BIOCONCRETO E SUAS TECNOLOGIAS

ARARAQUARA - SP 2019 Resumo: Na construção civil, o concreto convencional é um dos materiais mais empregados, sendo um dos principais materiais presente no mundo, utilizado em diversos campos. Apesar das vantagens do concreto, ele tem uma alta tendência para formar rachaduras, permitindo que produtos químicos agressivos penetrem na estrutura, ocasionando a deterioração do concreto e diminuição da durabilidade. Recentemente, as abordagens biotecnológicas atraíram a atenção dos pesquisadores para buscar solucionar estes problemas e criar e tecnologias na produção e no concreto sendo empregadas. Entre essas abordagens está o bioconcreto, criado pelo microbiologista Henk Jonkers, na Universidade de Tecnologia de Delft na Holanda. Assim, o objetivo do presente estudo é revisar o estado da arte do bioconcreto e das tecnologias empregadas na produção de concreto com melhores propriedades e apelo ecológico.

Recently, biotechnological approaches have attracted the attention of researchers to seek to solve these problems and create and technologies in the production and the concrete being employed. Among these approaches is the bioconcrete, created by the microbiologist Henk Jonkers, at the Delft University of Technology in the Netherlands. Thus, the objective of the present study is to review the state of the art of bioconcrete and the technologies used in concrete production with better properties and ecological appeal. For this, the bibliographic review method was used. The bioconcrete is an ingenious creation that allows concrete to rebuild when moisture enters the inevitable cracks as it biologically produces limestone to heal cracks that appear on the surface of concrete structures. Biomineralização 17 2. Mecanismo de ação do bioconcreto 19 2. A escolha das bactérias 20 2.

Desempenho do bioconcreto 21 2. Principais obstáculos 22 3 CONCLUSÃO 24 REFERENCIAS 25 1 INTRODUÇÃO Na construção civil, o concreto convencional é um dos materiais mais empregados, assim, desempenha um papel indispensável em vários campos como na construção de edifícios, barragens, tanques de armazenamento, portos, estradas, pontes, túneis, metrôs e outras infraestruturas. De maneira análoga, o bioconcreto imita o princípio envolvido na cicatrização de fraturas ósseas em humanos naturalmente pela mineralização causada por células osteoblásticas (SILVA; PASSARINI; SANTOS, 2017). Embora as rachaduras possam não comprometer a resistência do concreto, sem dúvida, sua formação pode ser um sério risco à vida útil do concreto a longo prazo (NEVILLE e BROOKS, 2010; VAN TITTELBOOM et al, 2010; JONKERS, 2011; CHAHAL; SIDDIQUE; RAJOR, 2012; PACHECO-TORGAL e LABRINCHA, 2013).

Enquanto rachaduras maiores prejudicam a integridade estrutural, também pequenas rachaduras do tamanho submilimétrico podem resultar em problemas de durabilidade, já que rachaduras particularmente conectadas aumentam a permeabilidade da matriz. A entrada de água e produtos químicos podem causar degradação prematura da matriz e corrosão do reforço de aço embutido. Como a manutenção e reparação manual regular de construções é dispendiosa e, em alguns casos, não é de todo possível, a inclusão de um mecanismo autônomo de reparação de autocura seria altamente benéfica, uma vez que poderia reduzir a manutenção e aumentar a durabilidade do material. Dessa maneira, métodos de tratamento que são ecologicamente corretos e duradouros estão em alta demanda. O bioconcreto olha para o futuro, promovendo o prolongamento da vida útil das construções e dando uma perspectiva completamente nova da produção do concreto (JONKERS, 2011).

