Bateria de cimento promete armazenar energia no prédio inteiro

 Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/05/2021

Imagine edifícios inteiros capazes de armazenar energia, como uma bateria gigante, no próprio concreto de que ele é feito.

[Imagem: Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology]

Armazenar energia no concreto

Imagine usar a própria estrutura da sua casa, de prédios inteiros, e mesmo de construções como pontes e viadutos, para armazenar energia, transformando a construção toda em uma bateria gigantesca.

Essa visão começou a tomar forma, graças ao trabalho de Emma Zhang e Luping Tang, da Universidade Chalmers de Tecnologia, na Suécia.

Os dois pesquisadores estão construindo os primeiros protótipos de um tipo inédito de bateria: uma bateria recarregável de cimento.

Assim como em outra demonstração recente, na qual o cimento tornou-se capaz de conduzir eletricidade e gerar calor, a técnica começa com a adição de pequenas fibras de carbono ao cimento (0,5% em volume), para melhorar sua condutividade elétrica - com um ganho adicional de uma maior resistência à flexão.

Fazer uma bateria recarregável, contudo, exige mais do que simplesmente conduzir eletricidade. Para isso, a dupla incorporou ao cimento uma malha de fibra de carbono revestida de metal. Depois de uma série de experimentações, eles obtiveram os melhores resultados usando ferro para o anodo e níquel para o catodo.

Protótipo da bateria de cimento construída pelos pesquisadores.

[Imagem: Chalmers University of Technology]

Bateria recarregável de cimento

Os primeiros protótipos da bateria recarregável à base de cimento alcançaram uma densidade de energia média de 7 watts por metro quadrado (Wh/m2), ou 0,8 watts por litro (Wh/L).

A densidade de energia ainda é baixa em comparação com as baterias comerciais, mas essa limitação pode ser superada graças ao grande volume no qual a bateria pode ser construída quando usada em edifícios - a densidade de energia é usada para expressar a capacidade de uma bateria, e uma estimativa conservadora indica que o desempenho da nova bateria pode ser mais de 10 vezes superior.

"Os resultados dos primeiros experimentos investigando a tecnologia de bateria de concreto mostraram um desempenho muito baixo, então percebemos que tínhamos que pensar fora da caixa, para chegar a outra maneira de produzir os eletrodos. Esta ideia particular que desenvolvemos - que também é recarregável - nunca foi explorada antes. Agora temos uma prova de conceito em escala de laboratório," contou Emma Zhang.

Mesmo que os desenvolvimentos futuros não atendam às expectativas dos pesquisadores, eles acreditam que já se pode pensar na tecnologia em aplicações como iluminação a LED, disponibilização de conexões sem fio ou mesmo na criação do que eles chamam de "concreto funcional", no qual a tecnologia de armazenamento de energia traria uma proteção catódica contra a corrosão.

"Também poderia ser acoplada a painéis de células solares, por exemplo, para fornecer eletricidade e se tornar a fonte de energia para sistemas de monitoramento em rodovias ou pontes, onde sensores operados por uma bateria de concreto poderiam detectar rachaduras ou corrosão," acrescentou Zhang.

Esquema de funcionamento da bateria de cimento.

[Imagem: Zhang/Tang - 10.3390/buildings11030103]

Durabilidade

É preciso reconhecer, porém, que ideia ainda está em um estágio muito inicial. As questões técnicas que ainda precisam ser resolvidas antes de se pensar na comercialização das baterias de cimento incluem o aumento da vida útil da bateria, o aumento do número de ciclos de carga e descarga e o desenvolvimento de técnicas de reciclagem do concreto ao fim da vida útil.

"Como a infraestrutura de concreto geralmente é construída para durar cinquenta ou até cem anos, as baterias precisariam ser refinadas para corresponder a isso, ou para serem mais fáceis de trocar e reciclar quando sua vida útil terminar. Por agora, isso oferece um grande desafio do ponto de vista técnico," reconheceu Zhang.

