Artigo de método

Avaliação da resiliência a desastres do concreto com nanopartículas de dióxido de titânio

DOI:

10.3791/68246

14 de novembro de 2025

Neste artigo

Resumo

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este protocolo descreve a avaliação se a aplicação de dióxido de titânio no concreto melhora suas propriedades físicas, aumentando assim sua resistência aos efeitos de desastres naturais causados por eventos extremos.

Resumo

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nas últimas décadas, a ocorrência de eventos extremos se intensificou em diversas regiões do mundo, causando impactos substanciais nas economias, na segurança e na qualidade de vida das populações afetadas. Essa realidade ressalta a necessidade urgente de soluções inovadoras para mitigar tais danos. Dentro dessa estrutura, a nanotecnologia surgiu como um paradigma promissor, com os nanoaditivos se distinguindo como agentes eficazes para aumentar a durabilidade, impermeabilidade e resistência mecânica dos materiais de construção. Nanopartículas como dióxido de titânio (TiO2), nanotubos de carbono (CNTs), sílica, argila e cobre () têm sido associadas a melhorias na durabilidade, relação resistência-peso, estabilidade e resiliência sísmica. A integração desses nanomateriais promove o adensamento da matriz do concreto por meio da redução de vazios e capilares, potencializando a impermeabilização e dificultando a infiltração de substâncias deletérias. O presente estudo oferece uma investigação experimental complementada por uma revisão abrangente da literatura, incluindo simulações de absorção de água e avaliações da integridade da superfície em materiais tratados e não tratados. O objetivo é avaliar as contribuições dos nanoaditivos para a segurança, durabilidade e sustentabilidade diante dos desafios impostos pelas mudanças climáticas. Os resultados indicam que uma adição de 1% de nanoTiO2 produz a maior resistência mecânica, enquanto concentrações mais altas tendem a reduzir os benefícios devido à aglomeração de partículas. Essa descoberta ressalta a importância de otimizar o conteúdo de nanopartículas para aumentar a resiliência do concreto contra desastres naturais, contribuindo para práticas de construção sustentáveis. A comparação com aditivos à base de cobre revela que, apesar de algum ganho relativo de resistência ao longo do tempo, as formulações de cobre ficam aquém do desempenho mecânico, destacando o nanoTiO2 como um agente mais promissor para melhorar a durabilidade do concreto em ambientes propensos a desastres. Dada a crescente frequência de desastres ambientais, a adaptação da construção civil por meio da incorporação sustentável de nanomateriais requer uma consideração cuidadosa dos processos de síntese, estabilidade de longo prazo e potenciais impactos ecológicos associados às interações de nanopartículas com componentes ambientais bióticos e abióticos.

Introdução

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Desastres são eventos extremos definidos pela ocorrência de fenômenos naturais capazes de representar riscos à sociedade, como ilustrado por inundações, deslizamentos de terra, terremotos e outros eventos semelhantes, que também podem ser influenciados por fatores antrópicos1. Na esteira das mudanças climáticas ocorridas em 2024, nações africanas como o Quênia, juntamente com países asiáticos, incluindo Indonésia e Afeganistão, sofreram graves inundações, resultando em centenas de mortes e milhares de pessoas desabrigadas2. De 1998 a 2017, as inundações afetaram mais de dois bilhões de pessoas em todo o mundo3. De acordo com Marengo et al., entre 2013 e 2022, mais de 2,2 milhões de domicílios no Brasil foram danificados, impactando mais de 4,2 milhões de pessoas em 2.640 municípios. As inundações persistem devido a uma combinação de fatores naturais, sociais e climáticos e geraram perdas da ordem de US$ 10 bilhões4.

Dada a crescente gravidade e o risco generalizado desses eventos nos últimos anos, pesquisadores e profissionais têm buscado estratégias de gestão e novas tecnologias voltadas para o fomento de comunidades resilientes, em paralelo com os avanços da indústria em direção a uma maior sustentabilidade 5,6. Entre os materiais promissores para aplicações de engenharia civil destinadas a aumentar a resiliência a desastres estão as nanopartículas de dióxido de titânio (nanoTiO2), que demonstraram inúmeras vantagens para materiais de construção essenciais, incluindo concreto 7,8.

O uso de nanomateriais na indústria da construção é agora difundido em uma variedade de aplicações. Eles são empregados em tintas e revestimentos para aumentar a resistência à degradação UV e ao ataque de substâncias agressivas. Esses materiais contribuem para maior durabilidade, permeabilidade reduzida, melhor isolamento térmico e maior resistência ao fogo. Por exemplo, quando incorporado ao asfalto, o TiO2 interage com gases poluentes, convertendo-os em compostos menos nocivos. Aplicado ao vidro, o TiO2 pode tornar a superfície autolimpante, pois a camada de óxido degrada as moléculas orgânicas e facilita a remoção de poeira inorgânica. A radiação ultravioleta interage com a camada de vidro autolimpante, quebrando ainda mais as moléculas e removendo a poeira orgânica. O desenvolvimento de novos materiais de construção é essencial para tornar as estruturas mais resilientes aos estresses ambientais, reduzindo assim os impactos de desastres e aumentando a segurança.

O dióxido de titânio, conhecido por sua brancura e estabilidade, alcançou ampla visibilidade pública pela primeira vez na década de 1970, principalmente como pigmento em concreto e outros materiais de construção9. Durante esse período, o TiO2 foi empregado para criar acabamentos duráveis e de alta qualidade em superfícies externas. A partir da década de 1990, uma nova direção surgiu com a descoberta de suas propriedades fotocatalíticas, que expandiram acentuadamente as aplicações do TiO2 no setor de construção10.

