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NANOTECNOLOGIA APLICADA AO CONCRETO

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Academic year: 2021

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NANOTECNOLOGIA APLICADA AO CONCRETO

LAMB, R. G.11; SILVA, S. A.S. 1, SANOMIA, L. H.1; DI DIO, R.2.

RESUMO: O presente projeto de iniciação científica tem como objetivo fundamentar informações sobre o desenvolvimento de uma nova tecnologia aplicada ao cimento Portland ao qual seria fabricado juntamente com os nanotubos de carbono, sendo assim os nanotubos de carbono podem desempenhar papel parecido com o dos cabos de aço, agindo como elemento de proteção do concreto em escala nanoscópica. Geralmente em obras de pequeno porte, a resistência do concreto para fins estruturais, deve ao mínimo alcançar 20Mpa (mega Pascal). Em obras de infraestrutura sua resistência deve atingir a faixa de 40 a 60 Mpa. A expectativa que o concreto com a nanotecnologia atinja altíssima resistência, acima de 200 Mpa. A nanotecnologia poderia reduzir a emissão de CO2 produzidas pelas indústrias produtoras de cimento, sendo que sua produção aproxima-se de 1,6 bilhões de toneladas por ano e através da calcinação da pedra calcaria, produzindo o dióxido assim o de carbono em uma dimensão de 0,97 toneladas de CO2 para cada tonelada de clínquer (cimento em uma fase básica de fabricação). Deste modo a indústria cimenteira emite na atmosfera cerca de 1,4 bilhões de toneladas de CO2 por ano, representando cerca de 6% da produção total do ser humano. Este estudo demonstrar o grande potencial e as oportunidades que podem surgir com o aprofundamento dos estudos da nanotecnologia aplicada ao nano-concreto. Espera-se que seja um dos mais importantes materiais do século XXI. Ambiciona-se em um futuro próximo que o nano-concreto seja produzido em larga escala e recomendado pelos Engenheiros nas estruturas de concreto.

PALAVRAS-CHAVE: Nanotecnologia, Nanotubos de Carbono, Construção Civil.

NANOTECHNOLOGY APPLIED TO CONCRETE

ABSTRACT: This research project aims to support the development of a new technology

applied to Portland cement which would be manufactured alongside the carbon nanotubes, carbon nanotubes can play roles similar to that of steel cables, acting as concrete protection element nano-scale. Usually in small works, the resistance of concrete for structural purposes, must at least reach 20Mpa (mega Pascal). In infrastructure works its strength should reach the range of 40 to 60 Mpa. The expectation that the concrete with high resistance reaches nanotechnology, above 200 Mpa. Nanotechnology could reduce CO2 emissions produced by the industries producing cement, being that its production approaches 1.6 billion tonnes per year by calcination of limestone to produce carbon dioxide as a dimension of 0.97 tonnes of CO2 for every ton of clinker (cement at a basic stage of manufacture). In this way the cement industry emits into the atmosphere about 1.4 billion tons of CO2 per year, representing approximately 6 of total production of the human being. This study demonstrate the great potential and opportunities that can arise with the deepening of the study of nanotechnology applied to nano-concrete. It is expected to be one of the most important materials of the 21st

1 Acadêmicos do curso de Arquitetura e Urbanismo (UNIGRAN)

2 Docente do Curso de Arquitetura e Urbanismo, Engenharia Civil e Agronomia (UNIGRAN), E-mail:

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century. Ambition in the near future that the nano-concrete is produced on a large scale and recommended by Engineers in concrete structures.

KEY-WORDS: Nanotechnology, carbon nanotubes, construction.

INTRODUÇÃO

O termo “nanotecnologia” foi criado e definido em 1974, pela Universidade de Tóquio, mas foi no ano de 2000 que essa tecnologia começou a ser desenvolvida em laboratórios através de pesquisas em materiais as quais se manipulam os átomos ou moléculas. Desde então a nanotecnologia tem proporcionado a ciência e a engenharia enorme avanços tecnológicos. Nano é o prefixo que designa um bilionésimo, sendo assim um nanômetro equivale a um bilionésimo de metro. Tendo como referência um fio de cabelo humano, este tem cerca de 30.000 nanômetros. Os nanotubos de carbono são constituídos por tubos formados por folhas de carbono de grafite em forma cilíndrica que se acoplam em suas extremidades. O nanotubo tem parede única geralmente 1-3 nm (nanômetro) de diâmetro e um comprimento de 300 nm a 1 mícron.

