O Concreto e a nanotecnologia

A primeira revolução do concreto ocorreu em 1928, quando surgiu o concreto protendido. Já a segunda revolução, está em curso. Ela nasce a partir da descoberta da nanotecnologia, e com as experiências bem sucedidas de acrescentar nanotubos de carbono ao cimento. O material resultante desta mistura tem surpreendido os pesquisadores, pois permite produzir um concreto com altíssima resistência.

sso se deve às características peculiares da molécula do carbono, a matéria-prima da nanotecnologia. Trata-se de elemento com excelente resistência mecânica e condutividade elétrica e térmica considerada excepcional. A partir dela, é gerado o nanotubo – uma estrutura cilíndrica formada por átomos de carbono, cujo diâmetro não ultrapassa a bilionésima fração do metro (um nanômetro).

A adição de nanotubos ao cimento Portland é como se microscópicos cabos de aço fossem acrescentados ao material, gerando uma protensão no concreto que pode chegar a 200 MPa (mega Pascal). O produto final, que no Brasil ainda se limita aos laboratórios, já é apontado como o ideal para obras de infraestrutura e construções submarinas, devido à baixa porosidade.

O cimento-nanotubo de carbono, como cientificamente é chamado, ainda não chegou ao mercado devido ao alto custo de sua produção. Quando as pesquisas começaram, comparativamente um saco de 50 quilos não saía por menos de mil vezes mais do que uma embalagem do produto convencional. Por isso, os estudos atualmente são para melhorar esta relação custo-benefício. Neste sentido, um dos trabalhos com melhor resultado ocorre na UFMG (Universidade Federal de Minas Gerais).

O Laboratório de Nanomateriais do Departamento de Física da UFMG desenvolveu um método em que os nanotubos são gerados a partir da produção do próprio cimento Portland. A pesquisa tem à frente o professor Luiz Orlando Ladeira, que percebeu que o clínquer, componente básico do cimento Portland, é um agente fértil para a geração de nanotubos. “Como o clínquer é resultante de processo de calcinação em altas temperaturas, torna-se um bom suporte para o ancoramento de nanopartículas de metais de transição. Assim, conseguimos enriquecer o clínquer diretamente”, explica Ladeira.

Para atender a demanda em torno da nanotecnologia, há quatro anos o Inmetro aprimora seus laboratórios para as atividades de nanometrologia. “Fundamentalmente, devemos estar aptos a dar o apoio à indústria, para garantir a qualidade e as características dos produtos à base nanotecnológica”, diz Achete, para quem a nanotecnologia no Brasil dará grande salto a partir do momento em que for definido um marco regulatório para o setor. “Hoje, o marco regulatório ainda não esta colocado, mas sua elaboração é fruto de intensa discussão dentro do Fórum de Competitividade, coordenado pelo MDIC ( Ministério do Desenvolvimento, Industria e Comercio Exterior)”, revela.

Carlos Alberto Achete: “A Construção Civil será fortemente afetada, pois vai agregar materiais inteligentes.

  

Luiz Orlando Ladeira: pesquisa na UFMG mostrou que clínquer é agente fértil para a geração de nanotubos

        

A nanotecnologia começa a ser testada em aditivos de concreto para aprimorar as qualidades do material. As microestruturas têm a propriedade de realçar características como resistência e robustez, além de influenciar na permeabilidade e na cura do material. “É uma série de vantagens, entre elas a redução no consumo de água e a diminuição na emissão de CO₂ para produzir a mesma quantidade de concreto, além da rapidez na cura interna, o que torna o material mais resistente”, diz Fabricio André Buzeto, coordenador de tecnologia da Basf. 

Fabrício André Buzeto, da BASF: exploração do pré-sal vai exigir concreto com materiais nanoestruturados.

 Outro exemplo no avanço dos aditivos a base de nanopartículas é que eles promovem um efeito de melhoria da fluidez do concreto ao longo do transporte da central dosadora até a obra. “Isso permite que com a seleção de nanocompostos se modifique o tipo de aditivo, levando em consideração as características químicas que o material vai precisar para cumprir plenamente sua função”, explica Humberto Benini, chefe do Departamento de Físico-Química da Grace. 

Segundo Fabricio André Buzeto, a aplicação de materiais nanoestruturados permite criar produtos específicos para cada tipo de obra. “A tecnologia será muito importante na exploração da camada pré-sal. Hoje já existem produtos utilizados em cimentação de poços de petróleo que são baseados em nanoestruturas”, revela. Uma das características mais importantes destes materiais é que eles são “inteligentes”. Através de nanobots, são capazes de apontar fissuras e problemas estruturais, reduzindo sensivelmente o risco de vazamento. 

Exemplo das pontes entre os compostos hidratados do cimento e os nanotubos de carbono em uma microestrutura de concreto.