Bibliografia:

Artigo: Rechargeable Concrete Battery

Autores: Emma Qingnan Zhang, Luping Tang

Revista: Buildings

Vol.: 11(3), 103

DOI: 10.3390/buildings11030103

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Concreto de endurecimento rápido diminui tempo de construção em quatro vezes

 Redação do Site Inovação Tecnológica 

As inovações em cimento e concreto têm-se multiplicado nos anos recentes.

[Imagem: TU Vienna]

Concreto de endurecimento rápido

Um novo tipo concreto de endurecimento rápido promete reduzir o tempo de construção de estruturas de engenharia em três a quatro vezes.

O concreto é resistente a rachaduras, à água, ao gelo e, por isso, adequado para construção nas mais variadas condições ambientais. E a tecnologia para sua fabricação pode ser implementada nas fábricas atuais com gastos mínimos, garantem Ruslan Ibragimov e Roman Fediuk, da Universidade Estadual de Kazan, na Rússia.

A resistência à compressão do novo concreto - alcançada 28 dias após o vazamento - aumentou de 2,7 a 3,3 vezes (B60) em comparação com as misturas tradicionais de concreto de componentes similares. A resistência ao gelo aumentou três vezes, saindo de F200 e chegando a F600, e resistência à água (a pressão sob a qual a água permeia um concreto) aumentou mais de quatro vezes - W18 em vez de W4.

Geônica

Para melhorar os materiais de construção, os engenheiros se baseiam na natureza, mas ainda não conseguiram obter a mesma resistência que os conglomerados e arenitos das montanhas. A força dessas pedras naturais é 10 vezes maior, ainda que elas tenham quase a mesma composição e a estrutura que o concreto.

Para tentar diminuir esse hiato, surgiu um novo campo da ciência, a geônica, ou geomimética, que tenta imitar as rochas, assim como a biomimética tenta imitar os seres vivos.

"Nossa tarefa é melhorar a força dos novos materiais de construção, aproximando suas características das características naturais através do uso de novas tecnologias. No momento, somos capazes de criar concreto várias vezes mais forte do que o obtido com tecnologias antigas," disse Fediuk.

Equipamento de pulsação rotativa, em escala de laboratório, para a fabricação do novo concreto.

[Imagem: Ibragimov/Fediuk]

Materiais da mesma origem

Além de mudanças no processo de fabricação, as melhorias foram obtidas selecionando as matérias-primas do concreto em termos de similaridade de sua composição química, características físicas e mecânicas. De acordo com os princípios da geônica, essa similaridade pode ser alcançada se a brita, a areia, o cimento e a água - todos os componentes tradicionais do concreto - forem obtidos na mesma área geográfica. Portanto, é mais rentável produzir os componentes na região onde o concreto será produzido.

Uma das mudanças no processo, que também o tornam mais ambientalmente amigável, foi a redução no uso de água, que normalmente controla a fluidez da mistura de concreto. No entanto, quando seca, a água provoca rachaduras, diminuindo a resistência da estrutura. Na nova composição, toda a água não essencial é substituída por superplastificantes de última geração. Essas substâncias fazem com que as moléculas da mistura de concreto se afastem umas das outras, o que resulta em aumento da fluidez, trabalhabilidade e outras qualidades do concreto úteis para a engenharia de construção.

Outro passo importante é a ativação mecânico-química, ou seja, os componentes do concreto são misturados e triturados em alta velocidade em um aparelho de rotação pulsante - um misturador de concreto especial.

Velocidade na construção

A característica de endurecimento rápido do novo concreto - a redução da água utilizada é uma das principais responsáveis por esta melhoria - permite remover a cofragem das estruturas em três a sete dias, em vez de 28 dias, como normalmente é necessário. Contudo, ainda são necessários 28 dias para que o novo concreto atinja sua resistência final.

Os dois engenheiros afirmam que é possível fabricar concreto de resistência rápida semelhante ao novo usando métodos tradicionais, mas haverá inconvenientes, como ineficiência de custo e danos ao meio ambiente. Para obter o mesmo endurecimento rápido seria necessário usar uma quantidade maior de cimento de alta qualidade. E a fabricação de cimento ocupa a posição número dois no mundo em termos de liberação de gases de efeito estufa, defende ele.

