Texto: Jean Silva* /Arte: Beatriz Haddad** / Jornal da USP
Em 2018, o viaduto da pista expressa da Marginal Pinheiros, que cedeu a 500 metros da Ponte do Jaguaré, Zona Oeste de São Paulo, danificou cinco carros e feriu uma pessoa. Esse caso chamou a atenção para o comprometimento e a durabilidade de estruturas de concreto que, por serem permeáveis à água, são prejudicadas pelas chuvas.
Por conta de problemas como esse, um grupo de trabalho do Programa de Pós-Graduação de Tecnologia de Materiais do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen) da USP publicou um artigo sobre o desenvolvimento de um recobrimento impermeabilizante que aumentou a resistência do cimento e afetou minimamente a estrutura das amostras testadas, contribuindo para sua durabilidade e longevidade. Embora a permeabilidade seja desejável para o concreto em pavimentação de superfícies como ruas e calçadas, a infiltração de água no concreto estrutural pode comprometer a integridade de construções como pontes e edificações.
Publicado na revista Diamond and Related Materials, o recobrimento desenvolvido pelos pesquisadores do Ipen é um material hidrofóbico (que repele a água), bidimensional (2d), criado a partir de material grafenoide (derivado do grafeno, uma das formas cristalinas do carbono) e obtido por meio de um gerador de plasma frio. Também conhecido como plasma não térmico, este gás ionizado é um estado da matéria que contém íons e elétrons livres, no qual a maioria das partículas (como átomos e moléculas) permanece em temperaturas próximas às do ambiente.
Nivaldo Gomes Pereira é doutorando do Ipen e primeiro autor do estudo – Foto: arquivo pessoal
O objetivo desse estudo era desenvolver um produto final de fácil aplicação que “proporciona às alvenarias maior resistência a infiltração, consequentemente diminui os problemas de umidade, como também a manutenção, e, logo, aumenta a vida útil das mesmas”, explica Nivaldo Gomes Pereira, primeiro autor do artigo.
As estruturas concretadas como conhecemos atualmente são datadas de 1756, quando John Smeaton as desenvolveu por meio da mistura de agregado graúdo e cimento. Para contribuir com a evolução delas, os pesquisadores do Ipen levantaram um conjunto de dados paralelamente à pesquisa central da tese de doutorado de Pereira, em que investiga as aplicações do grafeno. Esse levantamento resultou no desenvolvimento dessa sustância carbonosa utilizada para recobrir estruturas de concreto, além de um modelo de aplicação.
Diferente do concreto sem revestimento, pesquisadores do Ipen identificaram que a estrutura revestida não absorve a água. Foto: Reprodução/Arquivo pessoal do grupo de pesquisa
Grafeno e seu funcionamento
O grafeno é uma camada bidimensional de átomos de carbono organizados em estruturas hexagonais com uma espessura menor que 1 nanômetro. Ele é um alótropo do carbono, o que significa que se difere de outros compostos cristalinos de estruturas hexagonais de carbonos pelo arranjo geométrico em 2D. O diamante e o grafite, por exemplo, são organizados em três dimensões.
Para a aplicação, precisa-se preparar o produto a ser aplicado. “Pega-se um hidrocarboneto e o atomiza [transforma a substância em partículas]”, explica Rodrigo Fernando Brambilla de Souza, pós-doutorando no Ipen e integrante do trabalho. O processo de atomização consiste em transformar uma molécula em átomos individuais por meio do aquecimento ou por uma descarga elétrica. Nesse caso, a fonte carbonosa, o ciclohexano descrito no artigo, é vaporizada e introduzida no plasma frio, que a transforma em átomos de carbono e hidrogênio.
Rodrigo Fernando Brambilla de Souza – Foto: Ivan Conterno
Ao sair desse ambiente plasmoso e entrar em contato com a área a ser protegida, os átomos se reconstroem como grafenoides no local aplicado. Essa reconstrução deve-se ao plasma, que não apenas quebra as ligações químicas, mas também fornece a energia necessária para que os átomos de carbono se movam e se reorganizem no substrato. Ele permite a deposição do que foi atomizado de forma controlada e eficiente, resultando em uma camada intrínseca à estrutura. “As partículas se reconstroem como o grafenoide na própria superfície a ser protegida e se aderem a ela”, afirma Souza.
Os pesquisadores contam que não seria possível incorporar a camada de proteção à mistura do cimento, devido à sua característica repelente à água. Nesse modelo, além de poder ser aplicada de forma rápida e direta no local a ser protegido, ela ainda se adere ao concreto, ao invés de protegê-lo apenas superficialmente como a tinta. “Diferente da tinta que sai com facilidade, precisa-se riscar o concreto para retirar o recobrimento”, detalha o pesquisador.
O plasma frio é obtido pela passagem de uma corrente elétrica que possibilita a aplicação do produto rápida e diretamente na estrutura. Foto: Reprodução/Arquivo pessoal do grupo de pesquisa
Dilemas para aplicação
Apesar do material ser promissor, há questionamentos sobre os impactos do grafeno, por ser um derivado de combustível fóssil. Este recurso é muito criticado por ambientalistas, tanto pelos seus derivados serem poluentes, como por sua extração e uso trazerem riscos graves à saúde e ao meio ambiente, com a contaminação de água, ar e solo. A viabilidade para produção industrial também gera dúvidas, por não haver um modelo prático de aplicação com plasma frio fora dos ambientes laboratoriais controlados.
Os pesquisadores afirmam que em vez de depender exclusivamente dessa fonte não-renovável, há alternativas sustentáveis para a produção do grafeno. “Qualquer biomassa pode ser utilizada para a produção desse produto carbonoso”, afirma Victoria Maia, aluna de doutorado do mesmo programa de pós-graduação do Ipen. Dessa maneira, diferentes tipos de matéria orgânica, como resíduos agrícolas, restos de madeira ou mesmo resíduos alimentares, podem ser empregados nos processos de conversão para gerar materiais carbonosos como o utilizado. No entanto, a qualidade final dependerá da qualidade da matéria utilizada.
Victoria Maia é doutoranda do Ipen e uma das autoras do estudo – Foto: arquivo pessoal
Além disso, Victoria destaca que o grupo está “procurando investimentos para desenvolver a aplicação em uma pistola”. Essa pistola se encarregaria da produção do plasma com a aplicação do produto no local onde a alvenaria estiver, e qualquer pessoa com o devido preparo poderia aplicar. Esse modelo viabilizaria a produção em massa e a disponibilização no mercado da impermeabilização, por permitir uma situação prática e fora do ambiente laboratorial.
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