Para entender completamente a relevância e aplicabilidade do TiO2 na construção civil, é essencial delinear suas propriedades e relacioná-las a benefícios práticos, como resistência à flexão, tração e compressão, juntamente com indicadores de durabilidade, como resistividade elétrica, permeabilidade e resistência ao ataque de sulfato, carbonatação e ciclos de congelamento e descongelamento. Resultados experimentais relatados por Ali Nazari et al. indicam que a resistência à flexão do concreto aumenta com a adição de nanopartículas de TiO2 até uma concentração de 3,0%. Embora representem vantagens diretas, as propriedades fotocatalíticas e bactericidas do TiO2 também devem ser consideradas como benefícios econômicos significativos a longo prazo11.

A capacidade de materiais avançados de manter a estabilidade na presença de fatores ambientais externos, incluindo cenários catastróficos como intemperismo, mudanças climáticas (por exemplo, aumento dos níveis de CO2) e inundações, é altamente pertinente hoje. No entanto, a adoção generalizada só é viável se a produção e a aplicação forem ecologicamente sustentáveis 12,13,14. Essa preocupação é particularmente saliente, uma vez que a fabricação de cimento é responsável por aproximadamente 5% a 8% das emissões globais de CO2, uma parcela substancial da pegada do setor de construção civil, enquanto o cimento continua sendo seu esteio e o consumo per capita global é de cerca de 20 bilhões de toneladas métricas 15,16,17,18,19,20,21,22.

Nesse contexto, o presente manuscrito relata o desenvolvimento e a aplicação de um procedimento experimental para avaliar as propriedades distintivas do nanoTiO2, com ênfase em parâmetros como a resistência mecânica do concreto tratado. O estudo é sustentado por uma revisão da literatura focada que examina os benefícios potenciais dessas nanopartículas, considerações regulatórias, produção sustentável e sua relevância no contexto de cenários catastróficos.

Aspectos do dióxido de titânio no concreto
As nanopartículas de dióxido de titânio (nanoTiO2) abrangem tamanhos de 1 a 100 nanômetros e normalmente assumem morfologias esféricas ou elipsoidais. Suas dimensões em nanoescala conferem uma área de superfície marcadamente aumentada, o que aumenta substancialmente sua reatividade23. Essas nanopartículas têm ganhado destaque no campo dos compósitos à base de cimento devido às suas características distintas e diversas aplicações 24,25,26. O NanoTiO2 surgiu como um componente versátil em formulações cimentícias, exibindo propriedades que o tornam adequado para uma ampla gama de usos industriais 11,16,18,20.

Este nanomaterial é empregado por vários motivos, incluindo propriedades químicas favoráveis, baixa toxicidade, custo-benefício, características anticorrosivas e capacidades fotocatalíticas27,28. O NanoTiO2 pode aumentar a resistência do concreto ao manuseio, um fator amplificado pela fotocatálise que ocorre sob luz ultravioleta (UV). Possui a capacidade de decompor substâncias orgânicas - como poluentes, sujeira e microrganismos - presentes no concreto29. Além disso, o nanoTiO2 pode gerar radicais livres altamente reativos, conferindo propriedades de limpeza à superfície, além de proteger o concreto dos danos causados por agentes atmosféricos que aceleram o desgaste, como os óxidos de nitrogênio30.

As partículas de NanoTiO2 podem assumir várias formas cristalinas - rutilo, anatásio e brookita - cada uma com propriedades distintas. Anatase e rutilo são os polimorfos mais comuns do TiO2, enquanto as propriedades da brookita ainda não são totalmente compreendidas, o que representa desafios para a aplicação industrial 31,32,33,34. Devido às propriedades fotocatalíticas do TiO2, o anatásio é amplamente utilizado em sistemas de purificação de água e ar, onde é altamente eficaz na decomposição de impurezas orgânicas e inorgânicas. O rutilo é amplamente utilizado nas indústrias têxtil, de plásticos e de tintas, e a forma de rutilo também é amplamente empregada em protetores solares e outros cosméticos devido às suas capacidades de bloqueio de UV35,36.

As nanopartículas de dióxido de titânio (nanoTiO2) oferecem aplicações versáteis em materiais de construção, como o betão, melhorando o desempenho e introduzindo novas funcionalidades. Entre seus atributos notáveis estão as propriedades antimicrobianas e autolimpantes, que prometem mitigar a poluição do ar urbano por meio da transformação de gases poluentes 37,38,39. Quando exposto à luz solar, o nanoTiO2 pode decompor substâncias orgânicas em água e dióxido de carbono, com os subprodutos resultantes subsequentemente removidos pela água40.

Além disso, a atividade pozolânica do nanoTiO2 na interface externa do concreto pode aumentar a durabilidade, embora possa estar associada ao aumento da absorção de água e possíveis implicações para a trabalhabilidade41. Também é importante observar que as partículas de nanoTiO2 podem se aglomerar dentro da matriz cimentícia, potencialmente prejudicando o desempenho 42,43,44. Em relação à degradação do gás, o concreto que incorpora TiO2, por exemplo, em aplicações em pavimentos, tem o potencial de reduzir os níveis troposféricosde O 3 45.

