Em estudo das universidades australianas de Melbourne e RMIT adicionaram óxido de grafeno à mistura de cimento para fazer um concreto impresso em 3D mais forte que torna mais fácil para imprimir, abrindo caminho para criar potenciais paredes “inteligentes” que podem monitorar rachaduras.
A pesquisa, conduzida pela Universidade RMIT e pela Universidade de Melbourne, é a primeira a investigar os efeitos do óxido de grafeno na capacidade de impressão e nas propriedades de compressão do concreto impresso em 3D.
Descobriu-se que a adição de óxido de grafeno, um nanomaterial comumente usado em baterias e aparelhos eletrônicos, ofereceu condutividade elétrica ao concreto e aumentou a resistência do concreto em até 10%
O artigo, “Exploração do uso de óxido de grafeno para o aumento da força da argamassa cimentícia impressa em 3D”, foi publicado na Additive Manufacturing Letters.
O supervisor de pesquisa e professor associado da RMIT, Jonathan Tran, disse que esse concreto tem o potencial de criar edifícios “inteligentes” onde as paredes podem atuar como sensores para detectar e monitorar pequenas rachaduras.
Embora os métodos de detecção atuais, como sensores ultrassônicos ou acústicos, sejam não destrutivos e amplamente utilizados na indústria da construção para detectar grandes rachaduras em estruturas de concreto, detectar prematuramente rachaduras menores ainda é um desafio.
“O equipamento para esses métodos é muitas vezes volumoso, dificultando o uso regular para monitorar estruturas muito grandes, como pontes ou edifícios altos”, disse Tran, da Escola de Engenharia.
“Mas a adição de óxido de grafeno cria a possibilidade de um circuito elétrico em estruturas de concreto, o que poderia ajudar a detectar problemas estruturais, mudanças de temperatura e outros fatores ambientais”.
Embora a pesquisa seja preliminar, Tran disse que o óxido de grafeno tem o potencial empolgante de tornar o concreto impresso em 3D mais viável na indústria da construção, o que poderia ter impactos positivos sobre o custo e a sustentabilidade.
“As estruturas atuais de concreto são criadas usando cofragem, que é onde você cria um molde antes de derramar uma mistura de concreto fresco nela”, disse ele, “este método requer muito trabalho, tempo e dinheiro, gerando muitos resíduos e, por consequência, muito desperdício.”
“Com o concreto impresso em 3D, não só ajuda a economizar tempo, dinheiro e mão de obra, mas você também pode criar estruturas mais complexas e reutilizar alguns resíduos de construção em materiais à base de cimento”.
Como o concreto impresso em 3D usa impressão camada por camada, pode potencialmente levar a ligações mais fracas entre cada camada, mas a adição de óxido de grafeno no concreto torna mais fácil a extrusão, criando uma melhor colagem entre camada, o que também pode ajudar a maximizar a força.
“O óxido de grafeno tem grupos funcionais em sua superfície, que são como pontos pegajosos na superfície de um material que pode agarrar outras coisas”, disse Tran.
Esses “pontos pegajosos” são feitos principalmente de vários grupos funcionais contendo oxigênio, que desempenham um papel crucial na facilitação de suas ligações mais fortes com outros materiais como o cimento. Esta ligação forte pode melhorar a resistência geral do concreto.
“No entanto, mais pesquisas são necessárias para testar se o concreto com óxido de grafeno pode igualar ou superar a resistência do concreto tradicionalmente fundido.”
Material com potencial revolucionário
O pesquisador principal e candidato do RMIT Ph.D., Junli Liu, disse que a resistência do concreto poderia ser aumentada se a ligação entre o óxido de grafeno e a mistura de concreto fosse melhorada.
A pesquisa testou duas doses de óxido de grafeno em cimento e descobriu que a menor dose (0,015% do peso do cimento) foi mais forte do que a maior (0,03% do peso do cimento).
Tran disse que adicionar muito óxido de grafeno pode afetar a força e a trabalhabilidade da mistura de concreto, o que pode causar possíveis problemas com a capacidade de impressão, força e durabilidade.
“O concreto é uma mistura cuidadosamente equilibrada. Adicionar muito óxido de grafeno pode perturbar esse equilíbrio, particularmente o processo de hidratação, que é crucial para a força do concreto”, disse Tran.
“Muito óxido de grafeno pode afetar o fluxo de concreto, dificultando a extrusão e, portanto, criando uma estrutura com mais lacunas entre as camadas de concreto.
“O óxido de grafeno também pode se aglomerando em vez de se espalhar uniformemente, o que pode criar pontos fracos no concreto e reduzir sua força geral”.
A próxima fase da pesquisa estudará a condutividade elétrica do óxido de grafeno em concreto e testará sua viabilidade como um material inteligente potencial.
Mais informações: Junli Liu et al, Exploration of using graphene oxide for strength enhancement of 3D-printed cementitious mortar, Additive Manufacturing Letters (2023). DOI: 10.1016/j.addlet.2023.100157
O artigo, “Estudo explora o uso de óxido de grafeno para o aumento da força da argamassa cimentícia impressa em 3D”, foi publicado na Additive Manufacturing Letters.
