Que inovações concretas estão moldando o futuro?

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A substância sintética mais usada no planeta evoluiu ao longo de milênios, mas a próxima década de inovações será fundamental para que a indústria atinja suas ambiciosas metas de sustentabilidade, relata Mitchell Keller.

“Quando as pessoas perguntam o que eu faço... minha resposta é: 'Você viu Os Flintstones?'�, diz Joel Galassini, vice-presidente executivo da divisão de cimento comercial da Cemex, uma empresa de materiais de construção sediada no México.

Os Flintstones é um desenho animado americano da década de 1960, ambientado em uma Idade da Pedra romantizada.

Sua resposta jocosa sugere que o setor em que ele trabalha é antiquado.

“Eu me descrevo como um desenho animado da Idade da Pedra, mas temos muitas pessoas que são os Jetsons�, ele acrescenta.

Os Jetsons eram os personagens principais de outra comédia animada americana (chamada simplesmente de Os Jetsons) dos anos 60, que acompanhava uma família em um cenário idealizado do futuro.

Um setor em evolução

Logo atrás de Galassini, enquanto ele conta essa anedota, está o South Lot do Las Vegas Convention Center; lotado até as bordas com equipamentos de construção sofisticados, tecnologia e ciência de ponta em exposição no World of Concrete 2024.

Levou tempo, disse o vice-presidente da Cemex, mas ele acredita que a indústria do concreto está dando saltos e avanços em direção ao futuro.

“Estamos usando IA em muitas de nossas operações, estamos operando drones e estamos analisando veículos autônomos e todas essas coisas... Eu descrevo isso como os Flintstones, mas, na verdade, temos muitas coisas 'Jetsonianas' acontecendo�, disse ele.

Soluções de baixo carbono

Seja impulsionada por missões internas da empresa, regulamentação governamental ou estipulação contratual, a indústria de concreto precisou fazer enormes avanços, rapidamente, na criação de mais produtos a partir de materiais reciclados com menores pegadas de CO2.

Máquina de impressão 3D Uma máquina de impressão 3D RIC em exposição no World of Concrete em Las Vegas, EUA, 2024 (Imagem: Mitchell Keller)

Para atender à demanda do consumidor e cumprir com as estipulações ambientais, muitas empresas reconfiguraram seu processo de fabricação de cimento. O cimento é um ingrediente-chave no concreto, mas um dos maiores produtores de carbono do mundo.

Isso significou um maior envolvimento da comunidade científica, que globalmente encontrou soluções de baixo carbono para misturas de cimento, incluindo pesquisadores do Empa, os Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais.

“As principais inovações em produtos de cimento e concreto nos últimos anos foram motivadas pela necessidade de melhorar a sustentabilidade e reduzir as emissões�, confirmou o Dr. Mateusz Wyrzykowski, Líder do Grupo de Tecnologia de Concreto no Laboratório de Concreto e Asfalto da Empa.

Tudo, desde grafeno, cânhamo, café e uma série de novos sintéticos e aditivos especializados, tem feito seu caminho para concreto e cimento. Os resultados e a intenção variam, mas a experimentação é fundamental para descobrir produtos inovadores que podem ajudar a reduzir as emissões.

“Um progresso significativo foi feito graças à redução de desperdício e ao uso responsável de recursos�, acrescenta Wyrzykowski.

Um dos materiais mais intrigantes para cimento estudados pela Empa é o "biochar". É um material rico em carbono criado a partir da pirólise de biomassa; em outras palavras, é o bioproduto do aquecimento de materiais orgânicos na ausência de oxigênio.

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Em teoria, derivado de materiais orgânicos, o concreto feito com cimento biochar poderia remover carbono da atmosfera. Atualmente, o biochar tem sido usado com sucesso como uma forma de isolamento.

Alguns produtos já estão no mercado, mas a Empa sugere que uma versão mais forte e segura de um aditivo de biochar será disponibilizada com pesquisas adicionais.

Novo hotel de servidores de TI em Heidelberg, Alemanha Este novo hotel de servidores de TI em Heidelberg, Alemanha, é considerado o maior edifício impresso em 3D da Europa (Imagem: SSV Architekten)

“O biochar é muito poroso. Ele absorve muita água, mas também aditivos caros usados na produção de concreto�, explicou Wyrzykowski. “� difícil de manusear e também não é completamente inofensivo.�

Segundo a Empa, o pó fino do biochar é problemático para o trato respiratório humano e apresenta risco de explosão.

Dessa forma, a investigação continua para verificar se o material pode ser processado em pellets.

“Tais agregados leves já existem a partir de outros materiais, como argila expandida ou cinza volante�, disse Wyrzykowski, observando alguma precedência. “O know-how no manuseio desses materiais está disponível na indústria, e isso aumenta as chances de que o conceito seja colocado em prática.�

Reanalisando a produção de cimento

De volta à Cemex, Galassini disse que sua empresa produziu produtos com menos clínquer do que o cimento tradicional e produtos com cinzas volantes, os quais auxiliam na redução das emissões de carbono.

