Title

Desempenho mecânico e caracterização microestrutural de compósitos cimentícios de base biológica por impressão 3D

Mechanical performance and microstructural characterization of bio-based cementitious composites produced by 3D Printing

Authorship

SOUSA, PALOMA SUELLEN LIMA DE; BARBOSA, SINARA DA SILVA; COSTA, DEIBSON SILVA DA; MONTEIRO, VITOR MOREIRA DE ALENCAR; REAES, OSCAR AURELIO MENDOZA

SOUSA, PALOMA SUELLEN LIMA DE

I am this author

BARBOSA, SINARA DA SILVA

I am this author

COSTA, DEIBSON SILVA DA

I am this author

MONTEIRO, VITOR MOREIRA DE ALENCAR

I am this author

REAES, OSCAR AURELIO MENDOZA

I am this author

DOI

10.5151/2594-5327-44346

Downloads

Abstract

Este estudo avaliou o desempenho mecânico anisotrópico e a microestrutura 3D de compósitos cimentícios impressos em 3D contendo casca de arroz. Corpos de prova extraídos de elementos impressos foram submetidos a ensaios de compressão axial (perpendicular e paralelo às camadas), tração na flexão em quatro pontos e tração por compressão diametral (splitting) na interface. A caracterização microestrutural foi realizada por microscopia óptica, eletrônica de varredura (MEV) e microtomografia computadorizada de raios-X (Micro-CT) com algoritmo sphere-fitting. Os ensaios mecânicos confirmaram uma marcada anisotropia, com redução da resistência na direção paralela às juntas devido a falhas por delaminamento. As análises de MEV evidenciaram o descolamento (debonding) na zona de transição interfacial entre a biomassa e a matriz. O perfil de porosidade obtido por Micro-CT revelou picos cíclicos de vazios coincidindo rigorosamente com a altura nominal das camadas. Conclui-se que o acúmulo de macroporos e o aprisionamento de ar nas juntas frias governam os planos de ruptura macroscópicos do compósito.

This study evaluated the anisotropic mechanical performance and three-dimensional microstructure of 3D-printed cementitious composites containing rice husk particles. Specimens extracted from printed elements were subjected to axial compression tests (perpendicular and parallel to the printed layers), four-point flexural tensile tests, and indirect tensile (splitting) tests at the interlayer interface, while microstructural characterization was performed using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), and X-ray micro-computed tomography (Micro-CT) combined with a sphere-fitting algorithm. The mechanical results confirmed pronounced anisotropic behavior, with lower strength in the direction parallel to the interlayer joints due to delamination-induced failure. SEM analyses revealed interfacial debonding within the transition zone between the biomass particles and the cementitious matrix, whereas the porosity profile obtained by Micro-CT showed cyclic void peaks closely matching the nominal layer height. Overall, the results indicate that the accumulation of macropores and air entrapment at cold joints govern the macroscopic failure planes of the composite.

Keywords

Impressão 3D, Casca de arroz, Anisotropia

3D Printing, Rice Husk, Anisotropy