O uso de materiais inovadores na construção civil promete atender à busca incessante por melhorias em desempenho mecânico, durabilidade e novas funcionalidades. Entre essas inovações, destaca-se o negro de carbono, um material que vem ganhando relevância por suas propriedades únicas e diferenciadas. 

O engenheiro Gustavo Henrique Nalon desenvolve pesquisas na Universidade Federal de Viçosa (MG) sobre o uso de negro de carbono em matrizes cimentícias e vem buscando novas aplicações para o material.

O que é negro de carbono

Ele explica que o negro de carbono, conhecido internacionalmente como “carbon black”, é composto por carbono puro em forma de partículas coloidais, resultantes da combustão parcial ou decomposição térmica de hidrocarbonetos em condições controladas.

Segundo a International Carbon Black Association (ICBA), o negro de carbono é um dos 50 produtos químicos industriais mais fabricados no mundo, com uma produção de aproximadamente 8,1 milhões de toneladas por ano. “Este material é amplamente utilizado como corante e carga de reforço em diversos produtos, como borracha, plásticos, baterias, tintas, adesivos e selantes”, esclarece. 

Dependendo da área superficial específica, tamanho de partículas e estrutura, o negro de carbono pode apresentar propriedades únicas, como elevada capacidade de dispersão, condutividade elétrica, pigmentação, entre outras.

Segundo a ICBA, a maioria dos negros de carbono contém mais de 97% de carbono elementar em forma de partículas primárias com dimensões nanométricas, que se unem para formar agregados e aglomerados tridimensionais com tamanhos maiores. Portanto, o negro de carbono não deve ser confundido com a fuligem, que geralmente contém valores muito elevados de impurezas inorgânicas.

Melhoria das propriedades mecânicas e elétricas do concreto

As pesquisas conduzidas no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Viçosa (UFV) pelos pesquisadores do Grupo de Pesquisa em Construção Sustentável e Inovadora (SICon) têm como foco a utilização do negro de carbono na melhoria das propriedades mecânicas e elétricas das matrizes cimentícias.

Os estudos mostram que a adição de pequenas quantidades de negro de carbono (menos de 3% da massa de cimento) pode aumentar a resistência à compressão e a rigidez das argamassas em até 23%.

Já em concentrações mais elevadas (acima de 8%), o negro de carbono reduz significativamente a resistividade elétrica do concreto no estado endurecido, atingindo níveis próximos aos de materiais semicondutores. “Concentrações de negro de carbono acima do teor, conhecido como limiar de percolação, permitem a formação de uma rede condutiva dentro do concreto, tornando-o um material multifuncional”.

Benefícios do negro de carbono aliado ao concreto

Nalon aponta que a produção do concreto com materiais nanoestruturados, proporcionada pelos recentes avanços nos campos da nanociência e nanotecnologia, favoreceu o desenvolvimento de materiais cimentícios com propriedades aprimoradas e novas funcionalidades.

Entre os diferentes nanomateriais condutores disponíveis, as partículas primárias do negro de carbono, de dimensões nanométricas, estão entre as de menor custo. Logo, inúmeras pesquisas vêm sendo desenvolvidas com foco em escalar o uso do negro de carbono para alcançar variados benefícios.

Ele cita algumas vantagens da adição de negro de carbono ao concreto:

1. Desempenho mecânico e durabilidade aprimorados: Baixos teores de negro de carbono ajudam no empacotamento de partículas em escala nano ou micrométrica, preenchendo vazios na matriz cimentícia e aumentando a resistência, rigidez e durabilidade do concreto;

2. Concretos inteligentes com habilidade autossensora: As propriedades condutivas do negro de carbono permitem que o concreto atue como um sensor, monitorando deformações e possibilitando a detecção de danos estruturais;

3. Blindagem contra interferência eletromagnética: Concretos contendo negro de carbono podem proteger as edificações contra radiações eletromagnéticas indesejáveis, funcionando como um escudo contra esse tipo de interferência;

4. Capacidade de armazenamento de energia: Pesquisas recentes indicam que o negro de carbono pode transformar elementos de concreto em supercapacitores, abrindo novas possibilidades para a construção de estruturas autossuficientes em energia.

Aplicações práticas

A utilização de negro de carbono em concretos pode variar conforme o teor adicionado. Para teores abaixo do limiar de percolação, sua aplicação pode oferecer um custo competitivo no aprimoramento do desempenho mecânico e da durabilidade de diversos elementos e componentes construtivos, como vigas e pilares de concreto, blocos de alvenaria, pavimentos rígidos, pré-moldados de concreto, entre outros.

Já para teores de negro de carbono acima do limiar de percolação, seu uso é recomendado para aplicações mais específicas. “Para contornar problemas de escalabilidade dos sistemas de Monitoramento da Integridade de Estruturas (SHM) convencionais, os concretos autossensores à base de negro de carbono se mostram como alternativas interessantes, uma vez que apresentam vantagens como baixo custo, alta sensibilidade a deformações/tensões, robustez e compatibilidade natural com elementos de concreto”, enumera.

Além disso, os concretos à base de negro de carbono projetados para blindagem contra interferência eletromagnética ajudarão a solucionar os problemas decorrentes da progressiva atualização de produtos eletrônicos e equipamentos de telecomunicações. “Os concretos de negro de carbono capazes de armazenar energia vêm sendo desenvolvidos para aplicação em elementos de fundação de edificações, pavimentos autocarregáveis para veículos elétricos, turbinas eólicas, entre outros”, aponta.

Descobertas e desenvolvimentos futuros 

Os trabalhos científicos mais recentes também vêm explorando a durabilidade das matrizes cimentícias com negro de carbono. Resultados preliminares mostram que determinadas dosagens do material podem melhorar o desempenho residual pós-incêndio do concreto ou manter suas propriedades piezoresistivas após exposição a temperaturas de até 600ºC.

“O negro de carbono surge como um componente inovador no desenvolvimento de concretos multifuncionais, oferecendo não apenas melhorias mecânicas e de durabilidade, mas também funcionalidades avançadas, como comportamento autossensor, blindagem eletromagnética e capacidade de armazenamento de energia”, ressalta.

Com a contínua evolução das pesquisas, espera-se que as aplicações do negro de carbono tornem-se comuns em diversas obras de engenharia civil, promovendo avanços significativos no setor.

Entrevistado
Gustavo Henrique Nalon é engenheiro civil formado pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), mestre e doutor em Engenharia Civil pela UFV. É pesquisador no SICon (Sustainable and Innovative Construction) 

Contato
gustavo.nalon@ufv.br

Jornalista responsável
Ana Carvalho
Vogg Experience

A opinião dos entrevistados não reflete necessariamente a opinião da Cia. de Cimento Itambé.