Mas reanalisar toda a produção de cimento, disse ele, é tão importante quanto ajustar sua composição química.

“Queimamos coisas diferentes em nossos fornos em vez de carvão�, ele diz. “Podemos queimar produtos de resíduos reciclados. Podemos queimar pneus, podemos queimar combustível residual, podemos queimar resíduos industriais e residenciais� Temos alguns que podemos pegar gado, carcaças de vacas e descartar tudo isso de forma responsável e usar para abastecer os fornos.�

O sistema, ele observa, não é totalmente isento de emissões, mas elas são bastante reduzidas e ajudam a facilitar ganhos maiores, incluindo economia de custos para as fontes de combustível reciclado.

Os usuários trabalham com uma placa eletrônica do misturador volumétrico Cemen Tech Os usuários trabalham com uma placa eletrônica do misturador volumétrico Cemen Tech, que aciona o veículo para misturar vários materiais para a produção de concreto no local (Imagem: Mitchell Keller)

“Nossa fábrica de cimento em Berlim consome 98% de produto reciclado�, diz Gassalini, observando que o país se afastou do descarte em aterros sanitários em meados dos anos 2000. “Pegamos todos esses resíduos, peletizamos e queimamos no forno. Então, em vez de colocá-los em um aterro sanitário e criar metano, que acredito ser 30 vezes mais potente que o CO2, podemos queimar esses resíduos, criar cimento e criar um produto.�

Essa maneira de pensar não é isolada; a maioria dos principais players globais adotou abordagens agressivas para reduzir a emissão de carbono e aumentar a circularidade.

O Heidelberg Materials Group da Alemanha lançou um conjunto de produtos de baixo carbono em 2023 e planeja abrir uma instalação de armazenamento de captura de carbono (CSS) em uma fábrica de cimento na Noruega até o final de 2024.

“Nosso projeto CSS na fábrica norueguesa de Brevik começou como uma ideia ambiciosa em meados dos anos 2000�, disse um porta-voz de Heidelberg.

“Os pensamentos iniciais amadureceram em um estudo de mesa. Em dezembro de 2020, o governo norueguês deu aprovação final e suporte para a construção da primeira instalação de captura de carbono em escala industrial do mundo em uma fábrica de cimento.�

Este projeto removeria carbono do local para um depósito submarino.

“Uma vez operacional, 400.000 toneladas de CO� por ano serão capturadas e transportadas por navio para um terminal terrestre na costa oeste norueguesa�, explicou Heidelberg. “De lá, o CO� liquefeito será transportado por gasoduto para o local de armazenamento sob o Mar do Norte, onde será armazenado permanentemente.�

Embora os métodos de captura e sequestro de carbono ainda sejam imperfeitos, Heidelberg observou que eles são apenas uma alavanca da inovação sustentável.

“Continuamos a descarbonizar nosso portfólio de produtos por meio de medidas convencionais de redução de carbono�, declarou a empresa. “Por anos, nossas equipes têm trabalhado para reduzir o conteúdo de clínquer em nossos produtos, mudando o portfólio de produtos e aumentando a participação de combustíveis alternativos.�

As máquinas auxiliam na inovação

Enquanto o concreto e o cimento passam por mudanças físicas, as máquinas que misturam e despejam a substância também precisam acompanhar o tempo.

Caminhões de mistura volumétricos ou móveis não são novidade, mas os avanços na tecnologia de computadores, armazenamento de materiais e catalogação de dados tornaram essas ferramentas, que já eram valiosas, imensamente valiosas na era moderna.

Uma página inicial do produto evoBuild Uma página inicial do produto evoBuild (Imagem: Heidelberg Materials Group)

A Cemen Tech se autodenomina a maior fabricante mundial de soluções de dosagem volumétrica e mistura contínua de concreto e está no ramo de mistura volumétrica desde o início.

Com todos os materiais de concreto necessários armazenados e misturados no caminhão e no local, os gerentes de projeto anunciam economia no transporte, mas a tecnologia sofisticada da unidade também garante que o desperdício seja limitado e que a produção de concreto atenda às expectativas do trabalho e do clima.

Zach McQuay, que dirige a McQuay Construction em Oklahoma, EUA, usa uma Cemen Tech C-Series e observa a ordem que uma máquina pode trazer para um trabalho.

“Você tem controle total sobre isso�, ele diz. “� uma planta de lote móvel, então não temos tempo de viagem. Conseguimos carregar todo o material no local e estamos correndo 440 jardas (402 m) por dia com apenas três caminhões.�

Em comparação com o uso de uma usina de concreto pré-misturado fora do local, McQuay estimou que um trabalho semelhante exigiria 20 ou mais caminhões, além do tempo de viagem e do carregamento e descarregamento.

Com um misturador volumétrico, McQuay diz: “Não estamos fazendo concreto até apertarmos ‘Iniciar�. Estamos obtendo concreto fresco sob demanda.�

Os testes de ar podem ser feitos no local, e o misturador pode criar pequenos lotes de cada vez, o que, segundo McQuay, reduz o desperdício.