Bibliografia:

Artigo: Improving the early strength of concrete: Effect of mechanochemical activation of the cementitious suspension and using of various superplasticizers

Autores: Ruslan Ibragimov, Roman Fediuk

Revista: Construction and Building Materials

Vol.: 226, Pages 839-848

DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.07.313

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Concreto autoconserta-se de rachaduras usando enzima do sangue humano

 

Anidrase carbônica

Pesquisadores apresentaram uma nova receita para criar estruturas de cimento e concreto capazes de se autoconsertar de trincas e rachaduras.

O "ingrediente secreto" é uma enzima encontrada nos glóbulos vermelhos do sangue humano, onde ela ajuda a transportar o CO2 e controlar o pH.

A enzima, chamada anidrase carbônica, reage automaticamente com o dióxido de carbono atmosférico (CO2) para criar cristais de carbonato de cálcio, que imitam o concreto em estrutura, resistência e outras propriedades, preenchendo assim rachaduras antes que elas causem problemas estruturais.

"Se pequenas rachaduras pudessem ser reparadas automaticamente quando começassem, elas não se transformariam em problemas maiores, que precisariam de reparo ou substituição. Parece ficção científica, mas é uma solução real para um problema significativo na indústria da construção," disse o professor Nima Rahbar, do Instituto Politécnico Worcester, nos EUA.

Processo de autocura do concreto usando enzima encontrada no sangue humano.

[Imagem: Jessica A. Rosewitz et al. - 10.1016/j.apmt.2021.101035]

Enzima melhor que bactéria

Inspirados pelo processo de transferência de CO2 no corpo humano, os pesquisadores adicionaram a anidrase carbônica produzida sinteticamente ao pó de cimento antes da preparação e mistura que forma o concreto. Quando uma pequena fissura eventualmente se forma no concreto enzimático, a enzima lá dentro se conecta com o CO2 do ar, desencadeando o crescimento de uma nova matriz cristalina que preenche a fissura.

O processo consegue curar rachaduras em escala milimétrica em 24 horas.

A equipe desenvolveu uma abordagem em três frentes que inclui uma mistura de concreto que, quando usada para construir uma estrutura, irá autoconsertar pequenas fissuras que se formarem; uma mistura que pode induzir a autocura em fendas ou buracos maiores; e um processo que pode ser aplicado ao concreto tradicional para consertar rachaduras.

Outros pesquisadores já propuseram a criação de concreto autocurável usando bactérias, como o Bacillus Megaterium, um micróbio que produz uma enzima que é expelida na mistura de concreto.

Rahbar optou por usar enzimas diretamente, em vez de bactérias, observando que as bactérias são mais caras e funcionam mais lentamente, levando até um mês para curar uma rachadura de 10 micrômetros, que as enzimas podem curar em poucas horas - e há preocupações sobre potenciais questões de saúde de longo prazo relacionadas ao uso das bactérias.

Bibliografia:

Artigo: An enzymatic self-healing cementitious material

Autores: Jessica A. Rosewitz, Shuai Wang, Suzanne F. Scarlata, Nima Rahbar

Revista: Applied Materials Today

DOI: 10.1016/j.apmt.2021.101035

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Descobertas as causas da deterioração do concreto e do asfalto

 Deterioração do concreto

Os engenheiros vêm observando há décadas que as estruturas modernas de concreto e de asfalto tendem a se deteriorar muito mais rapidamente do que estruturas históricas.

Mas a razão para esse fenômeno permanecia desconhecida.

Agora, Akihiro Moriyoshi e colegas da Universidade de Hokkaido, no Japão, acreditam ter finalmente encontrado a resposta.

Eles descobriram que a deterioração das estruturas modernas de concreto e asfalto se deve à presença de quantidades-traço - meros vestígios - de matéria orgânica nessas estruturas.

Monitoramento do concreto

As marcas características que levam à deterioração do cimento, concreto e asfalto incluem rachaduras, desagregação (transformação em pó) e delaminação (separação em camadas).

As estruturas deterioradas deixam de ser seguras para os fins que foram projetados, e uma deterioração mais rápida reduz a expectativa de vida das estruturas.

