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21/06/2017 | domtotal.com

Grafeno, nanotecnologia aplicada à construção civil

O material poderia ser agregado ao aço para aumentar sua vida útil estrutural.

Estudos recentes mostram que um material moderno, o Grafeno, poderia ser agregado ao aço para aumentar sua vida útil estrutural de vinte a cinquenta vezes.
Estudos recentes mostram que um material moderno, o Grafeno, poderia ser agregado ao aço para aumentar sua vida útil estrutural de vinte a cinquenta vezes. (Reprodução)

Por Aline Almeida Oliveira*

O aço é hoje um dos materiais mais utilizados na Construção Civil. Trata-se de uma liga metálica composta basicamente por cerca de 98% de Ferro e até 2% de Carbono. Traços de outros elementos, como Silício, Enxofre, Fósforo e Cromo, podem ser adicionados, dependendo da aplicação desejada. O aço exibe um desempenho muito satisfatório em termos de resistência, mas sua principal desvantagem é a susceptibilidade a corrosão.

A corrosão do aço pode afetar a sua integridade estrutural, diminuindo sua resistência às solicitações externas, afetando a vida útil e a durabilidade da estrutura. Estima-se que mais de 30% do aço produzido no mundo hoje é utilizado para reposição de peças, partes de equipamentos e instalações que são deterioradas pela corrosão.

As manifestações patológicas mais comuns em estruturas de aço são causadas principalmente pelo acúmulo de umidade, deficiência de drenagem das águas pluviais e ausência de proteção contra o processo de corrosão. A taxa de corrosão média para o aço carbono em água do mar (um ambiente muito corrosivo) é de 130 mm/ano.

Neste contexto, várias pesquisas têm sido conduzidas no sentido de encontrar um material que possa substituir o aço. Muito se estuda sobre a utilização de materiais cerâmicos ou poliméricos de alta tecnologia. Entretanto, esses materiais não possuem as propriedades mecânicas necessárias para as aplicações do aço.

Estudos recentes mostram que um material moderno, o Grafeno, poderia ser agregado ao aço para aumentar sua vida útil estrutural de vinte a cinquenta vezes, além de diminuir os custos preventivos com anticorrosivo e manutenções periódicas.

O grafeno é constituído por átomos de carbono ligados entre si em um arranjo bidimensional, formando uma folha em escala nanométrica de átomos bem organizados. Essa estrutura, que parece sensível e frágil, pode ser um dos materiais mais resistentes que você vai conhecer hoje.



Em relação ao aço, o grafeno é até seis vezes mais leve, menos denso e duas vezes mais duro. Quanto à tração, ele é dez vezes mais resistente e a sua rigidez de flexão é treze vezes maior, tendo assim, uma força cem vezes maior do que uma folha de aço de espessura similar. Os esforços de tração comprovam que o grafeno pode ser alongado em até 23% de seu comprimento inicial sem promover rachaduras ou fraturas.

O grafeno vem surpreendendo pela sua versatilidade e variedade de aplicações possíveis. Na tabela abaixo são apresentadas as principais aplicações do grafeno relativas a cada propriedade.

Estudos mostram que o grafeno é eficiente para o revestimento de estruturas metálicas, uma vez que protege e mantem inalteradas as propriedades das peças. Testes revelam que placas de aço são corroídas rapidamente quando imersas em salmoura (um dos agentes mais agressivos para corrosão). Já as placas que são revestidas com um composto à base de grafeno ficam protegidas por mais de um mês (CTNano, 2017). O revestimento a base de grafeno forma uma película hidrofóbica e ligeiramente condutora de eletricidade, o que evita a corrosão, repelindo a água e retardando as reações eletroquímicas.

A produção de nanocompósitos poliméricos com grafeno combinado a um polímero de interesse é a chave para produzir um revestimento de alta eficiência. Os polímeros geralmente possuem alta resistência química, mas exibem propriedades mecânicas pouco atrativas, como baixo módulo de elasticidade e resistência mecânica reduzida, quando comparados aos metais e cerâmicas. A adição do grafeno melhora as propriedades do polímero, podendo gerar novos materiais com alto desempenho e multifuncionalidades. A incorporação de materiais nanométricos em uma matriz polimérica combina a leveza, a flexibilidade e a transparência dos polímeros com as propriedades das nanocargas. Essa tecnologia já é aplicada nas indústrias automobilística, aeronáutica, aeroespacial e de embalagens.

Atualmente, a corrosão de estruturas de aço em plataformas de petróleo offshore tem sido inibidas pelo recobrimento das estruturas metálicas com tintas anticorrosivas à base de epóxi, um polímero termofixo que se endurece na presença de um agente catalisador. Os sistemas epóxi apresentam alta resistência química, baixo tempo de secagem e boas propriedades mecânicas, o que pode ser reforçado pelas propriedades físico-químicas do grafeno.

Umas das desvantagens associadas à aplicação do grafeno é a dificuldade de sua produção em grande escala e o elevado custo de obtenção, em torno de U$100,00/g (cem dólares por grama). Entretanto, por se tratar de um material manométrico de baixa densidade, a adição do grafeno ao polímero se dá em pequena quantidade, em torno de 0,3 a 1% em massa. Essa quantidade é suficiente para melhorar a resistência e contribuir para uma maior sobrevida das estruturas metálicas. Considerando que as estruturas metálicas terão vida útil mais longa, a utilização de grafeno pode ser viável em médio prazo.

O recobrimento de estruturas metálicas com nanocompósitos à base de grafeno é uma alternativa promissora para o desenvolvimento da Construção Civil, podendo levar à diminuição de custos de projeto e ao aumento da resistência dos materiais empregados.
 

(Com colaboração de Daniel Silva, Fagner de Castro, Izabela Fêmery, Jonnathan Camargo, Larissa Neves, Letícia Marques, Pedro Correia, Poliana Hosquem e Rômulo Cândido).

*Aline Oliveira possui Doutorado (2014) e Mestrado (2010) em Química Inorgânica pela Universidade Federal de Minas Gerais. Possui experiência na área de materiais nanoestruturados, materiais anfifílicos, catálise e química ambiental. Vencedora do Prêmio Inventor Petrobrás (2013) e das competições de Empreendedorismo Tecnológico: Venture Labs Latin Moot Corp (2011), Idea to Product Global competition (2010) e Idea to Product Latin America (2010). Professora da Escola de Engenharia de Minas Gerais (EMGE).

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