As capacidades fotocatalíticas do TiO2 permitem a formação de radicais hidroxila (OH) e íons superóxido (O2-) na presença de água sob irradiação ultravioleta. Essas espécies altamente reativas oxidam e decompõem sujeira e contaminantes inorgânicos. A ação fotocatalítica do TiO2 também reduz o ângulo de contato da água nas superfícies, melhorando o desempenho da autolimpeza46. Essa propriedade de autolimpeza contribui para reduzir as impurezas transportadas pelo ar, reduzindo potencialmente as concentrações de poluentes associadas aos riscos climáticos causados pelos gases de efeito estufa.

O NanoTiO2 também contribui para o aumento da resistência à flexão e à compressão dos materiais. Em termos de resistência à compressão, o nanoTiO2 reduz a porosidade, refina a estrutura dos poros, densifica a matriz e promove a hidratação. No entanto, alcançar esses benefícios requer controle cuidadoso da carga de partículas e homogeneização eficaz para evitar aglomeração e formação de zonas fracas que poderiam iniciar rachaduras47. O TiO2 atua como um enchimento que densifica o compósito cimentício, reduzindo assim a porosidade. Este resultado está ligado a (i) a aceleração da formação de gel C-S-H, (ii) uma redução no espaço disponível para o desenvolvimento de Ca(OH)2 , produzindo cristalitos menores, e (iii) a criação de uma microestrutura mais homogênea com porosidade reduzida. Adições adequadamente calibradas de TiO2 também podem aumentar a resistência à flexão de compósitos de cimento48.

O NanoTiO2 demonstrou aumentar significativamente a durabilidade dos compósitos cimentícios, reduzindo a porosidade e a permeabilidade à água e conferindo proteção contra ataques químicos e fatores ambientais, como radiação ultravioleta. Esse benefício, no entanto, depende da dispersão adequada das nanopartículas, uma vez que sua alta energia superficial e interações de van der Waals em nanoescala tendem a promover aglomeração37. Quando devidamente homogeneizada, a incorporação de nanoTiO2 melhora a impermeabilidade, resistividade elétrica e resistência a ciclos de congelamento e descongelamento e ataque de sulfato, ressaltando seu potencial de construção destinada a resistir a eventos catastróficos. No entanto, em altas concentrações, essas vantagens podem ser diminuídas ou mesmo revertidas49,50.

No contexto das aplicações do TiO2 na construção civil para cenários extremos, como inundações, tempestades e temperaturas extremas, é essencial equilibrar os benefícios do nanoTiO2 com os riscos potenciais associados ao seu uso. Por exemplo, as propriedades fotocatalíticas que podem melhorar a qualidade do ar urbano e auxiliar na limpeza e remediação de resíduos após uma catástrofe devem ser ponderadas em relação a possíveis riscos de inalação e toxicidade pulmonar 51,52,53.

Os aditivos à base de cobre melhoram a impermeabilização e são de baixo custo e facilmente manipuláveis. O dióxido de titânio nanométrico produz concreto repelente de água e maior resistência à compressão. Atualmente usado em larga escala, o TiO2 não se destina a usuários finais, mas tem potencial para construção futura. O teste de resistência à compressão compara os resultados de amostras com várias misturas para analisar as vantagens e desvantagens dos aditivos de cobre e dióxido de titânio.

O concreto impregnado com nanoTiO2 apresenta maior refletância solar (maior albedo), contribuindo para temperaturas ambientes mais amenas, mitigando o efeito de ilha de calor urbano e, praticamente, reduzindo a temperatura dos edifícios e gerando economia de energia. Esse benefício se estende à redução do consumo de produtos de limpeza54,55.

Atributos como opacidade, durabilidade, potencial antibacteriano, resistência aos raios UV e capacidade de acomodar matérias-primas alternativas no concreto - reduzindo assim a dependência de cimento e agregados - sinalizam fortes incentivos para a implantação do nanoTiO2. Essas perspectivas são complementadas pelo potencial de melhorias em telhados e superfícies verdes que promovam uma drenagem mais eficiente das águas pluviais 10,56,57,58.

Sobre a longevidade e durabilidade do concreto que incorpora nanoTiO2, estudos contemporâneos indicam maior resistência à radiação ultravioleta, bem como maior resiliência contra ataques químicos e intempéries59. Essas melhorias geram benefícios econômicos diretos, reduzindo a frequência de reparos e substituições, diminuindo assim o consumo de material e o desperdício ao longo do tempo. Além dessas vantagens financeiras imediatas, o uso do nanoTiO2 também oferece economias indiretas relacionadas à produção, transporte e descarte de concreto, contribuindo para uma redução da pegada de carbono associada ao seu ciclo de vida33,60.

Dadas as implicações ambientais dos processos de sulfato e cloreto usados para extrair ilmenita e rutilo, o processo de cloreto é considerado a opção menos prejudicial. Essa rota emprega cloro gasoso para converter rutilo em TiCl4, que é posteriormente oxidado em TiO2, produzindo menos subprodutos deletérios do que o processo de sulfato59. Os produtos contendo TiO2 produzem resíduos estáveis e não lixiviantes no final de seu ciclo de vida, apresentando assim um menor risco ambiental. Esse perfil ambiental complementa a maior resistência e durabilidade dos materiais, particularmente sob condições catastróficas, ressaltando o valor das avaliações experimentais no avanço das tecnologias de construção.