As técnicas atuais de monitoramento incluem justamente o acompanhamento da largura das rachaduras e um teste químico simples, que não dão um quadro geral da deterioração e da queda da resistência dos materiais.

Foi ao tentar melhorar esses ensaios de monitoramento que Moriyoshi percebeu um odor característico emanando das amostras de cimento que ele estava testando. Foi necessário usar até tomografia computadorizada para finalmente encontrar a razão dos cheiros, que acabaram explicando a deterioração dos materiais.

Para confirmar que estavam de posse da explicação correta, a equipe testou uma variedade de amostras de asfalto do Japão desde 1960, várias amostras de concreto de todo o mundo, e também uma amostra de concreto de 120 anos, usada como referência.

Deterioração por matéria orgânica

Os exames mostraram que há uma série de moléculas orgânicas, de origens diversas, presentes nas modernas estruturas de concreto e pavimentos asfálticos: ftalatos, particulados de escapamento de carros e caminhões, sabões e até fluidos usados para lavar pára-brisas.

Entre os compostos mais comuns, a equipe encontrou (como proporção da amostra de concreto ou cimento): 0,25% de desumidificantes, 0,12% de compostos de fosfato e 0,0012% de ftalatos.

Essas moléculas são introduzidas no cimento, concreto e asfalto durante o processo de fabricação ou absorvidas do meio ambiente, e causam uma rápida deterioração das estruturas de concreto e dos pavimentos de asfalto. Embora estejam em menor quantidade, os ftalatos mostraram ter o maior efeito de deterioração.

A equipe espera que suas descobertas sejam usadas para desenvolver novas formulações para estruturas de concreto ou aprimoramentos nos processos produtivos, que permitam a produção de cimentos e concretos mais puros, que poderão ter vida útil mais longa.

Bibliografia:

Artigo: Deterioration of modern concrete structures and asphalt pavements by respiratory action and trace quantities of organic matter
Autores: Akihiro Moriyoshi, Eiji Shibata, Masahito Natsuhara, Kiyoshi Sakai, Takashi Kondo, Akihiko Kasahara
Revista: PLoS ONE

DOI: 10.1371/journal.pone.0249761

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Concreto de alta resistência sem cimento Portland

Concreto sem cimento

Engenheiros da Universidade Federal de Pernambuco desenvolveram uma técnica de dosagem que permite obter concretos de alta resistência (>75 Mpa) sem a utilização do tradicional cimento Portland.

Além disso, o professor Nilvan Araújo Júnior e seus alunos desenvolveram a técnica usando um resíduo do processo de produção de ferro gusa nas siderúrgicas, a escória de alto-forno, em combinação com um ativador alcalino.

Assim, além de produzir um cimento de baixo impacto ambiental - a produção de cimento Portland é responsável por cerca de 7% do CO2 emitido no mundo - o processo permite dar uma destinação a um rejeito da siderurgia, obtendo um benefício duplo.

E não é só o ambiente que ganha, uma vez que o concreto sem cimento apresenta características superiores ao concreto comum.

"Quanto ao desempenho, esse novo produto apresenta um endurecimento mais rápido e maior ganho de resistência quando comparado ao cimento tradicional, sendo apropriado para produção de peças pré-moldadas em fábricas," garante a equipe.

Comparações

Para comparar o concreto tradicional (concreto de alta resistência com cimento Portland e sílica ativa) com o concreto alternativo, a equipe realizou ensaios de resistência à compressão e módulo de elasticidade dinâmico com 1, 3, 7 e 28 dias. Aos 28 dias também foram feitos ensaios de módulo de elasticidade estático e resistência à tração por compressão diametral.

Os resultados mostraram que, tanto o concreto de alta resistência, como o concreto de escória álcali-ativada, desenvolveram altas resistências iniciais (>40 MPa com 1 dia) e finais (>86 MPa aos 28 dias).

Com informações da UFPE - 20/07/2021

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Conheça a importância dos aditivos superplastificantes para concreto

 

O mercado da construção civil busca de forma constante novas tecnologias para melhorar a qualidade do concreto. Desde a antiguidade, as técnicas de produção e utilização do concreto passaram por diversas inovações e grande parte desta evolução deve-se ao uso de aditivos, sendo um dos principais os aditivos superplastificantes para concreto.