Um dos obstáculos para que a nanotecnologia seja definitivamente incorporada à indústria cimenteira é a sua viabilidade econômica. “O uso combinado do cimento Portland e os nanotubos de carbono (CNT) ainda apresenta muitos desafios para sua viabilização econômica como material de construção, mas o potencial de uso é imenso. Tanto é que na Europa se formou um consórcio, o NanoCem, para desenvolver soluções envolvendo fabricantes, usuários, universidades e institutos governamentais. É um exemplo de ação setorial para o desenvolvimento da nanotecnologia, como ocorre também nos Estados Unidos, onde há um programa semelhante”, comenta Benini. 

Quando alcançado o estágio de produção industrial, os benefícios da nanotecnologia aplicada aos canteiros de obra serão inquestionáveis, avaliam os especialistas. “Os ganhos de produtividade, redução da dependência do operador e mecanização dos processos representarão um grande benefício à indústria da construção, tanto pela redução dos custos e melhoria da qualidade quanto ao consumidor final e a sociedade, que contará com construções de melhor qualidade, mais duráveis e, portanto, com menor impacto ambiental e econômico”, conclui o chefe do Departamento de Físico-Química da Grace. 

Aplicação da nanotecnologia na Construção

A nanotecnologia é a engenharia de sistemas funcionais em escala molecular.A nanotecnologia está preocupada com os objetos entre 1 e 100 nm de tamanho. ( Nano metros )1 nanômetro  = 1×10⁻⁹ metro, ou seja, um milionésimo de milímetro ou um bilionésimo do metro.

Aplicações da tecnologia de nano em engenharia civil são inúmeras. Algumas das aplicações são elaborados abaixo.

Aplicação em concreto :

A adição de materiais em escala nano no cimento pode melhorar seu desempenho. O Uso de nano-SiO2 pode aumentar significativamente a compressão do concreto, com grande volume de cinzas volantes, em idade precoce e melhorar a distribuição de tamanho dos poros, preenchendo os poros entre as grandes cinzas volantes e partículas de cimento em escala nano. A dispersão/suspensão de nano sílica amorfa é utilizada para melhorar a resistência à segregação para auto compactação do concreto. Também tem sido relatado que a adição de pequena quantidade de nanotubos de carbono (1% ), em peso, pode aumentar a resistência, tanto a compressão como a flexão .

O rompimento é uma grande preocupação para muitas estruturas. A Universidade de Illinois em Urbana-Champaign está trabalhando em polímeros de cura, que incluem um agente de cura micro encapsulada e um gatilho de química catalítica . Quando as microcápsulas são quebradas por uma rachadura, o agente de cura é liberado para a rachadura e contato com o catalisador. A polimerização acontece e une as faces da trinca. O polímero auto cura pode ser especialmente aplicável para corrigir o micro trincamento em pilares e colunas da ponte. Mas isso requer dispendiosa injeção de epóxi.

A Universidade de Illinois em Urbana-Champaign desenvolveu um polímero auto-cura que pode unir com um agente de cura microencapsulado.

Aplicação em Aço

   O aço é um importante material de construção. As suas propriedades, tais como força, resistência a corrosão e capacidade de solda, são muito importantes para a concepção e construção. É possível desenvolver novo aço de alta performance (HPS) com baixo consumo de carbono. Um aço novo foi desenvolvido com resistência a corrosão e capacidade superior de solda, incorporando as nanopartículas de cobre nos contornos.

Revestimento

Os revestimentos incorporando certas nanopartículas ou nanocamadas têm sido desenvolvidos para determinada finalidade . É uma das principais aplicações da nanotecnologia na construção. Por exemplo, o Dióxido de Titâneo (TiO2) é utilizado para vidraças de revestimento devido à sua esterilização e propriedades anti-incrustantes . O TiO2 vai quebrar e desintegrar sujeira orgânica através poderosa reação catalítica . Além disso, é hidrófilo, o que permite que a água se espalhe uniformemente sobre a superfície e lave a sujeira anteriormente quebrada. Outros revestimentos especiais também foram desenvolvidos, tais como anti-grafite, controle térmico , economia de energia e anti-reflexo.

Efeito de limpeza através de uma superfície nano revestida

Nanosensores

Os sensores têm sido desenvolvidos e utilizados em construção para monitorar e/ou controlar a condição ambiente e o desempenho de materiais/estrutura.  Uma vantagem destes sensores é a sua dimensão (10 ^-9m to 10^-5m). Estes sensores podem ser incorporados na estrutura durante o processo de construção. Agregado inteligente, um dispositivo multi-funcional baseado em piezo-cerâmico de baixo custo, tem sido aplicado para controlar as propriedades do concreto de pouca idade, tais como umidade, temperatura, umidade relativa e o desenvolvimento precoce da resistência. Os sensores também podem ser utilizados para monitorar a corrosão e rompimento do concreto. O agregado inteligente também pode ser usado para monitoramento a saúde da estrutura. O sistema de divulgação pode monitorar as tensões internas, rachaduras e outras forças físicas nas estruturas ao longo da vida das estruturas. Ele é capaz de fornecer uma indicação precoce da saúde da estrutura antes que uma falha possa ocorrer.

A Jubilee Church em Roma mantém a sua cor branca brilhante por causa do dióxido de titânio nanoestruturado.

                        

  Autor: Adauto Caetano de Souza Neto