Nanopartículas de cascas de camarão tornam o cimento mais forte
Os cientistas recorrem à natureza para melhorar um material de construção onipresente.
- O concreto é o segundo material mais consumido na Terra, eclipsado apenas pela água. Cerca de três toneladas do material são usadas para cada indivíduo a cada ano.
- O cimento, o principal constituinte do concreto, é responsável por 8% das emissões mundiais de dióxido de carbono, portanto, reduzir seu uso traria enormes benefícios.
- Os cientistas aumentaram o cimento com nanopartículas de quitina de cascas de camarão descartadas, aumentando significativamente a resistência e a usabilidade do material. Os pesquisadores esperam que isso lhes permita fazer concreto usando menos cimento.
Uma equipe de cientistas da Washington State University e do Pacific Northwest National Laboratory, em pesquisa financiada pelo prestigioso Agência de Projetos de Pesquisa Avançada-Energia (ARPA-E) no Departamento de Energia, infundiu cimento com nanopartículas de quitina de cascas de camarão , aumentando drasticamente a resistência e usabilidade do material. Elas detalhado seus esforços em um artigo publicado na revista Compósitos de Cimento e Concreto .
Poesia concreta
O concreto é o segundo material mais consumido na Terra, eclipsado apenas pela água. Sobre três toneladas do material são usadas para cada indivíduo todos os anos, em estradas, pontes e edifícios, entre muitos outros lugares. Obviamente, esse consumo vem com custos. Cimento , o principal constituinte do concreto, representa 8% das emissões mundiais de dióxido de carbono.
Cimento é fundamentalmente um aglutinante - fixando, endurecendo e aderindo a outros materiais para formar estruturas. É feito com cal calcinada e argila, depois misturado com areia, cascalho e água para criar concreto.
A pesquisa é bastante poética, pois combina dois dos grandes materiais de construção da Terra: um do mundo humano, o cimento, e outro do mundo natural, a quitina. A quitina é um biopolímero que é um componente primário das paredes celulares de fungos e exoesqueletos de artrópodes, como os encontrados em insetos, aranhas e crustáceos. É produzido por organismos vivos em quantidades impressionantes: cerca de 10 a 100 bilhões de toneladas por ano!
O poder das cascas de camarão
Os cientistas isolaram nanocristais de quitina e nanofibras de quitina de pó de quitina feito de cascas de camarão por uma combinação de meios químicos e mecânicos, depois combinaram as duas nanopartículas diferentes com cimento comercial comum em várias proporções. Eles então submetem as formulações a vários testes, monitorando a consistência, trabalhabilidade e tempo de presa, bem como uma variedade de medições de resistência ao longo de 28 dias.
Inscreva-se para receber histórias contra-intuitivas, surpreendentes e impactantes entregues em sua caixa de entrada todas as quintas-feirasComparando as formulações com cimento de controle regular, nanocristais de quitina e nanofibras parecem melhorar amplamente a maioria das qualidades do material. O cimento aumentado com 0,05% em peso de nanofibras de quitina saiu por cima, no entanto. Após 28 dias, esta formulação foi 12% melhor em suportar cargas pesadas, conhecidas como resistência à compressão. Também demonstrou 41% maior resistência à flexão , suportando maiores pressões antes de dobrar e quebrar.
“São números muito significativos”, Michael Wolcott , um dos autores e professor regente em engenharia civil e ambiental da WSU, disse em um comunicado . “Se você puder reduzir a quantidade que usa e obter a mesma função mecânica ou função estrutural e dobrar sua vida útil, poderá reduzir significativamente as emissões de carbono do ambiente construído”.
O tempo que as misturas de quitina demoraram para endurecer também melhorou em comparação com o cimento normal – cerca de 17 minutos para a formulação de nanofibra e 56 minutos para a formulação de nanocristal. O tempo de presa mais longo garante às equipes de trabalho mais tempo para transportar e despejar o concreto uma vez misturado. O cimento Portland comum, o tipo mais comumente usado, inicialmente endurece em cerca de trinta minutos . Neste ponto, ele não é mais facilmente moldado e perde sua força se for remodelado à força.
No lado negativo, as misturas de cimento de quitina não tiveram um desempenho tão bom na trabalhabilidade, o que descreve quão bem “concreto recém-misturado pode ser misturado, colocado, consolidado e acabado”, mas as diferenças eram pequenas.
Os pesquisadores' próximos passos são para garantir que os benefícios vistos no cimento também se mantenham concreto , em seguida, para ampliar seus procedimentos de laboratório para produzir o aditivo de nanopartículas de quitina em volumes muito maiores. “Nosso objetivo geral é fazer o mesmo concreto, mas usar menos cimento”, autor Somayeh Nassiri , professor associado de engenharia civil e ambiental da UC-Davis contou O Evergreen Diário . “Isso seria muito benéfico para o meio ambiente.”
Outros cientistas também estão analisando jeitos diferentes para tornar o cimento mais sustentável. Em junho, pesquisadores da Universidade do Colorado-Boulder anunciaram que criaram uma variedade neutra em carbono usando algas.
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