COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS COM PROPRIEDADES ELÉTRICAS (CCPE) APLICADOS À INFRAESTRUTURA URBANA: UMA BREVE REVISÃO
DOI:
https://doi.org/10.14244/engurbdebate.v6i1.151Palabras clave:
materiais da construção civil, impedância, condutividade, propriedades multifuncionaisResumen
La demanda de infraestructura que atienda las preocupaciones económicas, sociales y ambientales requiere avances tecnológicos resultantes de la investigación en los más diversos campos, incluido el desarrollo y mejora de compuestos cementosos como morteros y concretos, ampliamente utilizados en obras de infraestructura. En este sentido, la sociedad académica ha buscado agregar nuevas funcionalidades a los composites cementosos, hasta el punto de que la mejora de las propiedades eléctricas ha ganado protagonismo. Cuando se mejoran, estas propiedades permiten que los compuestos sean utilizados como colectores de energía eléctrica, sistemas de detección de tráfico, blindaje electromagnético, monitoreo estructural, entre otros. Para lograrlo, se incorporan a la matriz de cemento materiales eléctricamente conductores, como carbono y metales. Los estudios han demostrado que dichos compuestos tienen características multifuncionales, ya que además de funcionar como componentes estructurales, por ejemplo, en el caso de un puente también son capaces de ofrecer otras funcionalidades como generar, transmitir o almacenar. energía eléctrica. Sin embargo, se necesita más investigación para superar todos los desafíos técnicos, económicos y ambientales, apuntando al uso de compuestos cementosos con propiedades eléctricas (CCPEs) en construcciones reales. Así, el objetivo de este trabajo es presentar una visión general de la investigación con CCPEs que contribuya a la identificación de campos para futuras investigaciones.
Citas
BIRGIN, H. B.; D’ALESSANDRO, A.; LAFLAMME, S.; UBERTINI, F. Smart Graphite–Cement Composite for Roadway-Integrated Weigh-In-Motion Sensing. Sensors, v. 20, 4518, 2020. DOI: 10.3390/s20164518.
BIRGIN, H. B.; D’ALESSANDRO, A.; UBERTINI, F. A new smart sustainable earth-cement composite doped by carbon microfibers with self-sensing properties. Developments in the Built Environment, v. 14, 100168, 2023. DOI: 10.1016/j.dibe.2023.100168.
BRASIL. SECRETARIA DE COMUNICAÇÃO SOCIAL. Investimentos em infraestrutura voltam a ser prioridade. 2023. Disponível em: https://www.gov.br/secom/pt-br/assuntos/noticias/2023/12/governo-lula-recupera-investimentos-na-infraestrutura-do-brasil. Acesso em: 27 ago. 2024.
CASSOL, D.; RECH, G. L.; THOMAZI, E.; PEROTTONI, C. A.; ZORZI, J. E. Influence of an over calcined calcium oxide-based shrinkage-compensating admixture on some properties of a self-compacting concrete. Matéria (Rio J), v. 27, n. 4, e20220171, 2022. DOI: 10.1590/1517-7076-rmat-2022-0171.
CHUANG, W.; GENG-SHENG, J.; BING-LIANG, L.; LEI, P.; YING, F.; NI, G.; KE-ZHI, L. Dispersion of carbon fibers and conductivity of carbon fiber-reinforced cement-based composites. Ceramics International, v. 43, n. 17, p. 15122-15132, 2017. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.08.041.
CHUNG, D. D. L. Self-sensing concrete: from resistance-based sensing to capacitance-based sensing. International Journal of Smart and Nano Materials, v. 12, n. 1, p. 1-19, 2021a. DOI: 10.1080/19475411.2020.1843560.
CHUNG, D.D.L. Pitfalls and Methods in the Measurement of the Electrical Resistance and Capacitance of Materials. J. Electron. Mater., v. 50, p. 6567-6574, 2021b. DOI: 10.1007/s11664-021-09223-w.
CHUNG, D. D. L.; XI, X. A review of the colossal permittivity of electronic conductors, specifically metals and carbons. Materials Research Bulletin, v. 148, 111654, 2022. DOI: 10.1016/j.materresbull.2021.111654.
