COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS COM PROPRIEDADES ELÉTRICAS (CCPE) APLICADOS À INFRAESTRUTURA URBANA: UMA BREVE REVISÃO

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.14244/engurbdebate.v6i1.151

Palabras clave:

materiais da construção civil, impedância, condutividade, propriedades multifuncionais

Resumen

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.

Biografía del autor/a

João Batista Lamari Palma e Silva, Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)

Doutorado em Tecnologia na área de Ciência dos Materiais, pela UNICAMP. Mestrado em Sistemas de Infraestrutura Urbana, pela PUCCAMP. Especialização (lato sensu) MBA em Gestão de Projetos PMI. Especialização (lato sensu) em Administração Pública e Gestão de Cidades. Graduação em Engenheira Civil. Graduação em Tecnologia em Construção Civil. Técnico em Edificações. Atualmente é Engenheiro Civil na empresa Sondotécnica Engenharia, Professor Universitário na Faculdade Anhanguera de Campinas e Pesquisador Colaborador na UNICAMP.

Camila Tiemi Ozaki e Silva, Universidade Estadual de Campinas

Bacharelou-se em Ciência e Tecnologia pela Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), Campus São José dos Campos, em 2015, onde colaborou com projetos de iniciação científica na área de polímeros. Graduou-se em Engenharia de Materiais pela mesma universidade em 2019 e estagiou no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) em Campinas, SP, no Laboratório Nacional de Luz Síncroton (LNLS) na área de catálise (2019). Foi Agente Local de Inovação (ALI) no Projeto ALI do Sebrae (2021). É Mestra em Tecnologia pela Faculdade de Tecnologia da Unicamp (FT-Unicamp) em Limeira, SP, na área de Ciência dos Materiais, orientada pela Profa. Dra. Luísa Andreia Gachet (2023). É Doutoranda em Tecnologia pela mesma instituição e orientação (atual). Também é atuante na área da música como flautista da Orquestra de Flautas da Unicamp (OFU) na cidade de Campinas, SP (atual) e flautista da Camerata Carlos Gomes (atual). 

Stephanie Cucolo Marçula, Universidade Estadual de Campinas

Engenheira Civil formada pela Faculdade Metropolitana de Campinas em 2019. Obteve o título de Mestra em Tecnologia na aréa de Ciência dos Materiais pela Faculdade de Tecnologia - FT UNICAMP, onde atualmente cursa o doutorado na mesma área. Paralelamente, cursa Gestão da Tecnologia da Informação na FATEC Campinas.

Rosa Cristina Cecche Lintz, Universidade Estadual de Campinas

Possui graduação em Engenharia Civil pela PUC-Campinas (1994), mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais pela USP (1997) e doutorado em Engenharia Mecânica pela UNICAMP (2003). Atualmente é Professor Associado II (Livre-docente, Nível MS-5.2) na FT - Faculdade de Tecnologia da UNICAMP, Campus Limeira-SP, atuando nos Cursos de Engenharia de Transportes, Ambiental e Tecnologia. Bolsista Produtividade do CNPq, desde 2018, e líder do grupo de pesquisa: Sustentabilidade na Construção Civil. Coordena Projetos de Pesquisa fomentados pelo CNPq, Faepex/Funcamp/UNICAMP e Fapesp. Participa do Programa de Pós-Graduação como professor permanente. Atuou como Coordenadora Associada do Curso de Construção de Edifícios durante 3 anos e como Coordenadora durante 5 anos. Em sua carreira profissional tem participado de comissões de estudo da Associação Brasileira de Normas Técnicas. Recebeu homenagem por serviços relevantes prestados à nação pelo CREA-SP. Em 2020, foi laureada com o Prêmio de Reconhecimento Acadêmico Zeferino Vaz, que se trata de reconhecimento feito pela UNICAMP a aqueles que tenham se destacado em suas funções de Ensino, Pesquisa e Extensão. E, neste mesmo ano, também recebeu o Prêmio de Reconhecimento Docente pela Dedicação ao Ensino de Graduação na UNICAMP. Tem atuado nas áreas de materiais de construção, reaproveitamento de resíduos em elementos de alvenaria, dosagem de argamassas e concretos, concretos especiais.

Luísa Andréia Gachet, Universidade Estadual de Campinas

Atualmente é Professor Associado (Livre-docente, Nível MS-5.2) na FT - Faculdade de Tecnologia da UNICAMP, Campus Limeira, SP atuando nos Cursos de Engenharia de Transportes, Ambiental e Tecnologia. Engenheira Civil, Mestre e Doutora em Engenharia Civil, área de concentração Estruturas, pela FEC-UNICAMP e POLI/USP, respectivamente. Desde 2018 Bolsista produtividade 2 do CNPq. Coordena e coordenou Projetos de Pesquisa fomentados pelo CNPq, Faepex/Funcamp/Unicamp e Fapesp. Participa do Programa de Pós-Graduação como professor permanente, cadastrada na área de ?Ciências dos Materiais?, na linha ?Desenvolvimento, Utilização e Caracterização? Atua no grupo de pesquisa "Sustentabilidade na Construção Civil", especificamente em dosagem de concretos e argamassas produzidos tanto com materiais tradicionais como alternativos, principalmente com massa específica leve como argila expandida, vermiculita, poliestireno expandido, bem como, na aplicação de resíduos como matérias-primas e uso de aditivos para o aumento da eco-eficiência desses compósitos e na caracterização mecânica e microestrutural, com diferentes densidades e composições focando nos requisitos de desempenho termo-acústico conforme ABNT NBR 15575:2013. Contribui em revisões para renomadas revistas científicas internacionais e nacionais. Atuou durante 5 anos como Coordenador de Curso de Graduação de Tecnologia da Construção Civil e 1 ano como Coordenadora do PROFIS, ligado a Pró Reitoria de Graduação. Foi diretora da Faculdade de Tecnologia - UNICAMP (2015 - 2019). Desde 2021 está como Assessor Docente de Gabinete da Reitoria da Unicamp. Em 2011 orientou um trabalho de Iniciação Científica que foi selecionado em um Concurso Internacional de pôsteres, promovido pela King Abdullah University of Science and Technology (Kaust) para participar do evento científico Winter Enrichment Program (Programa de Enriquecimento de Inverno, em tradução livre), na Arábia Saudita, ficando entre os 50 trabalhos selecionados internacionalmente. Em 2013, foi laureada com o Prêmio de Reconhecimento Docente pela dedicação ao Ensino de Graduação na Unicamp, bem como, em 2018 o trabalho de Iniciação Científica de sua orientada foi indicado para concorrer ao 15º Prêmio Destaque na Iniciação Científica e Tecnológica. Em dezembro de 2019, foi laureada com o Prêmio de Reconhecimento ?Zeferino Vaz?, que se trata de reconhecimento feito pela UNICAMP a aqueles que tenham se destacado em suas funções de Ensino, Pesquisa e Extensão.

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.

Publicado

2025-03-10

Cómo citar

Lamari Palma e Silva, J. B., Ozaki e Silva, C. T., Cucolo Marçula, S., Cecche Lintz, R. C., & Gachet, L. A. (2025). COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS COM PROPRIEDADES ELÉTRICAS (CCPE) APLICADOS À INFRAESTRUTURA URBANA: UMA BREVE REVISÃO. Engenharia Urbana Em Debate, 6(1), 36–58. https://doi.org/10.14244/engurbdebate.v6i1.151

Número

Sección

Transportes

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