Projetos Científicos

O cimento Portland (PC) é, atualmente, um material de construção massivo, e não se espera uma alternativa que satisfaça as necessidades legítimas das sociedades em termos de infraestruturas, habitação e melhoria do nível de vida, pelo menos para a geração seguinte. A civilização depende deste ligante inorgânico, cujas matérias-primas básicas, argila e calcário essencialmente, se encontram amplamente disponíveis a nível mundial e o tornam pouco dispendioso. Além disso, endurece na maioria dos ambientes habitáveis, bem como debaixo de água, podendo ser utilizado numa vasta gama de obras de construção e engenharia Civil. Todavia, o crescente consumo de PC acarreta custos ambientais elevados. Isto deve-se ao facto de a produção de cimento ser responsável pela utilização de 7 mil milhões de toneladas/ano (das quais 13 milhões de toneladas em Portugal) de recursos naturais não renováveis, 2% do consumo global de energia primária e 5% do consumo global de energia industrial. No entanto, o Roteiro para a Neutralidade Carbónica na Indústria do Cimento prevê um crescimento na procura de cimento entre 12%-23% até 2050 [10] e a OCDE admite que a demanda poderá duplicar até 2060 [11]. Assim, os materiais cimentícios são essenciais para alcançar os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas, uma vez que têm efeitos sociais, económicos e ambientais. As tecnologias de construção inovadoras e o desenvolvimento de materiais mais ecológicos são considerados métodos eficazes para reduzir o consumo de energia e as emissões de carbono associadas à construção e património edificado. A introdução de processos digitais de fabrico para a construção, nomeadamente a impressão 3D de materiais cimentícios (3DPC), geralmente argamassas, demonstrou que um processo digital/automatizado pode proporcionar benefícios substanciais, nomeadamente a liberdade arquitetónica sem necessidade de cofragens, o aumento da produtividade, a redução de custos, e locais de trabalho mais seguros bem como benefícios ambientais associados à poupança de materiais e redução da produção de resíduos [21]. No entanto, a tecnologia de impressão 3D impõe novos requisitos ao nível material. O 3DCP exige uma consistência que permita a bombagem desde a produção até à cabeça de impressão. Simultaneamente, os materiais imprimíveis devem revelar capacidade de construção para manter a forma impressa em camadas e sem colapso. Para assegurar tal comportamento, a conceção da mistura 3DCP necessita de mais materiais finos (cimento+adições) e adjuvantes (superplastificante, VMA, HEMC), o que aumenta as emissões de CO2 e o consumo de energia relativamente ao betão moldado tradicional. Assim, do ponto de vista da ciência dos materiais (e não só), o 3DPC enfrenta desafios significativos. É necessário alcançar propriedades de impressão, mantendo ao mesmo tempo misturas cimentícias robustas, sustentáveis e circulares. O principal objetivo do DigiCrete é desenvolver materiais cimentícios mais verdes que satisfaçam os requisitos de impressão. A sustentabilidade é perseguida através da substituição parcial significativa de PC por resíduos locais sem valor acrescentado, nomeadamente pó de vidro, pó de mármore e pó de quartzo, que já mostram resultados promissores em investigações anteriores [13], [14], [15], [16], [17]. Inicialmente, serão desenvolvidas de misturas ternárias ao nível da pasta e adequadas para a impressão 3D. Para esse efeito seguir-se-á uma abordagem com recurso a planos fatoriais (DOE) [1], [18], [19]. O DOE permitirá descrever as propriedades de resposta da pasta (trabalhabilidade, reologia, parâmetros da hidratação, propriedades viscoelásticas e mecânicas) em função de parâmetros de mistura (input), através da combinação de métodos estatísticos, análise de regressão e técnicas de otimização, e alcançar os multi-requisitos para impressão. Após alcançar a melhor combinação de materiais cimentícios, água e adjuvantes, seguir-se-á um estudo ao nível da argamassa utilizando também o DOE. A previsão do comportamento ao nível da argamassa com base nas propriedades da pasta simplificará significativamente o design de composições 3DPC. Isto terá um papel fundamental na avaliação da janela de impressão e estabelecimento de critérios de impressão que podem ser utilizados como medida de controlo de qualidade. Todavia, são as propriedades do produto final e a conformidade que conferem valor ao componente fabricado. Assim, projetistas terão de compreender como conceber estruturas fabricadas por impressão, levando a novas bases de projeto e dimensionamento e novos métodos de ensaio. Utilizando misturas ótimas, serão produzidos provetes por impressão 3D bem e pelo método tradicional. Seguir-se-á a caracterização das propriedades mecânicas de provetes impressos, verificando a ligação entre camadas (à meso-escala), e caracterizando o comportamento ortotrópico dos mesmos, bem como a comparação com provetes moldados das mesmas misturas.

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