Assim, o objetivo do presente estudo é revisar o estado da arte do bioconcreto e das tecnologias empregadas na produção de concreto com melhores propriedades e apelo ecológico. Para tanto, levantar os impactos positivos e negativos da aplicação de bioconcreto no aspecto de resistência, durabilidade, permeabilidade, reciclagem e seus efeitos na saúde humana. Além de ofertar um material com conteúdo significativo para as partes interessadas no setor de construção, bem como os engenheiros interessados em obter insight para o uso potencial de concreto biológico no campo da construção, além de pesquisadores no geral, considerando os méritos e deméritos do uso de concreto biológico. O cimento Portland é o cimento hidráulico amplamente utilizado no concreto moderno (PEDROSO, 2016). Dessa maneira, o concreto é um material de construção largamente disseminado, presente em casas de alvenaria, em rodovias (pavimentação de concreto, pontes, viadutos, passarelas, túneis, galerias, obras de contenção etc), nos edifícios mais altos do planeta (mesmo que a estrutura principal não seja de concreto, alguns elementos, pelo menos, o serão), em galpões e pisos industriais ou para fins diversos, em estruturas diversas (elementos de cobertura, chaminés, torres, postes, mourões, dormentes, muros de arrimo, piscinas, silos, cais, fundações de máquinas etc), em torres de resfriamento, em usinas hidrelétricas e nucleares, em obras de saneamento, até em plataformas de extração petrolífera móveis (LIMA et al, 2014).

Breve história do concreto O precursor do concreto foi inventado por volta de 1300 antes de Cristo (a. C. quando construtores do Oriente Médio descobriram que, quando revestiam a parte externa de suas fortalezas de barro batido e paredes de casas com um revestimento fino e úmido de calcário queimado, ele reagia quimicamente com gases no ar para formar uma superfície dura e protetora. C.  Mais tarde descobriram as vantagens da cal hidráulica - isto é, cimento que endurece debaixo d'água - e em 700 a. C. construíram fornos para fornecer argamassa para a construção de casas com paredes de entulho, pisos de concreto e cisternas subterrâneas impermeáveis.  As cisternas foram mantidas em segredo e foram uma das razões pelas quais os Nabataea conseguiram prosperar no deserto (GROMICKO e SHEPARD, 2019).

Por volta de 3000 a. C. os antigos egípcios usavam barro misturado com palha para formar tijolos.   No entanto, eles também usaram argamassas de gesso e cal na construção das pirâmides, embora a maioria de nós pense em argamassa e concreto como dois materiais diferentes.  A Grande Pirâmide de Gizé exigia cerca de 500.  Não era um material plástico, fluido, derramado em formas, mas mais como cascalho cimentado.  Os romanos construíram a maioria de suas estruturas empilhando pedras de diferentes tamanhos e preenchendo manualmente os espaços entre as pedras com argamassa.  Acima do solo, as paredes eram revestidas por dentro e por fora com tijolos de barro que também serviam como formas para o concreto.  O tijolo tinha pouco ou nenhum valor estrutural e seu uso era principalmente ornamental.

 Antes disso, e na maioria dos lugares naquela época (incluindo 95% de Roma), as argamassas comumente usadas eram um simples cimento de calcário que endurecia lentamente ao reagir com o dióxido de carbono no ar (GROMICKO e SHEPARD, 2019).  Alguns dos muitos compostos encontrados são importantes para o processo de hidratação e as características químicas do cimento.  É fabricado aquecendo uma mistura de calcário e argila em um forno a temperaturas entre 705ºC e 815ºC. Até 30% da mistura se torna derretida, mas o restante permanece em estado sólido, passando por reações químicas que podem ser lentas.  Eventualmente, a mistura forma um clínquer, que é então moído em pó.  Uma pequena proporção de gesso é adicionada para diminuir a taxa de hidratação e manter o concreto trabalhável por mais tempo.

 Foi considerado socialmente inaceitável como material de construção por razões estéticas.  O primeiro uso difundido de cimento Portland na construção de residências foi na Inglaterra e na França entre 1850 e 1880 pelo francês François Coignet, que acrescentou hastes de aço para evitar que as paredes externas se espalhassem, e mais tarde as utilizou como elementos de flexão.  A primeira casa construída com concreto armado foi um chalé construído na Inglaterra por William B. Wilkinson em 1854. Em 1875, o engenheiro mecânico norte-americano William Ward completou a primeira casa de concreto armado nos Estados Unidos da América (EUA). O concreto pode suportar forças de compressão muito bem, mas não forças de tração. Quando está sujeito a tensão, começa a rachar, e é por isso que é reforçado com aço; para suportar as forças de tração.

