses materiais têm um grande potencial devido à sua disponibilidade local e produção em larga escala. Este estudo explorou as aplicações potenciais de um derivado de resíduos agrícolas, a CFB, demonstrando seu potencial como substituição parcial de CP e como fonte de sílica para a produção de ativadores alcalinos. Os resultados destacaram melhorias significativas de desempenho, destacando o grande potencial do uso de resíduos agrícolas na construção civil
Alkali activated materials applied in 3D printing construction: A review
This study aims to contribute to the promising field of alkali-activated materials (AAM) used in 3D printing for construction. Presented as a comprehensive review, the research provides valuable insights for researchers within and beyond the field. The study focuses on identifying prevalent research trends and accessing pertinent information on materials, methodologies, and parameters of interest. The study commenced with a bibliometric analysis of 55 carefully selected publications, followed by an in-depth review of these articles categorized into extrusion-based and powder-based systems. Emphasis was placed on the materials used, methodologies employed, and key findings from these studies. The bibliometric analysis unveiled prevalent keywords, their relevance in the field, highly cited articles, and collaborative networks among researchers. The most influential countries in terms of publications are Australia, China, and Singapore. The review highlighted commonly used materials and their potential impacts on large-scale applications of AAM, exploring how various precursors, activators, additives, aggregates, and reinforcements shape the properties of printed AAM, featuring innovative approaches with alternative materials. The methodologies employed in these studies and trends in characterization were outlined, due to the absence of standardized tests for materials in 3D printing applications. The study emphasized how material properties vary concerning production processes, printing parameters, curing methods, and post-treatment, outlining advancements in material characterization necessary for achieving a printable mix design. Through the analysis of these 55 articles, key scientific challenges and hurdles in large-scale applications were identified, suggesting potential focal points for further studies. In summary, AAMs exhibit substantial uniqueness and complexity due to their diverse material composition, resulting in varying properties in both fresh and hardened states. However, this diversity also signifies the adaptability of AAMs to diverse equipment, construction techniques, and desired specifications, showcasing their potential to revolutionize traditional construction by integrating technology and sustainability