COSOLI, G.; MOBILI, A.; TITTARELLI, F.; REVEL, G. M.; CHIARIOTTI, P. Electrical Resistivity and Electrical Impedance Measurement in Mortar and Concrete Elements: A Systematic Review. Appl. Sci., v. 10, 9152, 2020. DOI: 10.3390/app10249152.
D’ALESSANDRO, A.; UBERTINI, F.; MATERAZZI, A. L.; PORFIRI, M. Electrical modelling of carbon nanotube cement-based sensors for structural dynamic monitoring. AIP Conf Proc., 1603, p. 23-30, 2014. DOI: 10.1063/1.4883038.
DEHGHANI, A.; ASLANI, F. Piezoresistive Sensing of Cementitious Composites Reinforced with Shape Memory Alloy, Steel, and Carbon Fibres. Construction and Building Materials, v 267, 121046, 2021a. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121046.
DING, S.; DONG, S.; ASHOUR, A.; HAN, B. Development of sensing concrete: Principles, properties and its applications. Journal of Applied Physics, v. 126, n. 24, 241101, 2019. DOI: 10.1063/1.5128242.
DING, S.; XIANG, Y.; NI, Y-Q.; THAKUR, V. K.; WANG, X.; HAN, B.; OU, J. In-situ synthesizing carbon nanotubes on cement to develop self-sensing cementitious composites for smart high-speed rail infrastructures. Nano Today, v. 43, 101438, 2022. DOI: 10.1016/j.nantod.2022.101438.
DONG, S.; ZHANG, W.; D’ALESSANDRO, A.; HAN, B.. Developing highly conductive asphalt concrete by incorporating stainless steel fibers/wires for smart pavement. Journal Of Materials Science, [S.L.], v. 58, n. 27, p. 11062-11084, 2023. DOI: 10.1007/s10853-023-08736-5.
DONG, W.; LI, W.; TAO, Z.; WANG, K. Piezoresistive properties of cement-based sensors: Review and perspective. Construction and Building Materials, v. 203, p. 146-163, 2019. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.01.081.
DOWNEY, A.; D’ALESSANDRO, A.; UBERTINI, F.; LAFLAMME, S. Automated crack detection in conductive smart-concrete structures using a resistor mesh model. Measurement Science and Technology, v. 29, n. 3, 035107, 2018. DOI: 10.1088/1361-6501/aa9fb8.
FRĄC, M., PICHÓR, W. Piezoresistive properties of cement composites with expanded graphite. Composites Communications, v. 19, p. 99–102, 2020. https://doi.org/10.1016/j.coco.2020.03.005.
HAGHGOO, M.; ANSARI, R.; HASSANZADEH-AGHDAM, M. K. Prediction of piezoresistive sensitivity and percolation probability of synergetic CNT-GNP conductive network composite. Sensors and Actuators A: Physical, v. 336, 113414, 2022. DOI: 10.1016/j.sna.2022.113414.
HAN, B.; ZHANG, K.; BURNHAM, T.; KWON, E.; YU, X. Integration and road tests of a self-sensing CNT concrete pavement system for traffic detection. Smart Materials and Structures. 22, 015020, 2013. DOI 10.1088/0964-1726/22/1/015020.
HAN, J.; PAN, J.; CAI, J.; LI, X. A review on carbon-based self-sensing cementitious composites. Construction and Building Materials, v. 265, 120764, 2020. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120764.
MARÇULA, S.C. (2024). Análise de Propriedades Elétricas e Mecânicas de Argamassa com Incorporação de Microfibra de Carbono. Dissertação (Mestrado). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Tecnologia. Limeira-SP.
MO, Y.L.; GAUTAM, A.; CHEN, Y.; CHEN, J.; JOSHI, B. Electrical impedance of carbon nanofiber aggregates. In: LIEW, M. S.; NGUYEN-TRI, P.; NGUYEN, T. A.; KAKOOEI, S. Micro and Nano Technologies, Smart Nanoconcretes and Cement-Based Materials. [S.l]: Elsevier, 2020. p. 333-349. DOI: 10.1016/B978-0-12-817854-6.00014-3.