“No mundo do concreto pré-misturado, se eles falharem no teste de ar, toda a carga é rejeitada�, ele explicou, observando que os misturadores volumétricos podem simplesmente fazer um novo lote (e fazer ajustes na mistura no meio). “No mundo volumétrico, se nós bagunçarmos o teste de ar, teremos menos da metade de um carrinho de mão para reciclar.�

Com areia, pedra, água, produtos químicos e sintéticos necessários para produzir concreto no caminhão, uma interface de computador permite que os usuários gerenciem a composição exata de sua mistura e a ajustem conforme necessário.

“Temos uma proporção água/cimento ao vivo. Temos uma taxa de dosagem ao vivo de nossos produtos químicos. Temos uma classificação ao vivo de nossa areia, rocha e água, então podemos ajustar qualquer um desses aspectos a qualquer momento durante o projeto�, acrescentou McQuay.

Uma impressora 3D do lado de fora do Centro de Convenções de Las Vegas Uma impressora 3D do lado de fora do Centro de Convenções de Las Vegas durante a exposição World of Concrete de 2024 (Imagem: Mitchell Keller)

Os dados de registro criam uma rede de informações confiáveis que os pavimentadores ou assentadores podem recuperar para trabalhos semelhantes ou em ambientes comparáveis.

Em outros lugares, avanços em IA, digitalização e impressão 3D e tecnologia de sensores auxiliaram muito os pavimentadores e outras máquinas focadas em concreto. Um pavimentador de concreto do Wirtgen Group, sediado na Alemanha, oferece um exemplo.

“Ao pavimentar concreto com pavimentadoras de concreto deslizante Wirtgen, várias funções automáticas podem ser usadas, como o sistema AutoPilot 2.0 ou o inseridor automatizado de barras de pinos�, disse a empresa. “O sistema de controle AutoPilot 3D desenvolvido pela Wirtgen é usado para controle preciso e sem fios de pavimentadoras de concreto deslizante ao criar todos os tipos de perfis de deslocamento e inserção.

“A criação de um modelo de dados geodésicos por um topógrafo não é mais necessária. A instalação e remoção de uma stringline, como é usual com um sistema de controle de máquina convencional, é obsoleta.

“A máquina se move ao longo de uma linha de corda virtual com orientação de posicionamento por satélite. Tanto o ajuste de altura quanto a direção da máquina são controlados automaticamente.�

Impressão 3D e concreto

Um dos avanços de automação mais tentadores e visualmente estimulantes em concreto é a impressão 3D.

Máquinas de impressão 3D de extrusão em camadas, que usam um bico controlado que espreme com precisão uma pasta cimentícia camada por camada, foram algumas das demonstrações mais populares no World of Concrete.

As pilhas de concreto 'semelhantes a pasta de dente' podem ser construídas tão altas quanto a impressora ou o ambiente permitirem, com algumas impressoras grandes o suficiente para imprimir edifícios inteiros.

Uma impressora 3D COBOD International, um produto com sede na Dinamarca, concluiu o que é dito ser o maior edifício impresso em 3D da Europa no ano passado em Heidelberg, Alemanha. O edifício tem 54 m de comprimento, 11 m de largura e 9 m de altura.

A impressora 3D COBOD BOD2 pode criar formas geométricas não quadradas, além de estruturas em caixa. A construção começou em meados de 2023 e levou aproximadamente 172 horas.

“Esperamos que as impressoras durem até cinco ou dez anos�, diz Philip Lund-Nielsen, cofundador da COBOD, observando que a longevidade das máquinas está aumentando. “� 90% aço galvanizado. A maioria dos problemas que nossos clientes têm no local é obter os materiais certos; uma vez que eles dominam isso, eles se tornam realmente eficientes.�

Juntando tudo

Assim como o concreto é um produto feito de elementos específicos trabalhando em conjunto, os líderes do setor precisarão continuar trabalhando de forma colaborativa para levar o produto adiante.

“� realmente trabalhar com proprietários, arquitetos, engenheiros, para garantir que estamos projetando um pedaço de edifício ou calçada ou pavimento adequadamente e não projetando demais�, diz Galassini. “Você olha para o concreto que é despejado na maioria das calçadas de uma cidade; é uma receita que é especificada pela cidade.

“Essa receita criará uma calçada que tem, digamos, 6.000 a 8.000 PSI de resistência, o que seria similar a uma pista de aeroporto. Então, posso pousar um 747 em uma calçada que precisa de apenas 2.500 PSI de resistência.�

Com todas essas informações e tecnologia disponível para lidar com esse exemplo de engenharia excessiva, Galassini acredita que é hora de encontrar soluções de longo prazo.

E aqueles que não se modernizarem e ajudarem a resolver o problema poderão ficar para trás.

“Eu acredito�, diz Galassini, “que as pessoas que continuam a inovar e a pressionar provavelmente serão vencedoras. Em algum momento, as pessoas que resistem à mudança, chegarão a um ponto crítico em que, de repente, não terão mais escolhas, ou talvez seja tarde demais.�

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