Um estudo realizado por Mohajerani et al. demonstra que as propriedades do concreto variam com os nanomateriais aplicados61. Nanopartículas de sílica, titânio, carbono, ferro e alumínio são introduzidas no concreto para reforçar a resistência mecânica, promover uma hidratação rápida e aprimorada, induzir um maior grau de hidratação, conferir recursos de autolimpeza, melhorar a durabilidade mecânica, evitar rachaduras, aumentar a resistência à compressão e aumentar a resistência à abrasão. Esses benefícios são altamente desejáveis em materiais de construção, contribuindo para a maior resiliência das estruturas contra desastres naturais.

Portanto, o objetivo deste trabalho é validar, através do ensaio de tração por fendilhamento em corpos de prova cilíndricos, o aumento da resistência mecânica em concreto obtido pela incorporação de nanopartículas de dióxido de titânio na mistura. Esta pesquisa visa avançar no desenvolvimento de materiais mais resilientes, particularmente no contexto de desastres naturais onde as estruturas de concreto são submetidas a condições extremas e exigem durabilidade e desempenho superiores.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Protocolo

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

A base metodológica empregada é o ensaio brasileiro, que determina a resistência à tração indireta (divisão) por meio da seção diametral de corpos de prova cilíndricos carregados verticalmente. Este procedimento, desenvolvido pelo Professor Lobo Carneiro em 1943 para materiais cimentícios, envolve a aplicação de duas forças de compressão concentradas e diametralmente opostas a um cilindro, gerando tensões de tração uniformes perpendiculares ao diâmetro ao longo da seção de teste62.

O teste empregou cinco grupos, designados A, B, C, D e E, correspondendo respectivamente: um grupo controle; concreto com 1% de NanoTiO2; concreto com 2% de NanoTiO2; concreto com 3% de NanoTiO2; e concreto com aditivo plastificante à base de cobre a 3%. Cada grupo foi subdividido em três subgrupos de tempo de cura: 7 dias (1), 14 dias (2) e 28 dias (3). Assim, o estudo compreende um total de quinze espécimes, rotulados como A1-A3, B1-B3, C1-C3, D1-D3 e E1-E3. A Figura 1 mostra o espécime usado neste estudo.

1. Preparação da amostra

  1. Prepare quatro grupos de corpos de prova usando uma mistura de concreto de cimento Portland CPII, brita, areia de rio de lavagem média e água na proporção de 1:2:3 (cimento:areia:cascalho), mantendo uma relação água/cimento de 0,5. Para cada espécime de 3,63 kg, use aproximadamente 558,46 g de cimento, 1.116,92 g de areia, 1.675,38 g de cascalho e 279,23 g de água.
    NOTA: Use esta fórmula para amostras de teste sem aditivos. Para amostras com dióxido de titânio, adicione-o durante a mistura dos ingredientes secos (cimento, areia e cascalho). Quando a mistura estiver homogênea, adicione água. Para amostras com aditivo plástico, dilua-o na água de mistura antes de adicioná-lo à mistura.
  2. Homogeneizar todos os componentes completamente para obter a massa mais uniforme possível e, em seguida, lançar a mistura nos moldes. Inspecione a mistura em busca de sinais de segregação agregada, acúmulo de água livre ou manchas de material não misturado. Garanta consistência uniforme para garantir resultados representativos.
  3. Molde os corpos de prova em formas cilíndricas de metal com 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura. Preencher os moldes adequadamente, garantindo que o volume de concreto atinja o nível designado com distribuição uniforme, sem excesso ou deficiência que possa comprometer o ensaio. Preencha completamente o interior, preservando a geometria do molde e evitando vazios.
  4. Produzir a Amostra A de acordo com a ABNT NBR 6136, ABNT NBR 5738 e ABNT NBR 5739 63,64,65. Utilizar esta amostra como controlo negativo, desprovida de quaisquer aditivos, para servir de base para comparação com os outros espécimes.
  5. Produza a Amostra B incorporando 1% de NanoTiO2 (aproximadamente 36,3 g) na mistura de concreto. Tenha cuidado durante o preparo, pois o TiO2 tende a se aglomerar; portanto, distribua as nanopartículas uniformemente pela massa para garantir a homogeneidade entre os conjuntos de amostras.
  6. Produza a Amostra C incorporando 2% de NanoTiO2 (aproximadamente 72,6 g) na mistura de concreto. Tenha cuidado durante o preparo, pois o TiO2 tende a se aglomerar; portanto, distribua as nanopartículas uniformemente pela massa para garantir a homogeneidade entre os conjuntos de amostras.
  7. Produza a Amostra D incorporando 3% de NanoTiO2 (aproximadamente 108,9 g) na mistura de concreto. Tenha cuidado durante o preparo, pois o TiO2 tende a se aglomerar; portanto, distribua as nanopartículas uniformemente pela massa para garantir a homogeneidade entre os conjuntos de amostras.
  8. Produza a Amostra E incorporando 3% de aditivo plastificante à base de cobre (aproximadamente 108,9 g) na mistura de concreto. Use esta amostra como controle positivo para comparar o efeito do aditivo plastificante no desempenho do concreto em relação às outras amostras.
  9. Armazene as amostras em uma área com condições controladas, sem estar sujeito a influências ambientais, para aguardar o tempo de cura.