Os primeiros materiais utilizados como redutores de água foram os derivados de lignina ou lignosulfonados denominados primeira geração, a segunda geração são os produtos a base de naftalenos sulfonados e melaminas sulfonadas, que começaram a ser largamente utilizados nos anos 70, e a terceira geração de aditivos, são os poliéteres carboxilatos, os quais são moléculas desenvolvidas especialmente para interagir com aglomerantes em meio aquoso, são os mais utilizados atualmente.

O uso de aditivos está cada vez mais difundido devido à melhoria nas características do concreto associado ao custo benefício quando avaliado o custo final e não apenas o custo do aditivo. No Brasil, sua aplicação está cada vez mais comum em todas as regiões, tanto em empresas concreteiras como para fabricantes de pré-moldados em concreto.

Quais são os tipos de aditivos para concreto?

Existem vários tipos de aditivos para concreto: plastificantes, superplastificantes, redutores de água, controladores de hidratação, incorporadores de ar, modificadores de viscosidade, aceleradores, entre outros.

Segundo a NBR 11768:2011, os aditivos podem ser definidos da seguinte maneira:

Redutor de água: aditivo que não altera a consistência do concreto fresco e permite reduzir a quantidade de água no concreto, ou, que sem alterar a quantidade de água modifica a consistência do concreto. Definido como de pega normal quando não altera o tempo de pega.

Acelerador: Podem alterar a pega inicial, reduzindo o tempo de transição do estado plástico para o estado endurecido ou aumentar a resistência nas idades iniciais do concreto sem modificar a pega.

Retardador: Aumenta o tempo de transição do estado plástico para o estado endurecido do concreto.

Incorporador de ar: Aditivos que permitem incorporar ar durante o amassamento do concreto.

A norma também aponta a diferenciação entre aditivo plastificante e superplastificante para concreto de acordo com a redução de água de amassamento para se atingir determinado abatimento. Para os plastificantes a redução deve ser ≥ 5% em relação ao concreto de referência. Para os superplastificantes tipo I a redução de água deve ser ≥ 12%, enquanto que para os superplastificantes tipo II deve ser ≥ 20%.

 

Benefícios dos aditivos superplastificantes para concreto

Atualmente é difícil se pensar em produzir concreto sem a utilização de aditivo, uma vez que proporcionam excelentes melhorias nas principais propriedades do concreto, tanto no estado fresco, quanto endurecido. O objetivo principal dos aditivos superplastificantes para concreto é a redução acentuada da água na mistura de concreto, permitindo aumentar as resistências e a fluidez do concreto.

Veja outros benefícios com a utilização dos superplastificantes:

– Alterar a reologia do concreto em estado fresco, ou seja, aumentar a trabalhabilidade e diminuir a segregação;

– Ajustar o tempo de pega e de endurecimento do concreto – tanto retardar como acelerar conforme necessário;

– Aumentar a durabilidade do concreto mediante a resistência a ações físicas, ações mecânicas e ações químicas;

– Aumentar a resistência mecânica de concreto nas diferentes idades;

– Diminuir o custo do concreto, aumentando o rendimento, facilitando a colocação em obra e permitindo a retiradas de fôrmas em períodos mais curtos de tempo;

 

Como utilizá-los?

A forma de aplicação, dosagem e utilização dos aditivos superplastificantes para concreto deve ser definida através de testes prévios, pois é individual para cada situação. Recomenda-se que sejam realizados testes laboratoriais para analisar como o comportamento do aditivo varia de acordo com a dosagem, tipo de cimento e dos agregados, bem como com a temperatura ambiente e os processos de lançamento, adensamento, cura, etc.

Este cuidado é essencial para obtenção das propriedades desejadas, pois os aditivos podem apresentar algum efeito secundário, modificando outras propriedades no concreto.

A Tecnomor atua uma linha completa de aditivos superplastificantes para concreto de pega normal, aceleradores e retardadores. Quer conhecer um pouco mais sobre nossas soluções para artefatos de concreto? Entre em contato conosco e encontre a solução em aditivos e desmoldantes que você procura.

