Materiais de Construção - Ibracon - C51

Livro: Materiais de Construo Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia

V. M. JOHN Univ. de So Paulo P. J. P. GLEIZE Univ. Federal

de Sta Catarina

Materiais de construo: perspectivas e desafios futuros

Captulo 51


Os materiais de construo tm apresentado evoluo tecnolgica incremental.

Os materiais empregados hoje (exceto os plsticos) foram desenvolvidos h mais de 100 anos.

certo que, nesse perodo de tempo, estes materiais melhoraram suas propriedades.

Porm, at recentemente, poucas eram as revolues tecnolgicas importantes observadas no campo de materiais de construo civil.

Este cenrio, no entanto, est mudando rapidamente.

Introduo


O setor da construo civil uma rea chave para o desenvolvimento sustentvel por sua capacidade de retratar nossa sociedade na sua procura por segurana, conforto e bem-estar.

Esta exigncia social anima um setor econmico particularmente amplo, constitudo por cadeias produtivas tcnicas que: exploram recursos renovveis ou no, transformam as matrias-primas em produtos tcnicos cada

vez mais evoludos e, montam o conjunto num produto final relativamente

complexo.

Introduo


Nesta perspectiva de desenvolvimento sustentvel, a sociedade dever ser capaz de encontrar as inovaes necessrias para vencer desafios como: reduo da poluio, incluindo a reduo da emisso de

gases ao efeito estufa; economia de energia e emprego de energias renovveis; reduo de consumo de materiais no renovveis e

proteo da natureza; uso racional da gua; proteo da sade humana e melhoria da qualidade de vida.

Introduo


Esses desafios do setor devero transformar os materiais de construo e seus componentes rapidamente.

O desenvolvimento futuro dos materiais de construo ser, certamente, resultado da aplicao intensiva dos conhecimentos da cincia de materiais e seus conceitos. Ex.: os aditivos superplastificantes para concreto, que tm

propiciado o grande aumento da resistncia, so molculas orgnicas projetadas e sistematicamente aperfeioadas.

Introduo


A grande escala de produo e a concentrao observada em alguns mercados, como o do cimento, tem tornado vivel a realizao de investimentos pesados em pesquisa visando ao desenvolvimento de novas solues.

Nesses grupos de pesquisa, prevalece a abordagem multidisciplinar com engenheiros de materiais, qumicos, fsicos trabalhando lado a lado com os engenheiros civis que dominam as aplicaes e suas necessidades.

Introduo


Termos como nanotecnologia, materiais multifuncionais, materiais com gradaes funcionais, materiais autolimpantes, comeam a se tornar comuns na engenharia civil e arquitetura.

Mas, certamente, dada a escala de produo dos materiais de construo civil, os materiais de construo do futuro continuaro sendo compostos predominantemente de espcies qumicas abundantes, como o Si, Al, Fe, Ca e oxignio.

Introduo


Problemas ambientais da construo civil: alto consumo de matrias-primas no renovveis, gerao de resduos, poluio no processamento e transporte, etc. A superao desses limites vai exigir o desenvolvimento de materiais de alta eco-eficincia, que: permitam consumo de materiais significativamente inferior

ao dos materiais tradicionais, atendendo as diferentes funes estruturais, isolamento acstico, trmico, etc.;

propiciem a construo com impacto ambiental ao longo do seu ciclo de vida menor que as solues tradicionais e que sejam reciclveis ou desmontveis e reutilizveis;

apresentem grande durabilidade nos ambientes a que se destinam.

Materiais de alta eco-eficincia


Produto, baseado em cimento Portland convencional, que pode atingir resistncias de at 800 MPa e resistncia trao de at 50 MPa, valores numa ordem de grandeza superior aos dos concretos de alta resistncia

Verso reforada de CPR com microfibras de ao (DuctalTM): permite dividir por trs a massa de estruturas de concreto e tem sido utilizado em pontes de pedestres

Concreto de ps-reativos - CPR


O alto desempenho produto de uma combinao de abordagens: diminuio da porosidade pela utilizao de uma distribuio

granulomtrica extensa, obtida pela combinao de finos; projeto de granulometria de forma que cada partcula maior est

cercada por vrias partculas menores, que distribuem as tenses; relao gua/cimento freqentemente abaixo da necessria para

hidratar todo o cimento, viabilizada por aditivos dispersantes eficientes, uma vez que a resistncia do gro anidro e seu mdulo de elasticidade so superiores;

reforo com fibras de ao; diminuio dos defeitos de moldagem, pois o produto auto-

adensvel.

Concreto de ps-reativos


Alm de baixa porosidade que confere enorme resistncia degradao na maioria dos ambientes, o produto auto- reparvel, devido ao alto teor de cimento anidro: eventuais fissuras so preenchidas pelos produtos da hidratao dos gros anidros expostos.

O produto no isento de problemas: o fler de quartzo traz para os trabalhadores o risco de silicose, caso no sejam tomadas medidas adequadas de proteo.

Essa tecnologia demonstra as possibilidades introduzidas pelo estrito controle de agregados e seleo de agregados. Deve-se esperar uma sofisticao crescente das especificaes dos produtos e aperfeioamento crescente dessa indstria no futuro prximo.

Concreto de ps-reativos


Variao das propriedades de acordo com as necessidades Ex.: gradientes de porosidade, produzidos por gradientes no

teor de ar incorporado ou variao gradual na composio (gua, por exemplo), em peas fletidas podem reduzir muito o peso prprio e podem produzir peas de grande inrcia e resistncia flexo com reduo de consumo de materiais.

