A nanotecnologia começa em uma escala que não pode ser observada a olho nu, mas seus efeitos podem alcançar propriedades conhecidas do concreto. Ao incorporar materiais com dimensões na faixa de 1 e 100 nanômetros às matrizes cimentícias, pesquisadores procuram modificar a microestrutura do material e, a partir disso, alterar seu comportamento e desempenho.

Entre os materiais estudados estão nanopartículas de sílica, dióxido de titânio, nanoalumina, nanotubos de carbono, nanofibras, grafeno e óxido de grafeno. A escolha depende da propriedade que se pretende melhorar e das características do nanomaterial, incluindo seu teor, sua compatibilidade com a matriz e, principalmente, sua dispersão na mistura.

Segundo a professora Laura Silvestro, do Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil da UTFPR, a lógica está na relação entre as diferentes escalas do material. “A incorporação de nanomateriais em concretos baseia-se, principalmente, na premissa de que modificações em escala nanométrica podem resultar em alterações na microestrutura e, consequentemente, no comportamento macroscópico do material.”

Uma intervenção que começa na estrutura do material

A atuação dos nanomateriais ocorre por diferentes mecanismos. Dependendo de sua natureza, eles podem favorecer a nucleação de produtos de hidratação, modificar a cinética de hidratação, preencher poros, refinar a microestrutura e contribuir para a transferência de tensões. Alguns também podem conferir funcionalidades que não são características de um concreto convencional.

Os Nanotubos de carbono e outros nanocompósitos à base de carbono podem ser empregados como elementos de reforço da matriz, enquanto o dióxido de titânio pode ser utilizado no desenvolvimento de superfícies com propriedades fotocatalíticas.

Para o engenheiro Cesar Zanchi Daher, diretor-presidente da Daher Engenharia Consultiva e Tecnologia, a tecnologia permite trabalhar de forma mais precisa com a estrutura interna do concreto. “A adição de nanopartículas modifica fundamentalmente a nanoestrutura da matriz de cimento hidratado”, explica. Segundo ele, essas partículas também podem alterar a cinética da hidratação e contribuir para a densificação da estrutura porosa da pasta.

Os resultados encontrados em estudos indicam possibilidades de ganhos no desempenho mecânico. No caso dos nanotubos de carbono, pesquisas relatam aumentos de aproximadamente 20% a 30% na resistência à compressão e de até 50% na resistência à tração na flexão, dependendo das características do material e das condições experimentais.

De concreto mais resistente a material funcional

O interesse pela nanotecnologia não está restrito ao aumento da resistência. Uma das frentes de pesquisa envolve a criação de materiais capazes de desempenhar funções adicionais. O dióxido de titânio, por exemplo, pode conferir propriedades fotocatalíticas ao concreto. Em determinadas condições, o material participa de reações que degradam compostos orgânicos, permitindo estudar aplicações em fachadas, pavimentos e revestimentos autolimpantes. Há também pesquisas sobre seu potencial na redução de determinados poluentes atmosféricos.

Outra possibilidade está nos chamados materiais self-sensing (autossensitivos). A incorporação de materiais eletricamente condutores, como nanotubos de carbono e grafeno, pode fazer com que propriedades elétricas da matriz se alterem em resposta a deformações, fissuração ou outros mecanismos de dano. Essa característica abre possibilidades para o monitoramento de estruturas como pontes, viadutos e pavimentos. Em determinadas configurações, a tecnologia também pode ser estudada para acompanhar o tráfego e as condições de carregamento.

“Os nanomateriais não devem ser vistos apenas como uma estratégia para produzir concretos com maior desempenho mecânico. Seu potencial é muito mais amplo”, afirma Laura. Para ela, a nanotecnologia pode atuar desde o controle da microestrutura até o desenvolvimento de materiais multifuncionais e sistemas capazes de responder a estímulos externos. “A possibilidade de produzir concretos e argamassas com maior resistência e durabilidade pode contribuir para o aumento da vida útil das estruturas, a redução da necessidade de manutenção e, consequentemente, dos custos associados ao longo do ciclo de vida”, complementa.

Laboratórios aproximam pesquisa e aplicação

O desenvolvimento dessas tecnologias envolve universidades, laboratórios e entidades técnicas. No Brasil, entre as instituições que pesquisam o tema estão o Laboratório de Aplicações de Nanotecnologia em Construção Civil, da UFSC, a COPPE/UFRJ e a UFMG.

Também existe, no Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON), o Comitê Técnico CT 205, dedicado aos nanomateriais para aplicação em concretos. O grupo reúne pesquisadores, engenheiros e profissionais de diferentes setores para discutir o comportamento desses materiais e suas possibilidades de uso.

Uma das iniciativas previstas pelo comitê é um estudo interlaboratorial para avaliar a influência dos nanomateriais sobre propriedades reológicas e sobre a cinética de hidratação das matrizes cimentícias. A iniciativa busca contribuir para a geração de conhecimento técnico e para a aproximação entre os resultados de pesquisa e as necessidades da indústria e da comunidade técnica.

Desafio de levar a nanoescala para a obra

Apesar dos resultados obtidos em laboratório, a adoção em maior escala ainda depende de questões técnicas e econômicas. Um dos principais desafios é a tendência de alguns nanomateriais à aglomeração. Quando isso ocorre, a eficiência da adição pode ser prejudicada e os resultados podem se tornar menos consistentes.

Também é necessário adaptar processos desenvolvidos em laboratório às condições de produção industrial, considerando custo, reprodutibilidade e processamento. A interação dos nanomateriais com diferentes tipos de cimento e aditivos químicos é outro ponto de estudo, especialmente diante do desenvolvimento de formulações com menor emissão de carbono.

Para Laura, o próximo passo envolve justamente aproximar os resultados experimentais das condições encontradas no setor produtivo. “A transição da nanoescala para a escala da construção será, provavelmente, um dos principais desafios para que todo esse potencial possa ser efetivamente convertido em aplicações comerciais,” conclui.

ENTREVISTADOS

Laura Silvestro é engenheira civil graduada pela Universidade Federal do Paraná (UFPR), mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e doutora pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). É bolsista de produtividade do CNPq (PQ Nível C) e atualmente desenvolve pesquisa de pós-doutorado no Instituto Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), em Berlim (Alemanha), com financiamento da CAPES e da Alexander von Humboldt Foundation (AvH). A pesquisadora compõe a equipe de coordenação do Comitê Técnico CT 205 – Nanomateriais para Aplicação em Concreto, do Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON), que tem como objetivo integrar diferentes setores no estudo e na aplicação de nanomateriais em compósitos cimentícios.

Cesar Zanchi Daher é engenheiro civil graduado pela Universidade Federal do Paraná (UFPR). Foi diretor do curso de Engenharia Civil da PUC-PR, onde também lecionou por mais de 20 anos disciplinas relacionadas à Mecânica de Solos e Tecnologia do Concreto e Materiais. Atuou como consultor e gestor tecnológico em obras emblemáticas como Itaipu Binacional, Cimento Itambé (Balsa Nova), Aeroporto Afonso Pena, Yachthouse, entre outros. É diretor-presidente da Daher Engenharia Consultiva e Tecnologia, onde atua nas áreas de ciência dos materiais e desenvolvimento de soluções para obras de infraestrutura, incluindo dosagens de concretos de altíssimo desempenho, controle térmico e densificação da matriz cimentícea.

Contato

laurasilvestro@utfpr.edu.br

contato@dahertec.com.br

Jornalista responsável

Ana Carvalho

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