Estruturas construídas em um ambiente de alto volume de água, como porões subterrâneos e estruturas marinhas, são particularmente vulneráveis ​​à corrosão do reforço de aço. Em muitas estruturas de Engenharia Civil, as forças de tração podem levar a rachaduras, que podem ocorrer relativamente pouco depois da construção da estrutura (SEIFAN; SAMANI; BERENJIAN, 2016). A formação de fissuras no concreto é um fenômeno que dificilmente pode ser completamente evitado devido, por exemplo, às reações de contração do ajuste de tensões de concreto e de tração que ocorrem em estruturas fixas. Os reparos podem ser demorados e caros, pois é muito difícil obter acesso à estrutura para fazer reparos, especialmente se eles estiverem no subsolo ou em uma grande altura (JONKERS, 2011).

As técnicas de tratamento ativo, também conhecidas como técnicas de autocura podem operar independentemente em diferentes condições, independentemente da posição da trinca. Eles também têm a capacidade de ativação imediata na formação de fissuras, selando a fissura. Um mecanismo de autocura no concreto pode ser estabelecido através de três estratégias principais: (I) cura autógena; (II) encapsulamento de material polimérico, (III) produção microbiana de carbonato de cálcio (WU; JOHANNESSON; GEIKER, 2012). Um tratamento ideal deve ter qualidade, vida útil longa, permeabilidade e capacidade de curar repetidamente as rachaduras em número ilimitado de vezes (LI e HERBERT, 2012). A hidratação do óxido de cálcio produz hidróxido de cálcio, que pode reagir com o dióxido de carbono presente na atmosfera.

Como pode ser visto nas Equações 1 e 2 estas reações resultam na produção de carbonato de cálcio (SEIFAN; SAMANI; BERENJIAN, 2016). CaO +H2O → Ca(OH)2 (1) Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (2) Devido à abundância na natureza e compatibilidade com composições cimentícias, o carbonato de cálcio é um dos enchimentos mais úteis e versáteis para tapar os vazios, porosidades e rachaduras no concreto. O sucesso da cicatrização autógena depende fortemente de fatores como presença de água ou umidade no ambiente circundante, quantidade de cimento não hidratado e composição da matriz de concreto (VAN TITTELBOOM e DE BELIE, 2013; WANG et al, 2014). Biomineralização A biomineralização refere-se ao processo de formação de minerais por organismos vivos, que é um fenômeno generalizado na natureza (TEBO et al, 2005).

Neste processo, o carbonato é produzido por microorganismos extracelularmente através de duas vias metabólicas, nomeadamente autotróficas e heterotróficas (SILVA; PASSARINI; SANTOS, 2017). A via autotrófica ocorre na presença de dióxido de carbono para o qual os microrganismos convertem dióxido de carbono em carbonato através de três modos distintos, a saber: (I) metanogênese não-metilotrófica (por Archaea metanogênica); (II) fotossíntese oxigenada (por Cianobacteria), e (III) fotossíntese anoxigênica (por bactérias roxas) (SEIFAN; SAMANI; BERENJIAN, 2016). Na via heterotrófica, as bactérias podem gerar o carbonato através de duas precipitações, ativa e passiva. Na precipitação ativa, a produção de carbonato ocorre em razão da troca iônica que há entre o cálcio ou a de magnésio devida à bomba iônica (SILVA; PASSARINI; SANTOS, 2017).

Na precipitação passiva, a produção de íon de carbonato ocorre em razão da amonificação de aminoácidos, a redução de nitratos (NO3-) ou pela degradação da ureia, porém independente do que foi mencionada, a amônia será produzida como produto final, assim aumentando o pH (SILVA; PASSARINI; SANTOS, 2017). À medida que a bactéria se alimenta, o oxigênio é consumido e o lactato de cálcio solúvel é convertido em calcário insolúvel. O calcário se solidifica na superfície rachada, selando-o. Este imita o processo pelo qual as fraturas ósseas no corpo humano são naturalmente curadas pelas células osteoblásticas que se formam para formar o osso (JONKERS, 2011). O consumo de oxigênio durante a conversão bacteriana do lactato de cálcio em calcário tem uma vantagem adicional.