Dias et al. (2006) demonstram que o conceito pode ajudar na reduo de consumo de fibras plsticas para a produo de telhas onduladas de fibrocimento e at de chapas planas, com significativa reduo de custo e de impacto ambiental.

Essa abordagem permitiu reduzir o teor de fibra em 40% sem alterao significativa na resistncia flexo, mas com reduo na energia de fratura.

Materiais com gradaes funcionais (FGM)


Materiais ativos ou inteligentes (smart materials) possuem caractersticas programveis e so capazes de reagir ou se adaptar s condies do ambiente.

Materiais multifuncionais so capazes de cumprir mais de uma funo simultaneamente.

Na prtica, muitos materiais ativos so multifuncionais.

Materiais inteligentes ou ativos


Um material ou sistema ativo deve ser sensvel, adaptativo e evolutivo, podendo se comportar como:

sensor (detector de sinais),

atuador (efetuar uma ao sobre seu ambiente) ou

processador (tratar, comparar, armazenar dados).



Esse material ser capaz de mudar suas propriedades fsicas (dimenses, cor, viscoelasticidade, condutividade trmica, etc.), em resposta a solicitaes naturais ou provocadas vindas do exterior ou do interior do material (tenso mecnica, temperatura, umidade, rudo, luz, eletricidade, substancia qumica, etc.).

O material vai detectar a mudana no ambiente e, em alguns casos, provocar uma ao de correo (por exemplo, auto-reparo ou transmisso desta funo para outro material). Isso possibilita, por exemplo, a deteco de movimentos e at fissuras em estruturas.



Materiais eletro ou magnetoativos: atuam ou reagem frente a campos eltricos ou magnticos. Materiais piezoeltricos: cermicas ou polmeros capazes

de converter energia mecnica ou trmica em tenso eltrica, ou vice-versa. A amplitude e a freqncia do sinal eltrico so proporcionais amplitude da deformao sofrida.

Fluidos eletroreolgicos ou magnetoreolgicos reagem aplicao de um campo eltrico ou magntico, mudando suas propriedades fsicas (Ex.: mudanas de viscosidade).

Os materiais eletroestrictivos e magnetoestrictivos podem se deformar sob a ao, respectivamente, de campos eltricos e magnticos.



Materiais com memria de forma: Ligas metlicas, mas tambm polmeros ou cermicas

capazes de mudar sua forma com a aplicao de um estmulo externo, podendo voltar forma original quando cessa o estmulo, que pode ser uma variao de temperatura, de campo eltrico ou magntico, de luz ou uma reao qumica.



Materiais cromoativos Produzem mudanas de cor em resposta a uma solicitao

externa, tal como uma diferena de potencial, uma radiao ultravioleta, uma variao de temperatura ou de presso, etc.

Assim, por exemplo, uma janela ser capaz de no somente assegurar uma funo de regulao tica ou trmica ao variar sua transparncia, mas tambm poder ter vrias funcionalidades adicionais, tais como captao e armazenamento de energia, auto-reparo, autolimpeza, proteo contra o fogo, fixao de poluentes, aquecimento/resfriamento.



Materiais de mudana de fase (PCM phase change materials) Materiais que, passando por determinada faixa de

temperatura, mudam de fase se liquefazem ou solidificam , liberando ou absorvendo energia.

Permitem o controle de ganhos e perdas de calor dos edifcios, podendo propiciar grandes redues dos custos de energia de condicionamento trmico e dos impactos ambientais associados gerao de energia. Podem ser utilizada para estocar energia. Ex.: uma camada de argamassa de revestimento com 20 mm

de espessura contendo 20% de microesferas de slica porosa preenchidas por parafina tem a mesma capacidade de armazenamento de energia de uma parede de concreto de 200 mm.



Vidros e tintas

Obtidos pela combinao de superfcies super-hidrofbicas combinadas com rugosidade superficial controlada, no que se convencionou chamar de efeito ltus, pois foi inspirado na superfcie das folhas da flor de ltus.

Materiais multifuncionais: Materiais autolimpantes


Produtos base de cimentos Utilizao de produtos fotocatalticos, que, quando expostos

luz, tm a capacidade de facilitar reaes qumicas e de se auto-regenerar ao final do processo. O anatsio tem poderosa capacidade fotocataltica quando

exposto radiao ultravioleta, propiciando reaes de oxidao de compostos orgnicos. Esse processo permite que superfcies cobertas com anatsio fotocataltico expostas a radiaes de UV de baixa energia promovam a remoo de odores, apresentem ao bactericida e possam degradar sujeiras orgnicas responsveis pela ptina nas superfcies.

O anatsio, quando exposto a UV, aumenta o ngulo de contato, fazendo com que a superfcie torne-se hidrofbica, o que facilita a remoo dos produtos da degradao e partculas inorgnicas.



Produtos base de cimentos


Cor

Tempo de exposio (h)

Referncia

TiO2 dm = 20 nm

TiO2 dm = 150 nm


Produtos base de cimentos

A Igreja Dives in Misericordia em Roma, construda com concreto de cimento branco fotocataltico: nunca ficar suja



Outras tendncias podem ser observadas: Materiais hiperisolantes trmicos, Materiais que incorporam clulas fotovoltaicas para gerao

de energia, Membranas sensitivas e adaptativas, materiais capazes de

regular a umidade do interior dos edifcios, etc. Pigmentos frios que, embora possam ser de cor escura,

inclusive o preto, absorvem menos calor (pois refletem a radiao infra-vermelha e, por isso, economizam energia).

Muitos desses produtos, provavelmente, chegaro aos mercados, e engenheiros civis e arquitetos capazes de entenderem seu funcionamento certamente estaro em vantagem.

Comentrios finais

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