2. Processo de cura

  1. Cure as amostras em uma área com umidade controlada a uma temperatura de (23 ± 2) °C e umidade relativa de pelo menos 95% por 24 h. Em seguida, submergir os corpos de prova em água saturada de cal mantida na mesma temperatura (23 ± 2) °C para continuação da cura durante o período designado de acordo com a ABNT NBR 573863.
  2. Meça o peso de cada amostra após a cura; garantir que cada amostra tenha uma massa média de 3,63 kg.
  3. Amostras que condicionam à temperatura ambiente (23 ± 2) °C do seguinte modo:
    7 dias: amostras A1, B1, C1, D1 e E1;
    14 dias: amostras A2, B2, C2, D2 e E2;
    28 dias: amostras A3, B3, C3, D3 e E3.
    NOTA: É importante destacar que as porcentagens neste método estão relacionadas à massa do corpo de prova, Tabela 1.

3. Teste de resistência à compressão

NOTA: Realize o teste de resistência à compressão usando a Máquina de Ensaio de Concreto (Prensa), com faixa nominal e calibrada de 0-100 toneladas. Calibrar o equipamento por medição indireta, relacionando a pressão com a área do pistão, utilizando um manômetro digital e um paquímetro digital. Zere o equipamento e garanta o alinhamento antes do teste.

  1. Submeter cada amostra a um teste de compressão axial em uma máquina universal de teste de tração/compressão.
  2. Certifique-se de que a capacidade da célula de carga seja compatível com as dimensões da amostra e que um sistema de controle digital para monitorar e registrar a carga aplicada esteja instalado.
  3. Continue o teste até a falha, registrando a carga máxima suportada.
  4. Calcule a resistência à compressão (fc) usando:
    fc = Fmax / A
    onde: fc = resistência à compressão (N/mm2), Fmax = carga máxima registrada (N), A = área da seção transversal do corpo de prova (mm2). 1 N/mm2 = 1 MPa
  5. Realize o teste de resistência à compressão posicionando cada corpo de prova cilíndrico (100 mm × 200 mm) verticalmente no centro da prensa hidráulica, garantindo o contato adequado com as placas de carregamento. Garantir o correto assentamento das superfícies de carga de acordo com a ABNT NBR 5739:201864.
    1. Aplicar a carga axial de forma contínua e sem percussão, a uma taxa de 0,45 ± 0,15 MPa/s66,67. Repita para os três conjuntos de amostras: controle, dopado com TiO2 e aditivo à base de cobre.
  6. Registre todos os valores sistematicamente para comparação entre conjuntos de amostras.
  7. Compare os resultados para avaliar o comportamento das amostras.
  8. Conclua o teste.
    NOTA: A Figura 2 apresenta os corpos de prova submetidos ao ensaio de compressão após 28 dias de cura. A Figura 3 mostra os valores de resistência à compressão obtidos para cada amostra testada.

4. Eliminação de resíduos de materiais

OBS: Todos os resíduos gerados durante o processo de ensaio devem ser descartados de acordo com a ABNT NBR 10004 e ABNT NBR 15116, bem como com a orientação das autoridades locais responsáveis pelas normas e padrões de proteção ambiental, incluindo 68,69,70.

  1. Colete separadamente fragmentos de concreto, poeira e quaisquer materiais que contenham TiO2 ou aditivos plastificantes. Priorizar a reutilização ou reciclagem de resíduos sólidos em instalações licenciadas para processamento de resíduos de construção e demolição, de acordo com os requisitos técnicos para agregados reciclados.
  2. Para resíduos não recicláveis, acondicione o material em recipientes lacrados para evitar a dispersão de partículas finas e encaminhe-o para aterros industriais autorizados pelo órgão ambiental competente.
    NOTA: Sob nenhuma circunstância os resíduos devem ser lançados em sistemas de águas pluviais, corpos d'água naturais ou locais de descarte não licenciados71.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Resultados

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Os valores obtidos para cada amostra no ensaio de resistência à compressão são apresentados na Tabela 2 e na Figura 3. A Tabela 2 indica a identificação da amostra, seu tempo de cura e a carga máxima suportada em MPa. Na Figura 2, é possível visualizar um subconjunto de amostras após o teste de compressão. Os valores registrados são apresentados na Figura 3.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Discussão

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Na análise dos resultados, que são ilustrados graficamente na Figura 3, fica evidente que as amostras contendo um aditivo plástico à base de cobre apresentaram a menor resistência à compressão. Esses valores são inferiores aos do grupo controle, que foi preparado sem nenhum aditivo. A Figura 3 mostra ainda que, após 28 dias de cura, os corpos de prova alcançam o melhor desempenho no teste de compressão.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Divulgações

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Os autores declaram não ter interesses financeiros ou materiais relacionados à pesquisa descrita neste artigo.

Agradecimentos

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Agradecemos à empresa RAID Tecnologia e Construção pelo tempo e equipamentos fornecidos para a realização do ensaio de resistência para modelagem de corpos de prova de concreto, acompanhados do cuidado e suporte técnico especializado na área.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Amostras de teste de concretoJCRBBloco 20Duas unidades foram usadas para o teste
Escala analíticaShimadzuATX224R
Equipamento de Teste de Resistência à CompressãoSoloTest1504100
Aditivo plastificanteNovaTintasNovaLiga
Escala de precisãoSartorius3862 MP8-1 
Dióxido de Titânio R110FRAC ChemicalFR10ZZ2400905RTPigmento de dióxido de titânio rutilo
Purificador ultrassônicoCristó foli2.5L