Com a utilização da nanotecnologia no cimento haverá uma grande diminuição de emissão de CO2 na fabricação em relação a do cimento comum, este é mais indicado para obras de grande-porte, podendo prevenir rachaduras provenientes do envelhecimento do material ou devido às mudanças climáticas e até mesmo a maresia – em regiões litorâneas.

O presente projeto de iniciação científica tem como objetivo fundamentar informações sobre o desenvolvimento de uma nova tecnologia aplicada ao cimento Portland ao qual seria fabricado juntamente com os nanotubos de carbono, sendo assimos nanotubos de carbono podem desempenhar papel parecido com o dos cabos de aço, agindo como elemento de proteção do concreto em escala nanoscópica. Geralmente em obras de pequeno porte, a resistência do concreto para fins estruturais, deve ao mínimo alcançar 20Mpa (mega Pascal). Em obras de infraestrutura sua resistência deve atingir a faixa de 40 a 60 Mpa. A expectativa que o concreto com a nanotecnologia atinja altíssima resistência, acima de 200 Mpa, isso ocorre por conta do aumento das propriedades mecânicas do cimento. Ou seja, ocorre a mudança três fatores; Ocorrência da interação interfacial entre os nanotubos tratados e o cimento, redução da porosidade nos compósitos de cimento e o efeito de ligação dos nanotubos.

Segundo o autor Luiz Orlando Ladeira, os nanotubos de carbono podem desempenhar papel parecido com o dos cabos de aço, atuando como elemento de protensão do concreto em escala nanoscópica.

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Para chegar a estes resultados o autor executou vários testes utilizando de um corpo de prova, corpo de prova é um equipamento utilizado para medir a resistência do concreto realizando um ensaio de tração e/ou compressão.

Estudos realizados em ensaio de compressão há 28 dias a resistência do concreto aumentou em torno de 12%, com pequena quantidade de nanotubos, valor em comparação ao cimento tradicional sem adição de nanotubos.

A nanotecnologia poderia reduzir a emissão de CO2 produzidas pelas indústrias

produtoras de cimento, sendo que sua produção aproxima-se de 1,6 bilhões de toneladas por ano e através da calcinação da pedra calcaria, produzindo o dióxido assim o de carbono em uma dimensão de 0,97 toneladas de CO2 para cada tonelada de clínquer (cimento em uma fase básica de fabricação). Deste modo a indústria cimenteira emite na atmosfera cerca de 1,4 bilhões de toneladas de CO2 por ano, representando cerca de 6% da produção total do ser humano.

As microestruturas têm a propriedade de realçar sua principal característica a resistência, além de influenciar na permeabilidade e na cura do material. “É uma serie desvantagens, 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.

MATERIAIS E MÉTODOS

Para efetivação deste estudo foram utilizados como embasamento teórico teses, dissertações, artigos científicos, livros sobre Arquitetura e Engenharia Civil, em especial o tema Mecânica dos Materiais. As bases de dados utilizadas foram fundamentadas no levantamento de análises de resultados anteriores na dissertação de Mestrado.

Buscando verificar os principais pontos relacionados com a aquisição de informações necessárias a nanotecnologia aplicada ao concreto, observando os métodos utilizados para o desenvolvimento dos nanotubos de carbono em laboratório, sendo aplicado na fabricação do nano-cimento.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Nanotubo de Carbono (NTC) é um pequeno tubo, em dimensão nanométrica, formado por uma folha de grafeno enrolada em forma cilíndrica com a cavidade interna oca.

