APPLICATION OF NANOTECHNOLOGY IN BUILDING MATERIALS

Mokhtar Awang, Wei-Vern Hor, Ehsan Mohammadpour, M Zaki Abdullah, Faiz Ahmad

Saurav / International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA) ISSN: 2248- 9622 www.ijera.com Vol. 2, Issue5, September- October

2012, pp.1077-1082 58 – 2011 Apresentado por: Marcelo Adriano Duart

2013

Este artigo apresenta a aplicação de nanomateriais como

material de construção em várias áreas da engenharia

civil

Introdução

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Com o uso da nanotecnologia é possível o controle da

matéria a nível atômico e suas propriedades são

seriamente afetadas.

Resistênca, durabilidade e outras propriedades dos

materias são dramaticamente afetadas quando eles em

escala nanométrica (10-9m)

Introdução

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Nanotecnologia é o uso de partículas muito pequenas

para criar novos materiais em escala maior.

Nanotecnologia não é uma nova ciência nem uma nova

tecnologoia mas sim um uma extensão das ciências e

tecnologias que tem se desenvolvido durante anos.

Introdução

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Quando as partículas estão em escala nano a proporção

dos átomos da superfície aumenta em relação aqueles

átomos internos e isto provoca modificações e novas

propriedades.

O Concrete torna-se mais forte, mais durável e mais fácil

de trabalhar, o aço mais rígido e elástico e o vidro pode se

tornar autolimpante.

Introdução

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Concreto.

Introdução

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Aumentando a resistência e durabilidade pode-se

contribuir para o uso eficiente dos recursos.

Pode-se reduzir a poluição durante a produção dos

materias.

Sustentabilidade

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i) dióxido de Titânio (TiO2)

ii) nanotubos de carbono (CNT’s) iii) nano silica(ns) iv) policarboxilatos

v) nano ZrO2,etc

Tipos de nanomateriais

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Muitas áreas da engenharia civil incluindo projetos

e processos de construção podem ser beneficiados

pela nanotecnologia.

Por exemplo novos materiais estruturais com

propriedades únicas, mais leves e mais fortes,

resistêntes ao fogo e isolantes térmicos e acústico,

repelentes à água além de superficies com baixa

manutenção.

Aplicações da nano tecnologia em materiais de construção:

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Concreto é um macro-material fortemente influenciado

por nano-propriedades e entender este processo é um

desafio para melhorar a resistência, durabilidade e

monitoramento deste material.

O uso da nanosílica pode melhorar a matriz cimentícia dos

concretos e melhorar as propriedades mecânica, como

também durabilidade.

SiO2

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TiO2 é um pigmento branco e pode ser usado como cobertura reflexiva (luz) e material autolimpante.

.

TiO2

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TiO2 é um pigmento branco e pode ser usado como cobertura reflexive (luz).

O uso em concreto pode propiciar superficies limpar por tempo prolongado e sem necessidade de manutenção (limpeza).

TiO2

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Eles tem 5 vezes o Módulo de Young (modulo de elasticidade) e 8 vezes (teoricamente 100 vezes) a resistência do aço embora tenha apenas um 1/6 a densidade deste.

Nanotubos de carbono

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Adições de quantidades (1%) of CNT’s podem melhorar as propriedades mecânicas.

Nanotubos oxidados demonstram aumento da resistência mecânica à compressão(+ 25 N/mm2) e resistência à flexão(+ 8 N/mm2) quando comparados com concretos de referência.

Nanotubos de carbon (CNT)

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São materiais similares à plásticos desenvolvidos através de nanotecnologia.

O uso de materiais em nanoescala aumenta a superfície específica e portanto a demanda por água para manter a trabalhabilidade dos concretos.

Policarboxilatos

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O aço sem sido amplamente usado desde a revolução industrial sendo um dos materiais mais empregados na construção civil.

Um dos problemas do aço é a fadiga, que pode comprometer estruturas como pontes por exemplo.

O estresse do aço pode provocar a redução da vida útil deste material.

Nanotecologia e aço

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A adição de nanopartículas de cobre pode reduzir as irregularidades da superfície do aço reduzindo a fadiga.

Nanotecologia e aço – adição de nanopartículas de cobre

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Existe a possibilidade de falhas nos pontos de solda em estruturas.

A adição de nanopartículas como magnésio de cálcio podem reduzir a granulação dos materiais na região afetada pelo calor heat affected zone(HAZ).

