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Uma equipe de pesquisa liderada por engenheiros da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade da Virgínia é a primeira a explorar como um material vegetal emergente, as nanofibrilas de celulose, pode ampliar os benefícios da tecnologia de concreto impresso em 3D.
“As melhorias que vimos tanto na capacidade de impressão quanto nas medidas mecânicas sugerem que a incorporação de nanofibrilas de celulose em materiais comerciais imprimíveis pode levar a práticas de construção mais resilientes e ecológicas mais cedo ou mais tarde”, disse Osman E. Ozbulut, professor do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.
As descobertas de sua equipe serão publicadas na edição de setembro de 2024 da Compósitos de cimento e concreto.
Edifícios feitos de concreto impresso em 3D são uma tendência interessante no setor imobiliário e oferecem uma série de benefícios: construção rápida e precisa, possivelmente a partir de materiais reciclados, custos de mão de obra reduzidos e menos desperdício, tudo isso permitindo projetos complexos que os construtores tradicionais teriam dificuldade de entregar.
O processo usa uma impressora especializada que dispensa uma mistura semelhante a cimento em camadas para construir a estrutura usando software de design auxiliado por computador. Mas até agora, as opções de materiais imprimíveis são limitadas e questões sobre sua sustentabilidade e durabilidade permanecem.
“Estamos lidando com objetivos contraditórios”, disse Ozbulut. “A mistura tem que fluir bem para uma fabricação suave, mas endurecer em um material estável com propriedades críticas, como boa resistência mecânica, ligação entre camadas e baixa condutividade térmica.”
As nanofibrilas de celulose são feitas de polpa de madeira, criando um material renovável e de baixo impacto. Como outros derivados de fibras vegetais, o CNF, como o material é conhecido na indústria, mostra forte potencial como um aditivo para melhorar a reologia — o termo científico para propriedades de fluxo — e a resistência mecânica desses compósitos.
No entanto, até o estudo meticuloso da equipe liderada pela UVA no Laboratório de Infraestrutura Avançada e Resiliente de Ozbulut, a influência do CNF em compósitos convencionais impressos em 3D não estava clara, disse Ozbulut.
“Hoje, muita tentativa e erro são necessários para projetar misturas”, ele disse. “Estamos abordando a necessidade de mais ciência de qualidade para entender melhor os efeitos de diferentes aditivos para melhorar o desempenho de estruturas impressas em 3D.”
Experimentando com quantidades variadas de aditivo CNF, a equipe, liderada por Ozbulut e Ugur Kilic, agora um ex-aluno de Ph.D. da UVA, descobriu que adicionar pelo menos 0,3% de CNF melhorou significativamente o desempenho do fluxo. A análise microscópica das amostras endurecidas revelou melhor ligação do material e integridade estrutural.
Em testes posteriores no laboratório de Ozbulut, os componentes impressos em 3D aprimorados com CNF também resistiram a tração, flexão e compressão.
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