Informações de: https://tecnomor.com.br/blog/importancia-dos-aditivos-superplastificantes-para-concreto/

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O que é modular um projeto?

•POR QUE EMPREGAR COORDENAÇÃO MODULAR ?

•Organizar dimensionalmente a indústria.

•Racionalizar Projeto e Execução.

•Permitir Flexibilidade e Aprimoramento(P&D).

•Incentivar a intercambiabilidade.

•Aumentar a Precisão Dimensional.   

Modulação é quando as medidas do projeto arquitetônico são adaptadas para as dimensões dos materiais que vão ser utilizados na edificação (blocos, azulejos, aberturas, pisos, etc.).

     Por exemplo, se uma parede vai ser revestida com um azulejo de 30x60 cm com junta de 2mm e a parede tem dimensões proporcionais ao azulejo utilizado, não será necessário cortar pedaços de azulejo para revestir a parede.

Parede modulada para a dimensão do azulejo

     Se este estudo não for feito na fase de projeto, será necessário cortar pedaços de azulejo para complementar as medidas da parede e revestí-la.

Parede não modulada para a dimensão do azulejo

Por que a modulação é importante?

     A modulação á importante porque estes pedaços de azulejo cortados dificilmente serão reaproveitados em outra parede e provavelmente irão para o lixo. E isto acontece não só com o azulejo, mas também com tijolos, blocos, pisos de madeira e todos os outros materiais usados na construção de uma edificação.

fonte: google

     Por este motivo, na maioria das cidades brasileiras, a construção civil é um dos setores da economia que gera maior volume de lixo. No entanto, impacto da modulação de projetos não é só ambiental. Para enviar  o lixo da construção civil para aterros (que são especiais para este tipo de material) é necessário pagar o transporte e a disposição deste material, o que pode ter um custo significativo para a construção. Normalmente este custo não é considerado no orçamento da edificação.

Modulação com blocos de concreto

     Quando usamos blocos de concreto estruturais, devemos modular o projeto para evitar a necessidade de cortar blocos para fechar as medidas do projeto.

    Por isso os blocos de concreto são agrupados por famílias. Cada família corresponde a uma dimensão modular, ou seja, ao tamanho do módulo em que a edificação vai ser projetada. Todas as dimensões do projetos devem ser múltiplas da dimensão modular da família de blocos escolhida.

     A figura abaixo mostra a dimensão modular de 3 famílias de blocos, a família 39 (dimensão modular = 20 cm), familia 29 (dimensão modular = 15 cm) e a família 36,5 (dimensão modular = 36,5 cm). Cada família tem algumas peculiaridades, e falaremos sobre isto em um post específico.

     Segue abaixo um exemplo de como fica um projeto modulado para o uso de blocos de concreto:

leia aqui sobre modular paredes de concreto:

http://www.comunidadedaconstrucao.com.br/downloads/projeto-arquitetonico/6_12CadernoModular.pdf

FONTE

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Construção de Calçadas - Guia

Como construir uma calçada? O que é uma calçada ideal? Que elementos a compõem? Quais as suas medidas?

A calçada ideal é aquela que garante o caminhar livre, seguro e confortável de todos os cidadãos. Nas publicações relacionadas abaixo, é possível aprender todos os requisitos necessários para planejar, projetar e executar calçadas urbanas, respeitando aspectos como a acessibilidade, medidas apropriadas, segurança, entre outros.

Este manual auxilia a planejar soluções que funcionem sob as diferentes condições encontradas nas cidades, como acessos aos imóveis, rampas, colocação de mobiliário urbano, entre outras.

Com medidas, símbolos, cores e justificativas, o objetivo deste Guia é apresentar o Desenho Universal para a acessibilidade plena de pessoas com mobilidade reduzida, uma ferramenta a mais para viabilizar o direito universal das pessoas transitarem livremente em todo e qualquer espaço público ou privado.

Este manual, elaborado por diversas instituições do Estado de Goiás, trata de questões como Ocupação e Uso, Pisos permitidos e não permitidos, Mobiliário Urbano, Drenagem Urbana, Arborização e Legislação, assuntos fundamentais em relação à construção e utilização de calçadas.

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