O grafeno é o material mais forte e impermeável testado em todo o mundo, é composto por átomos de carbono intensamente compactados, aglomerados em uma estrutura

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cristalina hexagonal. É um material flexível, 200 vezes mais resistente que o aço e com alta condutividade térmica e elétrica.

Os nanotubos de carbono vêm sendo sintetizados através de vários processos, dentre os quais pode-se citar o método do Arco de Corrente, baseia-se em uma descarga elétrica gerada por dois eletrodos cilíndricos de grafite, em uma câmara de aço preenchida por um gás inerte. Esse método foi usado por Ijima, em 1991, para a síntese dos primeiros nanotubos e a temperatura do processo é extremamente alta – de 3.000 a 4.000 ºC (IIJIMA3, 1991 APUD COUTO, 2006).

No processo de descarga de arco, as correntes são de alta intensidade e aquecem os eletrodos, vaporizando a grafite. Em seguida, esta se condensa na forma de uma fuligem que contém nanotubos. Posteriormente, é realizado um complicado processo de purificação, cujo objetivo é separar os nanotubos de outras formas indesejáveis da fuligem do carbono.

O processo CVD (Chemical Vapour Deposition) envolve a reação de decomposição de um precursor de carbono, normalmente um hidrocarboneto insaturado, na presença de um catalisador metálico (Fe, Co, Ni) em condições adequadas de temperatura, taxa de aquecimento e atmosfera inerte (ENDO et al., 1993). Quando o processo ocorre com catalisador suportado, primeiramente ocorre a síntese do catalisador metálico, que é posteriormente suportado sobre um substrato adequado e levado, então, ao forno. Em seguida, é feita a passagem do precursor de carbono com o auxílio de um gás de arraste, e a decomposição das moléculas do hidrocarboneto ocorre sobre a superfície das partículas metálicas em temperaturas que variam de 500 a 1.200 ºC.

Segundo Hu et al. (2006), podem ser usados como precursores (gases moleculares): vapor de hidrocarboneto, metano, etileno, acetileno, xileno, benzeno ou tolueno.

Apesar dos nanotubos de carbono (NTC) produzidos pelo processo CVD apresentarem mais defeitos estruturais do que os NTC produzidos por arco elétrico e ablação a laser, há interesse na continuidade de crescimento de nanotubos por CVD, uma vez que esta técnica permite uma produção contínua em larga escala e oferece a possibilidade de um crescimento seletivo com estruturas controladas (Hu et al., 2006).

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O resultado esperado neste presente trabalho é demonstrar o grande potencial e as oportunidades que podem surgir com o aprofundamento dos estudos do nano-concreto. Espera-se que seja um dos mais importantes materiais do século XXI. Ambiciona-se em um

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futuro próximo que o nano-concreto seja produzido em larga escala e recomendado pelos Engenheiros nas estruturas de concreto.

Assim que o nano-concreto atinja o estágio da produção industrial seus benefícios justapostos aos canteiros de obra serão inquestionáveis “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.

Concluindo podemos mostrar que o principal objetivo da nanotecnologia é que através da manipulação físico-química de moléculas, apresentando assim novas propriedades, exista maior durabilidade e produtividade contribuindo para a preservação do meio ambiente.

REFERÊNCIAS

BUFFONI, S.; Propriedades Mecânicas dos Materiais, UFF.

HIBBELER, R.C. Resistência dos Materiais, 3.º Ed., Editora Livros Técnicos e Científicos, 2000.

MELO, V. S.; Nanotecnologia Aplicada: Efeito de Mistura de Nanotubos de Carbono em Matrizes de Cimento Portland, 2009. 146 f. Dissertação (Mestre em Construção Civil) – Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2009.

MUCIÑO, A.; Concreto Nanotecnológico, Razón y Palabra, n. 68, 2012.

OCAMPO, R. E. Nanotecnología y Arquitectura, Revista del Instituto Mexicano Del Cemento y del Concreto, 1998.

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É tecnólogo em Logística pela Faculdade de Tecnologia da Zona Leste (Fatec-ZL), possui mestrado e doutorado em Engenharia de Produção pela UNIP e tem atuado desde 2006 em cursos

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