Síntese e caracterização de compósitos de cimento Portland modificados com PZT.

Abstract

Atualmente existe em todo o mundo uma constante preocupação com relação à segurança das estruturas de concreto, mais precisamente a pontes. Isso porque são estruturas constituídas, em parte ou em sua totalidade, de concreto armado, que possui uma vida útil de aproximadamente 30 anos, preocupando-nos assim o fato de que essas estruturas possam estar entrando em colapso. Sendo assim nota-se um constante crescimento nos estudos relacionados ao desenvolvimento de estruturas inteligentes na Engenharia Civil, que consiste em um tema atual e de extrema relevância, que viabiliza o controle de tráfego, de forma a minimizar os esforços mecânicos aos quais as estruturas armadas de concreto estão sujeitas. Pretende-se com este trabalho, desenvolver, sintetizar e caracterizar compósitos de PZT/cimento Portland, em diferentes concentrações, dando início, dessa forma, a um estudo de viabilidade de utilização desses compósitos como sensores piezoelétricos, que poderão ser avaliados quanto a sua utilização principalmente em pontes, bem como em outros tipos de estruturas de concreto (edifícios, estádios e ginásios). Para a produção do PZT, Titanato Zirconato de Chumbo [Pb (ZrxTi1-x) O₃], optou-se neste trabalho pelo método de mistura de óxidos, sendo a razão molar Zircônio/Titânio igual a 48/52, Pb (Zr₀,₄₈ Ti₀,₅₂)O₃. A mistura dos óxidos foi conduzida em almofariz de Ágata e calcinada a 700°C, produzindo assim o PZT final utilizado no projeto. O cimento utilizado foi o CP-V, produzido pela empresa Lafarge Brasil, que se difere dos demais por possuir uma alta resistência inicial, além do processo de endurecimento ocorrer de modo muito mais rápido que os cimentos de classe 32. Foi desenvolvido um compósito formulado e preparado basicamente nas mesmas condições que o concreto. A mistura do cimento com o PZT foi conduzida em almofariz cerâmico, fazendo agregação com diferentes concentrações de água para as diferentes concentrações PZT/cimento Portland. O PZT foi analisado através de Difração de Raios-X para avaliar a formação das fases cristalinas e verificar possíveis alterações estruturais em função da mistura de fases distintas. A homogeneidade, morfologia e textura das partículas foram avaliadas por Microscopia Óptica e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) a fim de verificar o comportamento e disposição de aglomerados de PZT nas amostras, em relação às diferentes concentrações propostas no trabalho, bem como fissuras ou trincas que pudessem comprometer a resistência mecânica do compósito preparado. Ensaios de Resistência à Compressão e de Dureza Rockwell foram propostos para verificar se a adição de PZT ao cimento poderia influenciar na resistência da amostra, já que em aplicações nas quais requerem grande volume de compósito, o esperado é a rigidez da estrutura de concreto não seja afetada. Por fim foram obtidos o Coeficiente Piezoelétrico e a Curva de Histerese nas diferentes concentrações de PZT, bem como realizada Espectroscopia de Impedância, caracterizando os compósitos quanto a suas propriedades dielétricas (ε´ e ε´´) e quanto à resposta piezoelétrica (d₃₃). Sendo assim, verificou-se principalmente que o processo de incorporação do PZT não alterou significativamente a cura do cimento e que apesar de um aumento do coeficiente dielétrico com o aumento da concentração de PZT os compósitos produzidos no projeto não possuíam piezoeletricidade adequada para serem utilizados como sensores piezoelétricos (devido ao baixo valor do parâmetro piezoelétrico d₃₃ obtido). Apesar disso, evidenciou-se ser possível obter alguma piezoeletricidade com este compósito. Sendo assim, alterando-se a metodologia utilizada no projeto espera-se que o desempenho piezoelétrico do material possa ser melhorado consideravelmente.