Efeitos de Al2O3, nanopartículas de SiO2 e g

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2720 (2023) Citar este artigo

1307 Acessos

Detalhes das métricas

Questões ambientais são levantadas em relação à produção de cimento Portland. Como resultado, o biocimento serve como um substituto confiável para o cimento Portland em projetos de construção verde. Este estudo criou uma técnica totalmente nova para criar biocimento de alta qualidade a partir de resíduos agrícolas. A técnica é baseada em nanomateriais que melhoram e aceleram o processo de "Precipitação de Calcita Induzida Microbialmente (MICP)", que melhora a qualidade do biocimento produzido. A mistura foi ainda misturada com a adição de 5 mg/l de nanofolhas de nitreto de carbono grafítico (g-C3N4 NSs), nanopartículas de alumina (Al2O3 NPs) ou nanopartículas de sílica (SiO2 NPs). A relação cimento:areia foi de 1:3, a relação cinza:cimento foi de 1:9 e a relação água:cimento foi de 1:2. Moldes de cubos foram preparados e depois fundidos e compactados. Após a desmoldagem, todos os espécimes foram curados em meio nutriente caldo-uréia (NBU) até o teste aos 28 dias. O meio foi reabastecido em um intervalo de 7 dias. Os resultados mostram que a adição de 5 mg/l de g-C3N4 NSs com cinza de sabugo proporcionou a maior "Resistência à compressão" e a maior "Resistência à flexão" de cubos de argamassa de biocimento de 18 e 7,6 megapascais (MPa), respectivamente; e uma "Absorção de Água" aceitável (5,42%) em comparação com todos os outros tratamentos. Este tratamento proporcionou uma redução de "Resistência à compressão", "Resistência à flexão" e "Absorção de água" de 1,67, 1,26 e 1,21 vezes o controle (cimento Portland padrão). Concluiu-se que a adição de 5 mg/l de g-C3N4 NSs à mistura cimentícia melhora suas propriedades, sendo o biocimento resultante um substituto promissor para o cimento Portland convencional. A adição de nanomateriais ao cimento reduz sua permeabilidade a íons, aumentando sua resistência e durabilidade. O uso desses nanomateriais pode melhorar o desempenho de infraestruturas de concreto. A utilização de nanopartículas é uma solução eficaz para reduzir o impacto ambiental associado à produção de concreto.

O biocimento é um novo material de construção verde feito com resíduos agrícolas. A utilização do biocimento tem demonstrado vantagens ambientais, econômicas e técnicas. O concreto resultante é chamado de “concreto verde”1,2. O biocimento melhora consideravelmente a resistência das argamassas aos ataques ácidos. Além disso, a argamassa de biocimento melhorou a resistência à permeabilidade à água do que o cimento Portland sozinho3. De Muynck et al.4 cunharam os seguintes termos: biomineralização ou biodeposição de CaCO3, bioargamassa e bioconcreto que são feitos de biocimento. Os seguintes biorresíduos podem ser usados ​​como matérias-primas para a produção de biocimento: casca de arroz, palha de arroz, capim vetiver, sabugo de milho, cana-de-açúcar, casca de dendê, palha de trigo, caule de linho, folha de bambu, lodo de esgoto, microalgas, serragem e lodo de fábrica de papel3 ,4,5,6,7.

"Nanotecnologia" pode ser definida como o estudo, exploração e uso de materiais entre 1 e 100 nm de tamanho chamados "nanomateriais", onde 1 nm (nm) é igual a 10−9 m. Os nanomateriais podem ser sintetizados na forma de nanocubos, nanofios, nanobastões, nanotubos e nanopartículas (nanoesferas e nanocápsulas). As principais características dos nanomateriais variam fundamentalmente do material original8.

A retrogradação de construções cimentícias é um problema generalizado, uma vez que apresentam elevada permeabilidade, permitindo a entrada de água e levando à corrosão. A aplicação de selantes, por exemplo, biocimento, é um meio poderoso para aumentar a durabilidade do concreto9. Cinzas de resíduos agrícolas podem ser adicionadas para substituir apenas 6 a 20% do cimento Portland. A resistência do biocimento diminui com o uso de resíduos orgânicos maiores cinzas1. Isso dificulta as expansões no uso do biocimento e limita também os benefícios ambientais do uso do biocimento.

Nanomateriais são hipotetizados para aumentar as habilidades de ligação entre os diferentes componentes de materiais cimentícios. Assim, o uso de nanomateriais permite a adição de cinzas de resíduos orgânicos para substituir uma quantidade superior a 20% do cimento Portland, mantendo a resistência do biocimento produzido. Consequentemente, isso afeta positivamente as propriedades de engenharia, especialmente as propriedades mecânicas, da argamassa e do concreto produzidos a partir do biocimento. Além disso, acredita-se que os nanomateriais bioestimulem as bactérias e aumentem sua atividade, o que acelera a biomineralização, levando a um aumento na quantidade e na taxa de precipitação de CaCO3. Em última análise, isso leva à vedação das rachaduras do concreto. Nanomateriais como nano-sílica (nano-SiO2), nano-alumina (nano-Al2O3), nano-óxido férrico (nano-Fe2O3), nano-óxido de titânio (nano-TiO2), nanotubos de carbono (CNTs), grafeno e o óxido de grafeno pode ser misturado com materiais à base de cimento10. Vários pesquisadores têm estudado a incorporação de nanomateriais em materiais à base de cimento nos últimos anos. A combinação de compósitos cimentícios e nanomateriais tem o potencial de melhorar a resistência mecânica das estruturas de concreto resultantes11,12,13,14,15. A nano-sílica é um nanomaterial comum usado em compósitos à base de cimento. Este material acelera a hidratação do cimento gerando cálcio-silicato-hidrato (C–S–H) e dissolvendo silicatos tricálcicos (C3S)16. Além disso, a nano-sílica atua como uma semente para a nucleação C–S–H, que acelera a hidratação do cimento16. A adição de nano-sílica a materiais à base de cimento pode melhorar sua durabilidade, trabalhabilidade e propriedades mecânicas17. As partículas de nano-Al2O3, por outro lado, podem aumentar a resistência à compressão de materiais à base de cimento18,19. Com uma dosagem de 0,25% em peso de cimento, as nanofibras Al2O3 podem aumentar a resistência à compressão de materiais à base de cimento em até 30%16. As nanopartículas melhoram a resistência e a durabilidade do concreto, estimulando a reação de hidratação e preenchendo os microporos na estrutura da pasta de cimento. Isso diminui a porosidade do concreto, melhorando a resistência e as propriedades mecânicas da argamassa de cimento10.