Referências

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Department of Homeland Security. Natural disasters. , U.S. Department of Homeland Security. Retrieved December 31 (2024).
  2. Rizzotto, M. L. F., Costa, A. M., Lobato, L. D. V. D. C. Climate crisis and new challenges for health systems: the case of floods in Rio Grande do Sul/Brazil. Saúde em Debate. 48, e141ED(2024).
  3. Economic Losses, Poverty and Disasters 1998-2017. United Nations Office for Disaster Risk Reduction (UNISDR) and the Centre for Research on the the Epidemiology of Disasters (CRED) - Institute of Health and Society, Université Catholique de Louvain. , 33p(2017).
  4. Marengo, J. A., et al. The largest climate disaster in Brazil: rains and floods in the state of Rio Grande do Sul in April-May 2024. Estudos Avançados. 38 (112), 203-228 (2024).
  5. Krichen, M., Abdalzaher, M. S., Elwekeil, M., Fouda, M. M. Managing natural disasters: An analysis of technological advancements, opportunities, and challenges. IOTCPS. 4, 99-109 (2024).
  6. Sarker, M. N. I., Peng, Y., Yiran, C., Shouse, R. C. Disaster resilience through big data: Way to environmental sustainability. IJDRR. 51, 101769(2020).
  7. Atzl, B. A., Pupp, M., Rupprich, M. The use of photocatalysis and titanium dioxide on diesel exhaust fumes for NOx reduction. Sustainability. 10 (11), 4031(2018).
  8. Kang, X., et al. Titanium dioxide: from engineering to applications. Catalysts. 9 (2), 191(2019).
  9. Gázquez, M. J., et al. A review of the commercial uses of sulphate minerals from the titanium dioxide pigment industry: The case of Huelva (Spain). Minerals. 11 (6), 575(2021).
  10. Fujishima, A., Zhang, X. Titanium dioxide photocatalysis: Present situation and future approaches. C. R. Chim. 9 (5-6), 750-760 (2006).
  11. Jenima, J., et al. A comprehensive review of titanium dioxide nanoparticles in cementitious composites. Heliyon. 10, 20(2024).
  12. European Union. EU Commission recommendation of 18 October 2011 on the definition of nanomaterial (2011/696/EU). OJEU. 275, 38-40 (2011).
  13. Vishaka, E. J., Priya Dharshini, M., Shally, V. Structural and optical properties of pure NiO nanoparticles and NiO-Mn2O3, NiO-CdO, NiO-Pb2O3, NiO-ZnO nanocomposites. JJP. 14, 409-417 (2021).
  14. Carp, O., Huisman, C. L., Reller, A. Photoinduced reactivity of titanium dioxide. Prog. Solid State Chem. 32, 33-177 (2004).
  15. Biricik, H., Sarier, N. Comparative study of the characteristics of nano silica-, silica fume- and fly ash-incorporated cement mortars. Mater Res. 17, 570-582 (2014).
  16. Han, B., Sun, S., Ding, S. Review of nanocarbon-engineered multifunctional cementitious composites. Compos. - A: Appl Sci Manuf. 70, 69-81 (2015).
  17. Konsta-Gdoutos, M. S., Metaxa, Z. S., Shah, S. P. Highly dispersed carbon nanotube reinforced cement based materials. Cem Concr Res. 40, 1052-1059 (2010).
  18. Lazaro, A., Yu, Q. L., Brouwers, H. J. H. Nanotechnologies for sustainable construction. Sustainability of Construction Materials. , Elsevier. 55-78 (2016).
  19. Mulenga, D. M., Robery, P. C. Can nanotechnology address today's civil engineering challenges. , Structures Congress, American Society of Civil Engineers. Reston. 609-621 (2010).
  20. Nima, F., Ali, A. A. A., Demirboga, R. Development of nanotechnology in high performance concrete. Adv Mater Res. 364, 115-118 (2011).
  21. Noorvand, H., Abang Ali, A. A., Demirboga, R. Incorporation of nano TiO2 in black rice husk ash mortars. Constr Build Mater. 47, 1350-1361 (2013).
  22. Zhang, C. Y., Han, R., Yu, B. Accounting process-related CO2 emissions from global cement production under Shared Socioeconomic Pathways. J Clean Prod. 184, 451-465 (2018).
  23. Siang Ng, D. Influence of SiO2, TiO2 and Fe2O3 nanoparticles on the properties of fly ash blended cement mortars. Constr Build Mater. 258, 119627(2020).
  24. Huang, S., Chueh, P. J., Lin, Y. W. Disturbed mitotic progression and genome segregation are involved in cell transformation mediated by nano-TiO2 long-term exposure. Toxicol Appl Pharmacol. 241, 182-194 (2009).
  25. Song, W. Titanium dioxide nanoparticles induced proinflammation of primary cultured cardiac myocytes of rat. J Nanomater. 2013, 1-9 (2013).
  26. Macwan, D. P., Dave, P. N., Chaturvedi, S. A review on nano-TiO2 sol-gel type syntheses and its applications. J Mater Sci. 46, 3669-3686 (2011).
  27. Robichaud, C. O., Uyar, A. E., Darby, M. R. Estimates of upper bounds and trends in nano-TiO2 production as a basis for exposure assessment. Environ Sci Amp Technol. 43, 4227-4233 (2009).
  28. Verma, R., Mantri, B., Kumar Srivastava, A. Shape control synthesis, characterizations, mechanisms and optical properties of large-scaled metal oxide nanostructures of ZnO and TiO2. Adv Mater Lett. 6, 324-333 (2015).
