Avaliação da durabilidade e das propriedades de blindagem de concreto de alta resistência incorporando materiais locais e aditivos à base de carbono

Concreto que Faz Mais do que Apenas Sustentar Edifícios

De arranha‑céus repletos de eletrônicos a pontes equipadas com sensores, as estruturas modernas precisam de materiais que sejam não apenas fortes, mas também inteligentes. Este estudo explora um novo tipo de concreto capaz de suportar grandes cargas e, ao mesmo tempo, ajudar a blindar equipamentos sensíveis contra ondas eletromagnéticas indesejadas — o mesmo tipo de energia usado em Wi‑Fi, radar e telefones móveis. Ao ajustar cuidadosamente areias locais e adicionar pequenas partículas de aço e carbono, os pesquisadores buscaram criar um concreto resistente, durável e capaz de atenuar sinais indesejados — sem depender de insumos importados caros.

Por que um Concreto Forte e “Inteligente” Importa

O concreto tradicional de alta resistência permite que engenheiros construam torres mais altas e esbeltas e pontes mais longas ao concentrar maior capacidade de carga em colunas e lajes menores. Separadamente, o “concreto condutor”, que transporta corrente elétrica graças a aditivos metálicos ou à base de carbono, tem atraído interesse para usos como pavimentos autoaquecidos, sensoriamento integrado de deformações e blindagem eletromagnética. Mas combinar essas duas habilidades em uma única mistura é desafiador: ingredientes que melhoram a condutividade elétrica podem também enfraquecer o material ou torná‑lo mais suscetível a fissuras ao longo do tempo. O objetivo desta pesquisa foi fechar essa lacuna e desenvolver um concreto condutor de alta resistência que atenda às exigências estruturais, adicionando comportamento elétrico útil.

Modelando a Mistura Certa com Areias Locais

A equipe começou projetando várias misturas de concreto de alta resistência usando apenas materiais finos — cimento, subprodutos industriais e dois tipos de areia — excluindo brita grossa. Variaram a quantidade de “areia de dunas”, uma areia local muito fina, para avaliar seu efeito na resistência. Comparando a distribuição granulométrica de cada mistura com modelos matemáticos de empacotamento, constataram que uma receita com uma porção relativamente baixa de areia de duna formou a estrutura interna mais densa. Essa mistura, chamada LDUNE no estudo, alcançou resistências à compressão em torno de 100 megapascais (aproximadamente três vezes a de concretos estruturais comuns) e também apresentou a maior resistência à flexão. Em termos simples, uma quantidade moderada de areia do deserto ajudou a preencher vazios, mas excessos criaram lacunas adicionais e enfraqueceram o concreto.

Fibras de Aço Ajudam, Pós de Carbono Prejudicam a Estrutura

Uma vez identificada a melhor mistura base, os pesquisadores a transformaram em três variantes: a LDUNE original, uma versão com fibras de aço adicionadas e uma terceira que combinou fibras de aço com pós finos de carbono. As finas fibras de aço agiram como pequenas barras de reforço distribuídas pelo material. Elas aumentaram ligeiramente a já elevada resistência à compressão, elevaram a resistência à flexão em cerca de um quinto e tornaram o concreto mais rígido. Igualmente importante, reduziram a retração e a fluência de longo prazo — o enrijecimento e o afundamento lentos que podem levar a fissuras — em aproximadamente um quarto e um décimo, respectivamente. Em contraste, quando os pós de carbono foram adicionados junto com as fibras, a resistência geral caiu, e tanto a retração quanto a fluência aumentaram. As partículas muito finas de carbono exigiram mais água de amassamento e não se ligaram bem com a pasta circundante, criando pontos fracos que comprometeram os benefícios mecânicos das fibras.

Como o Novo Concreto Lida com Ondas Eletromagnéticas

Os testes elétricos focaram em quão bem as misturas conduziam corrente e bloqueavam sinais em radiofrequência. O concreto com fibras de aço apresentou resistividade elétrica significativamente menor que a mistura de alta resistência sem aditivos, formando caminhos internos que interagem com ondas que passam. Quando sinais de rádio na faixa de gigahertz foram aplicados a painéis finos, as lajes com fibras de aço reduziram a potência transmitida muito mais do que o concreto comum, aproximando‑se do desempenho de alguns materiais de blindagem existentes. Surpreendentemente, a adição de pó de carbono sobre as fibras de aço não proporcionou um benefício extra significativo: seus painéis atenuaram sinais em grau semelhante aos das amostras apenas com aço. Ao longo de dois anos, todas as misturas perderam parte do poder de blindagem à medida que o concreto continuou a curar e sua umidade interna mudou, mas painéis com geometria ondulada mantiveram desempenho de longo prazo melhor do que os planos.

O Que Isso Significa para Edifícios e Infraestrutura Futuras

Em termos práticos, o estudo mostra que é possível produzir um concreto que é tanto muito resistente quanto razoavelmente eficaz em suavizar ondas eletromagnéticas indesejadas, simplesmente otimizando areias locais e adicionando a quantidade certa de fibras de aço. Esse concreto “dupla função” suporta bem cargas, resiste a fissuração em longo prazo e pode ajudar a proteger equipamentos e ambientes contra ruído eletrônico, sem recorrer a revestimentos metálicos ou sistemas de parede especializados. Tentativas de aprimorar ainda mais a blindagem adicionando pós de carbono, entretanto, envolveram trade‑offs: tornaram o material mais fraco e mais propenso a deformação de longo prazo, oferecendo pouco ganho na capacidade de bloquear sinais. Para projetistas de edifícios altos, infraestruturas inteligentes e instalações repletas de eletrônicos, o concreto de alta resistência com fibras de aço fabricado a partir de materiais locais surge deste trabalho como uma opção prática e multifuncional.

Citação: Othman, O., Yehia, S., Qaddoumi, N. et al. Evaluation of the durability and shielding properties of high-strength concrete incorporating locally available materials and carbon additives. Sci Rep 16, 10167 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37449-3

Palavras-chave: concreto de alta resistência, concreto condutor, armadura com fibras de aço, blindagem eletromagnética, retração e fluência