O oxigênio é um elemento essencial no processo de corrosão do aço e, quando a atividade bacteriana o consome, aumenta a durabilidade das construções de concreto reforçado com aço. De volta à Universidade de Delft, as bactérias das amostras foram cultivadas em um frasco de água que seria usado como parte da mistura de água para o concreto (JONKERS e SCHLANGEN, 2008). Diferentes tipos de bactérias foram incorporados em um pequeno bloco de concreto. Cada bloco de concreto ficou por dois meses para ser endurecido. Então o bloco foi pulverizado e os restos testados para ver se as bactérias haviam sobrevivido. Descobriu-se que o único grupo de bactérias capazes de sobreviver eram as que produziam esporos comparáveis ​​às sementes das plantas. Assim, bactérias do gênero Bacillus são inofensivas para a vida humana e, portanto, pode ser utilizadas de forma eficaz.

Wang et al. estudaram a influência da precipitação do carbonato de cálcio na permeabilidade por incorporação de células de Bacillus sphaericus imobilizadas. Verificou-se que a permeabilidade do espécime com bactérias imobilizadas em poliuretano diminui seis vezes em comparação com os espécimes sem bactérias. Além disso, a eficácia do Bacillus sphaericus imobilizado em terra de diatomáceas na absorção de água foi relatada. O bioconcreto promove a sustentabilidade ajudando na filtragem da água da chuva, mantendo os níveis de pH dentro da faixa ideal e suavizando a água da chuva. O bioconcreto é uma solução sustentável que pode prolongar a vida útil das estruturas existentes (KEYVANFAR et al, 2015). Como a estrutura de bioconcreto possui habilidades de autocura, o material garantirá a redução dos custos de manutenção a longo prazo da construção.

Além disso, é ideal para reparar estruturas subterrâneas em barragens, porões ou estruturas destinadas à irrigação, já que a umidade é o único requisito para o seu funcionamento. Para edifícios residenciais, no entanto, parece que a reparação tradicional de fissuras continuará a ser a solução economicamente mais atraente por enquanto. O processo de incorporação de bactérias e nutrientes nas pastilhas também é caro porque envolve uma técnica de vácuo. Entretanto, se produzido em escala industrial, acredita-se que o bioconcreto pode cair consideravelmente em custo. Se a vida da estrutura puder ser aumentada em 30%, a duplicação do custo real do concreto ainda economizará muito dinheiro a longo prazo. A equipe de Delft está atualmente trabalhando no desenvolvimento de uma versão melhorada e mais econômica do agente de cura baseado em bactérias (JONKERS, 2011).

Ademais, outra desvantagem é a velocidade de regeneração: o tempo médio para os microrganismos produzirem o calcário e preencherem toda a fissura é de três semanas.  Seria um material ideal para a construção ou qualquer inovação em grande escala. REFERENCIAS ACHAL, Varenyam; MUKHERJEE, Abhijit; REDDY, M. Sudhakara. Microbial Concrete: Way to Enhance the Durability of Building Structures.  Journal Of Materials In Civil Engineering, [s. NORTHUP, Diana E. Microbes at Work in Nature: Biomineralization and Microbial Weathering.  Microbial Ecology, [s. l. p. n. p. dez. Indian Society for Education and Environment. doi. Elsevier BV. doi. org/10. j. conbuildmat. org/10. j. conbuildmat. DHAMI, Navdeep Kaur; M. Sudhakara; MUKHERJEE, Abhijit. Todos os direitos reservados. Disponível em: <https://www. nachi. org/history-of-concrete. htm>. Development of a bacteria-based self healing concrete.  Tailor Made Concrete Structures, [s.

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