  29. Tian, C. Optimization of titanium dioxide production by clean continuous acidolysis of ilmenite using response surface methodology. Sustain Chem Pharm. 42, 101821(2024).
  30. Zhang, Y., Li, X. Impact of nanomaterials on the mechanical properties of concrete: A review. Heliyon. 10 (1), e02456(2024).
  31. Luo, G., Liu, H., Li, W., Lyu, X. Automobile exhaust removal performance of pervious concrete with nano TiO2 under photocatalysis. Nanomater. 10, 2088(2020).
  32. Meacock, G., Taylor, K. D. A., Knowles, M. J., Himonides, A. The improved whitening of minced cod flesh using dispersed titanium dioxide. J Sci Food Agric. 73 (2), 221-225 (1997).
  33. Patel, N., Mishra, C. B. Laboratory investigation of nano titanium dioxide (TiO2) in concrete for pavement. IRJET. 2018, 1634(2018).
  34. Reyes-Coronado, D., Rodríguez-Gattorno, G., Espinosa-Pesqueira, M. E., Cab, C., Oskam, G. Phase-pure TiO2 nanoparticles: anatase, brookite and rutile. Nanotechnology. 19 (14), (2008).
  35. Fujishima, A., Zhang, X., Tryk, D. Heterogeneous photocatalysis: From water photolysis to applications in environmental cleanup. Int J Hydrogen Energy. 32 (14), 2664-2672 (2007).
  36. Addamo, M., Bellardita, M., Di Paola, A., Palmisano, L. Preparation and photoactivity of nanostructured anatase, rutile and brookite TiO2 thin films. Chem Commun. 47, 4943(2006).
  37. Ma, B., Li, H., Li, X., Mei, J., Lv, Y. Influence of nano-TiO2 on physical and hydration characteristics of fly ash-cement systems. Constr Build Mater. 122, 242-253 (2016).
  38. Maury-Ramirez, A., Demeestere, K., De Belie, N. Photocatalytic activity of titanium dioxide nanoparticle coatings applied on autoclaved aerated concrete: effect of weathering on coating physical characteristics and gaseous toluene removal. J Hazard Mater. 211 - 212, 218-225 (2012).
  39. Lee, B. Y., Jayapalan, A. R., Kurtis, K. E. Effects of nano-TiO2 on properties of cement-based materials. Mag Concr Res. 65 (21), 1293-1302 (2013).
  40. Zhang, R., Cheng, X., Hou, P., Ye, Z. Influences of nano-TiO2 on the properties of cement-based materials: hydration and drying shrinkage. Constr Build Mater. 81, 35-41 (2015).
  41. Yuenyongsuwan, J., Sinthupinyo, S., O'Rear, E. A., Pongprayoon, T. Hydration accelerator and photocatalyst of nano titanium dioxide synthesized via surfactant-assisted method in cement mortar. Cem Concr Compos. 96, 182-193 (2019).
  42. Reches, Y. Nanoparticles as concrete additives: Review and perspectives. Constr Build Mater. 175, 483-495 (2018).
  43. Paul, S. C., van Rooyen, A. S., van Zijl, G. P. A. G., Petrik, L. F. Properties of cement-based composites using nanoparticles: A comprehensive review. Constr Build Mater. 189, 1019-1034 (2018).
  44. Silvestro, L., Jean, P., Gleize, P. Effect of carbon nanotubes on compressive, flexural and tensile strengths of Portland cement-based materials: a systematic literature review. Constr Build Mater. 264, 120237(2020).
  45. Staub de Melo, J. V., Trichês, G. Study of the influence of nano-TiO2 on the properties of Portland cement concrete for application on road surfaces. RMPD. 19 (5), 1011-1026 (2018).
  46. de Morais, J. F. Applications of nanotechnology in the construction industry: experimental analysis in cementitious products with carbon nanotubes. , Doctoral thesis (PhD in Civil Engineering) - Graduate Program in Civil Engineering, Federal Fluminense University. Niterói, RJ. (2012).
  47. Han, B., et al. Reactive powder concrete reinforced with nano SiO2-coated TiO2. Constr Build Mater. 148, 104-112 (2017).
  48. Jędrzejczak, P., et al. The influence of various forms of titanium dioxide on the performance of resultant cement composites with photocatalytic and antibacterial functions. Mater Res Bull. 160, 112139(2023).
  49. Joshaghani, A., Balapour, M., Mashhadian, M., Ozbakkaloglu, T. Effects of nano-TiO2, nano-Al2O3, and nano-Fe2O3 on rheology, mechanical and durability properties of self-consolidating concrete (SCC): An experimental study. Constr Build Mater. 245, 118444(2020).
  50. Mohseni, E., Miyandehi, B. M., Yang, J., Yazdi, M. A. Single and combined effects of nano-SiO2, nano-Al2O3 and nano-TiO2 on the mechanical, rheological and durability properties of self-compacting mortar containing fly ash. Constr Build Mater. 84, 331-340 (2015).
  51. Daniyal, M., Akhtar, S., Azam, A. Effect of nano-TiO2 on the properties of cementitious composites under different exposure environments. Mater Res Technol. 8, 6158-6172 (2019).
  52. Liang, X., Cui, S., Li, H., Abdelhady, A., Wang, H., Zhou, H. Removal effect on stormwater runoff pollution of porous concrete treated with nanometer titanium dioxide. Transp Res D Trans Environ. 73, 34-45 (2019).
  53. Sun, J., et al. Studies on the size effects of nano-TiO2 on Portland cement hydration with different water to solid ratios. Constr Build Mater. 259, 120390(2020).