OZAKI E SILVA, C.T. (2023). Comparação das propriedades mecânicas e condutividade elétrica de argamassas com adição de grafite em pó. Dissertação (Mestrado). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Tecnologia. Limeira-SP.
OZAKI E SILVA, C.T.; SILVA, J.B.L.P.; LINTZ, R.C.C.; GACHET, L.A. Mortars with addition of powdered graphite: Mechanical and electrical properties. Materials Today: Proceedings (2023). DOI: 10.1016/j.matpr.2023.03.489.
QIN, H.; DING, S.; ASHOUR, A.; ZHENG, Q.; HAN, B. Revolutionizing infrastructure: The evolving landscape of electricity-based multifunctional concrete from concept to practice. Progress in Materials Science. 145, 101310, 2024. DOI 10.1016/j.pmatsci.2024.101310.
SARWARY, M. H.; YILDIRIM, G.; AL-DAHAWI, A.; ANIL, Ö.; KHIAVI, KA.; TOKLU, K.; SAHMARAN, M. Self-Sensing of Flexural Damage in Large-Scale Steel-Reinforced Mortar Beams ACI Mater. J., v. 116, p. 209-221, 2019. DOI: 10.14359/51715581.
SEGURA, I.; FANECA, G.; TORRENTS, J. M.; AGUADO, A. Self-sensing concrete made from recycled carbon fibres. Smart Materials and Structures, v. 28, n. 10, 105045, 2019. DOI: 10.1088/1361-665x/ab3d59.
SCHOLLE, P.; SINAPIUS, M. A Review on the Usage of Continuous Carbon Fibers for Piezoresistive Self Strain Sensing Fiber Reinforced Plastics. J. Compos. Sci., v. 5, n. 4, 96, 2021. DOI: 10.3390/jcs5040096.
SILVA, J. B. L. P. (2024). Estudo do desempenho físico-mecânico, elétrico e piezorresistivo de compósito cimentício autossensível produzido com resíduo de lona de freio e fibra de carbono. Tese (Doutorado). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Tecnologia. Limeira-SP.
SILVA, J.B.L.P.; LINTZ, R.C.C. E; GACHET, L.A. Analysis of the electrical and mechanical properties of cement composite produced with brake lining waste. Advances in Science And Technology. 149, 21-29, 2024a. DOI:10.4028/p-dR94Iv.
SILVA, J. B. L. P.; LINTZ, R. C. C.; GACHET, L. A. Análise do efeito piezoresistivo em compósito cimentício autossensível sob diferentes disposições de carregamento uniaxial. In: Congresso Nacional Reabilitar & Betão Estrutural 2020, LNEC, Lisboa. p. 849-857, 2021. ISBN: 978-989-53078-1-4 https://reabilitarbe2020.pt/r&be2020_final.pdf.
SILVA, J.B.L.P.; OZAKI E SILVA, C.T.; MARÇULA, S.C.; ROS, P.S.; LINTZ, R.C.C. E; GACHET, L.A. Self-sensing cement composite based on the piezoresistive effect with brake lining waste. Construction and Building Materials, v. 456, p. 139273, 2024b. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.139273.
WANG, L.; ASLANI, F. A review on material design, performance, and practical application of electrically conductive cementitious composites. Construction and Building Materials, v. 229, 116892, 2019. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.116892.
WANG, L.; ASLANI, F. Mechanical properties, electrical resistivity and piezoresistivity of carbon fibre-based self-sensing cementitious composites. Ceramics International, v. 47, n. 6, p. 7864-7879, 2021a. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.11.133.
WANG, X.; DONG, S.; ASHOUR, A.; HAN, B. Energy-harvesting concrete for smart and sustainable infrastructures. Journal of Materials Science. 56:16243–16277, 2021. DOI 10.1007/s10853-021-06322-1.
YOO, D-Y.; YOU, I.; LEE, S-J. Electrical Properties of Cement-Based Composites with Carbon Nanotubes, Graphene, and Graphite Nanofibers. Sensors, v. 17, 1064, 2017. DOI: 10.3390/s17051064.
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2025 João Batista Lamari Palma e Silva, Camila Tiemi Ozaki e Silva, Stephanie Cucolo Marçula, Rosa Cristina Cecche Lintz, Luísa Andréia Gachet

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.