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    O anticongelante Natures fornece fórmula para concreto mais durável
    p Esta imagem mostra como os cristais de gelo que se ligam às moléculas de polímero experimentam a formação de gelo dinâmica, mudando de uma esfera para um hexágono arredondado, que os pesquisadores chamam de 'gelo de limão'. Crédito:Laboratório de Materiais Vivos, University of Colorado Boulder

    p Os segredos para consolidar a sustentabilidade de nossa infraestrutura futura podem vir da natureza, como proteínas que evitam que as plantas e animais congelem em condições extremamente frias. Os pesquisadores de CU Boulder descobriram que uma molécula sintética baseada em proteínas anticongelantes naturais minimiza os danos de congelamento e descongelamento e aumenta a resistência e durabilidade do concreto, melhorando a longevidade da nova infraestrutura e diminuindo as emissões de carbono ao longo de sua vida. p Eles descobriram que adicionar uma molécula biomimética - que imita os compostos anticongelantes encontrados em organismos árticos e antárticos - ao concreto evita efetivamente o crescimento de cristais de gelo e danos subsequentes. Este novo método, publicado hoje em Cell Reports Physical Science , desafia mais de 70 anos de abordagens convencionais na mitigação de danos causados ​​pelo gelo em infraestrutura de concreto.

    p "Ninguém pensa no concreto como um material de alta tecnologia, "disse Wil Srubar III, autor do novo estudo e professor assistente de civil, engenharia ambiental e arquitetônica. "Mas é muito mais high-tech do que se possa imaginar. Em face da mudança climática, é fundamental prestar atenção não apenas em como fabricamos concreto e outros materiais de construção que emitem muito dióxido de carbono em sua produção, mas também como garantimos a resiliência a longo prazo desses materiais. "

    p O concreto é formado pela mistura de água, pó de cimento e vários agregados, como areia ou cascalho.

    p Desde a década de 1930, pequenas bolhas de ar foram colocadas no concreto para protegê-lo dos danos causados ​​pela água e pelos cristais de gelo. Isso permite que qualquer água que penetre no concreto tenha espaço para se expandir quando congela. Sem isso, a superfície do concreto danificado irá descascar.

    p Mas esse processo meticuloso pode ter um custo, diminuindo a força e aumentando a permeabilidade. Isso permite que os sais da estrada e outros produtos químicos penetrem no concreto, que pode então degradar o aço embutido.

    p "Enquanto você está resolvendo um problema, você está realmente exacerbando outro problema, "disse Srubar.

    p Esta imagem mostra como o concreto com polímero anticongelante biomimético não mostra sinais de fragmentação após 30 ciclos de congelamento e descongelamento. Crédito:Laboratório de Materiais Vivos, University of Colorado Boulder

    p Como os EUA enfrentam uma quantidade significativa de infraestrutura envelhecida em todo o país, bilhões de dólares são gastos a cada ano para mitigar e prevenir danos. Esta nova molécula biomimética, Contudo, poderia reduzir drasticamente os custos.

    p Em testes, concreto feito com esta molécula - em vez de bolhas de ar - mostrou ter desempenho equivalente, maior força, menor permeabilidade e uma vida útil mais longa.

    p Com uma patente pendente, Srubar espera que este novo método entre no mercado comercial nos próximos 5 a 10 anos.

    p Esta imagem mostra como os concretos com polímero anticongelante biomimético pós-congelamento-descongelamento não mostram sinais de fragmentação. Crédito:Laboratório de Materiais Vivos, University of Colorado Boulder

    p A natureza encontra um caminho

    p Das águas geladas da Antártica às tundras geladas do Ártico, muitas plantas, peixe, insetos e bactérias contêm proteínas que os impedem de congelar. Essas proteínas anticongelantes se ligam à superfície dos cristais de gelo em um organismo no momento em que se formam - mantendo-os, na verdade, muito pequeno, e incapaz de causar qualquer dano.

    p "Achamos isso muito inteligente, "disse Srubar." A natureza já encontrou uma maneira de resolver este problema. "

    p O concreto sofre do mesmo problema de formação de cristais de gelo, que engenheiros anteriores tentaram mitigar adicionando bolhas de ar. Então Srubar e sua equipe pensaram:por que não reunir um monte dessa proteína, e colocá-lo em concreto?

    p Infelizmente, essas proteínas encontradas na natureza não gostam de ser removidas de seus ambientes naturais. Eles se desfazem ou se desintegram, como espaguete cozido demais.

    p O concreto também é extremamente básico, com um pH geralmente acima de 12 ou 12,5. Este não é um ambiente amigável para a maioria das moléculas, e essas proteínas não foram exceção.

    p Então Srubar e seus alunos de pós-graduação usaram uma molécula sintética - álcool polivinílico, ou PVA - que se comporta exatamente como essas proteínas anticongelantes, mas é muito mais estável em um pH alto, e combinado com outro não tóxico, molécula robusta - polietilenoglicol - frequentemente usada na indústria farmacêutica para prolongar o tempo de circulação de medicamentos no corpo. Esta combinação molecular de dois polímeros permaneceu estável em um pH alto e inibiu o crescimento do cristal de gelo.

    p Aumento de estressores

    p Depois da água, o concreto é o segundo material mais consumido na Terra:duas toneladas por pessoa são fabricadas a cada ano. Essa é uma nova cidade de Nova York sendo construída a cada 35 dias por pelo menos os próximos 32 anos, de acordo com Srubar.

    p "Sua fabricação, o uso e o descarte têm consequências ambientais significativas. A produção de cimento sozinha, o pó que usamos para fazer concreto, é responsável por cerca de 8 por cento do nosso CO global 2 emissões. "

    p Para cumprir as metas do Acordo de Paris e manter o aumento da temperatura global bem abaixo de 3,6 graus Fahrenheit, a indústria da construção deve diminuir as emissões em 40 por cento até 2030 e eliminá-las completamente até 2050. A própria mudança climática só vai exacerbar os estressores sobre o concreto e a infraestrutura envelhecida. com o aumento de temperaturas extremas e ciclos de congelamento e descongelamento ocorrendo com mais frequência em algumas localizações geográficas.

    p “A infraestrutura que hoje se projeta enfrentará diferentes condições climáticas no futuro. Nas próximas décadas, os materiais serão testados de uma forma que nunca foram antes, "disse Srubar." Então, o concreto que fazemos precisa durar. "


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