  54. Choi, H. -J., Park, J. -J., Yoo, D. -Y. Benefits of TiO2 photocatalyst on mechanical properties and nitrogen oxide removal of ultra-high-performance concrete. Constr Build Mater. 285, 122921(2021).
  55. Chen, C., Tang, B., Cao, X., Gu, F., Huang, W. Enhanced photocatalytic decomposition of NO on Portland cement concrete pavement using nano-TiO2 suspension. Constr Build Mater. 275, 122135(2021).
  56. Folli, A., et al. Engineering photocatalytic cements: understanding TiO2 surface chemistry to control and modulate photocatalytic performances. J Am Ceram Soc. 93, 3360-3369 (2010).
  57. Nazari, A., Riahi, S. The effect of TiO2 nanoparticles on water permeability and thermal and mechanical properties of high-strength self-compacting concrete. Mater Sci Eng A. 528, 756-763 (2010).
  58. Phuinthiang, P., et al. Novel strategy for the development of antibacterial TiO2 thin film onto polymer substrate at room temperature. Nanomaterials. 11, 1493-1503 (2021).
  59. Nikbin, I. M., Mohebbi, R., Dezhampanah, S. Gamma ray shielding properties of heavy-weight concrete containing nano-TiO2. Radiat Phys Chem. 162, 157-167 (2019).
  60. Behfarnia, K., Azarkeivan, A., Keivan, A. The effects of TiO2 and ZnO nanoparticles on physical and mechanical properties of normal concrete. Asian J Civ Eng. 14, 517-531 (2013).
  61. Mohajerani, A., et al. Nanoparticles in construction materials and other applications, and implications of nanoparticle use. Materials. 12 (19), 3052(2019).
  62. Carneiro, F. L. A new method for determining the tensile strength of concrete. Meeting of the Brazilian Association of Technical Standards, , National Institute of Technology. Rio de Janeiro. (1943).
  63. Brazilian Association of Technical Standards. NBR 5738: Concrete - Procedure for molding and curing test specimens. , ABNT. (2015).
  64. Brazilian Association of Technical Standards. NBR 5739: Concrete - Compression tests of cylindrical specimens. , ABNT. (2007).
  65. Brazilian Association of Technical Standards. NBR 6136: Hollow concrete blocks for masonry - Requirements. , ABNT. (2016).
  66. Filho, N. C. Influence of preparation type of concrete specimen bases using neoprene plates and grinding on compressive strength testing. , Civil Engineering Course, Federal University of Alagoas, Sertão Campus - Technology Axis. Delmiro Gouveia, AL . (2022).
  67. Daccache, E. D. Analysis of the conformity of concrete batches for different strengths using statistical application: a case study. , Department of Civil and Environmental Engineering, Center of Technology, Federal University of Rio Grande do Norte. Natal, RN. (2023).
  68. Brazilian Association of Technical Standards. NBR 10004: Classification of solid waste - Classification of waste concerning potential risks to human health and the environment. , ABNT. (2004).
  69. Brazilian Association of Technical Standards. NBR 15116: Recycled aggregates for mortars and concretes - Requirements and test methods. , ABNT. (2021).
  70. Brazilian National Environment Council (CONAMA). Resolution No. 307. Regulation of construction and demolition waste management. , CONAMA. (2002).
  71. Siddiqua, A., Hahladakis, J. N., Al-Attiya, W. A. K. A. An overview of the environmental pollution and health effects associated with waste landfilling and open dumping. Environ Sci Pollut Res. 29, 58514-58536 (2022).
  72. Sikora, P., Horszczaruk, E., Rucinska, T. The effect of nanosilica and titanium dioxide on the mechanical and self-cleaning properties of waste glass cement mortar. Procedia Eng. 108, 146-153 (2015).
  73. Oh, S. -R., Choi, Y. W., Kim, Y. J. Effect of cement powder-based self-healing solid capsule on the quality of mortar. Constr Build Mater. 214, 574-580 (2019).
  74. Ong, C. B., et al. Bench-scale fire tests of Dark Red Meranti and Spruce finger joints in tension. Constr Build Mater. 168, 257-265 (2018).
  75. Dikkar, H., Kapre, V., Diwan, A., Sekar, S. K. Titanium dioxide as a photocatalyst to create self-cleaning concrete. Mater Today Proc. 45 (4), 4058-4062 (2021).
  76. Gopalakrishnan, R., Vignesh, B., Jeyalakshmi, R. Mechanical, electrical and microstructural studies on nano-TiO2 admixtured cement mortar cured with industrial wastewater. ERX. 2 (2), 025010(2020).
  77. Wang, L., Zhang, H., Gao, Y. Effect of TiO2 nanoparticles on physical and mechanical properties of cement at low temperatures. Adv Mater Sci Eng. 2018, 1-12 (2018).

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Reimpressões e permissões

Solicitar permissão para reutilizar o texto ou as figuras deste artigo JoVE

Solicitar permissão

Etiquetas

Durabilidade do ConcretoNanotecnologia na Constru oResist ncia Compress oNanoaditivos para ConcretoResist ncia Mec nica do ConcretoTeste de Compress o AxialConstru o Sustent velOtimiza o de Nanopart culas

Artigos relacionados