Foi demonstrado que os nanocristais de celulose derivados de subprodutos industriais aumentam a resistência do concreto, representando um potencial aditivo renovável para melhorar o material de construção onipresente.

Os nanocristais de celulose (CNCs) poderiam ser refinados a partir de subprodutos gerados no papel, bioenergia, agricultura e indústrias de celulose. Eles são extraídos de estruturas chamadas microfibrilas de celulose, que ajudam a dar às plantas e árvores sua alta resistência, leve e resiliência. Agora, pesquisadores da Purdue University demonstraram que os nanocristais de celulose podem aumentar a resistência à tração do concreto em 30 por cento.

"Este é um abundante, material renovável que pode ser colhido de matérias-primas de celulose de baixa qualidade já produzidas em diversos processos industriais, "disse Pablo Zavattieri, professor associado da Lyles School of Civil Engineering.

Os nanocristais de celulose podem ser usados ​​para criar uma nova classe de biomateriais com aplicações abrangentes, como reforço de materiais de construção e componentes automotivos.

Os resultados da pesquisa foram publicados em fevereiro na revista Compósitos de cimento e concreto . O trabalho foi conduzido por Jason Weiss, Jack e Kay Hockema, Professor de Engenharia Civil da Purdue e diretor do Laboratório de Materiais de Pankow; Robert J. Moon, um pesquisador do Laboratório de Produtos Florestais do Serviço Florestal dos EUA; Jeffrey Youngblood, um professor associado de engenharia de materiais; estudante de doutorado Yizheng Cao; e Zavattieri.

Um fator que limita a resistência e durabilidade do concreto de hoje é que nem todas as partículas de cimento são hidratadas após serem misturadas, deixando poros e defeitos que dificultam a resistência e durabilidade.

"Então, em essência, não estamos usando 100 por cento do cimento, "Zavattieri disse.

Contudo, os pesquisadores descobriram que os nanocristais de celulose aumentam a hidratação da mistura de concreto, permitindo que mais dele cure e potencialmente alterando a estrutura de concreto e reforçando-o. Como resultado, menos concreto precisa ser usado.

Os nanocristais de celulose têm cerca de 3 a 20 nanômetros de largura por 50-500 nanômetros de comprimento - ou cerca de 1/1, 000º a largura de um grão de areia - tornando-os pequenos demais para serem estudados com microscópios de luz e difíceis de medir com instrumentos de laboratório. Eles vêm de uma variedade de fontes biológicas, principalmente árvores e plantas.

O concreto foi estudado usando várias técnicas analíticas e de imagem. Como as reações químicas no endurecimento do concreto são exotérmicas, alguns dos testes mediram a quantidade de calor liberado, indicando um aumento na hidratação do concreto. Os pesquisadores também levantaram a hipótese da localização precisa dos nanocristais na matriz de cimento e aprenderam como eles interagem com as partículas de cimento em concreto fresco e endurecido. Os nanocristais mostraram formar pequenas entradas para a água penetrar melhor no concreto.

A pesquisa se encaixa com os objetivos do P3Nano, uma parceria público-privada que apoia o desenvolvimento e uso de nanomateriais à base de madeira para uma ampla gama de produtos comerciais.

"A ideia é apoiar e ajudar a Purdue a avançar ainda mais na tecnologia CNC-Cement para testes de campo em grande escala e o potencial de comercialização, "Zavattieri disse.