A redução dos grãos pode atingir até valores de 1/5 do tamanho dos grãos do material convencional o que pode aumentar a resistência e tenacidade do aço nestas regiões.

Nanotecologia e aço – adição de nanopartículas de magnésio e cálcio

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Dois novos materiais o Sandvik Nanoflex e aço MMFX2 estão disponíveis no Mercado como produtos resistêntes à corrosão.

Sandvik Nanoflex tem duas desejáveis qualidades: alto modulo de elasticic qualitdade e alta resistência e ao mesmo tempo resistênte á corrosão devido a presença de nanopartículas de alta dureza na matriz do aço.

Resistência à corrosão

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o aço MMFX2 tem propriedades do aço convencional porém sua nanoestrutira é modificada tornando ele resistênte à corrosão, sendo eficiente e bem mais barato que o aço (de uso proibitivo pelo alto custo).

Resistência à corrosão

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A madeira também é composta pnanotubes or “nanofibrilas”; chamadas lignocellulosic (tecido da madeira).

A empresa BASF tem desenvolvido uma cobertura altamente repelente à água. O estudo é feito através da incoroporação de nanopartículas de silica e alumina e tamb´me polímeros hidrofóbicos na folha de lotus.

Este estudo esta sendo adaptado ao processo de secagem da madeira para produzir um material com desempenho melhorado.

Nanotechnologia e a madeira

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A porosidade dos materiais provoca a formação de grupos hidroxilas na superfície.

As hidroxilas são atrativas de água. O tamanho de uma molécula de água é

0,18 nm. O tamanho dos poros na maiorias das construções e da ordem de 5 to 200 nm.

O tamanho de agentes agressivos como acidos, cloretos e é da ordem de 1 to 2 nm.

Nanotechnologia de impermeabilizantes da construção

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• Existem 2 classes de produtos impermeabilizantes:

a). Formadores de filme b). Penetrantes

Características dos impermeabilizantes da construção

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a). Formadores de filme Forman um película repelente de água, podem

ser pulverizados na superfície dos materiais. Produtos como tinta acrílica e polímeros de

silicone são bastante usados. As partículas usadas no filme são da orão

permitindo então a penetração nos poros dos dos materiais e então formam uma cobertura protetora contra absorção de água.

Características dos impermeabilizantes da construção

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a). Formadores de filme Forman um película repelente de água, podem

ser pulverizados na superfície dos materiais. Produtos como tinta acrílica e polímeros de

silicone são bastante usados. As partículas usadas no filme são da orão

permitindo então a penetração nos poros dos dos materiais e então formam uma cobertura protetora contra absorção de água.

Devem ser contínuos e resistêntes aos raios UV.

Características dos impermeabilizantes da construção

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a) Penetrantes São a base de solvents e tem tamanho de

aprox. 6 nm. Penetram facilmente nos poros e acabam

preenchendo os mesmos. Existem 2 tipos: REATIVOS E NÃO REATIVOS.

Características dos impermeabilizantes da construção

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a) Penetrantes Os não reativos são óleos ou outros

materiais hidrofóbicos de baixa viscosidade que cobrem os poros e tornam a superfície repelente á água.

Porém são biodegradáveis e perdem a hidrofobicidade ao longo do tempo.

Características dos impermeabilizantes da construção

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a) Penetrantes Os reativos reagem quimicamente com o

susbstrato e criam um nivel de hidrofobicidade molecular numa camada entre 3 e 5 mm.

A proteção neste caso é de longa duração. Uma classe de novos materiais usados para

este fim são os silanos e os siloxanos.

Características dos impermeabilizantes da construção

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Vários alkyl silanos como (i) isobutyltrialkoxysilane (ii) n-octyltrialkoxysilane. Silanos são materiais monomericos.

A maioria dos materiais de construção contém grupos hidroxilas (OH).

Estes OH podem reagir com Silanos e formar siloxanos ligados no substrato.

O grupo alkyl R’ gera hidrofobicidade na superficie.

Características dos impermeabilizantes da construção

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Quando um concreto trinca, microcápsulas rompem e liberam agentes de cicratização na área danificada que entram em contato com um catalizador embebido.

Concretos podem recuperar até 75% de sua resistência e podem aumentar a vida útil de elementos estruturais em 2 ou até 3 vezes.

Nano tecnologia e concreto auto cicratizável

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Nano tecnologia e concreto cicratizável

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Nano tecnologia nano-ZrO2

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Nossa habilidade de produzir materiais através do Sistema botton up tem revolucionado a indústria.

Nano technology and green building

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