Impressão 3D de componentes construtivos álcali-ativados
reforçados com fibras e inspiração biomimética
álcali-ativação; geopolímeros; manufatura aditiva; fibras de vidro;
reforço de compósitos; tenacidade; biomimética; sustentabilidade; escórias.
A pesquisa foi conduzida com foco na busca por soluções sustentáveis para
substituir o uso do cimento Portland, que é um grande emissor de CO₂, abordando o
desenvolvimento de materiais alternativos baseados em ligantes álcali-ativados, utilizando resíduos industriais. A pesquisa propõe a utilização de escórias do
processo siderúrgico e metacaulim como precursores, além de explorar o reforço
com fibras curtas de vidro para aumentar a tenacidade e a resistência dos
compósitos. O estudo também investiga o uso de geometrias biomiméticas na
impressão 3D para melhorar o desempenho mecânico, com inspiração em estruturas
naturais como uma colmeia e a vitória-régia. Os resultados demonstram que a
combinação de impressão 3D com ligantes álcali-ativados reforçados com fibras
pode proporcionar compósitos mais sustentáveis e de melhor desempenho em
comparação com os métodos tradicionais de construção. O metacaulim apresentou
os melhores resultados de resistência à compressão e, enquanto as misturas com
escória de aciaria apresentaram resistências menores, as misturas com escória de
alto forno também mostraram boa resistência, no entanto ambas as escórias não
apresentaram trabalhabilidade indicada para impressão 3D. Dessa forma, a mistura
ideal foi desenvolvida utilizando apenas metacaulim como precursor, adicionando
5% de bentonita como agente modificador de reologia para melhorar a
extrudabilidade da massa, facilitando o processo de impressão 3D. Foram
comparados dois tipos de corpos de prova com teores de 0, 1,5 e 2% de fibras
curtas de vidro álcali-resistentes, moldados ou impressos. Corpos de prova, moldados ou impressos, apresentaram ruptura frágil, sem capacidade de suporte de
carga após o pico de resistência, enquanto a adição de fibras melhorou a
capacidade de absorção de energia e resistência pós-fissuração até deflexões
maiores. Os padrões impressos apresentaram ainda uma melhor distribuição dos
esforços, conferindo maior resistência e tenacidade. Esses resultados indicam o
potencial das técnicas de impressão 3D com compósitos álcali-ativados para a
construção de estruturas mais sustentáveis e com desempenho mecânico
aprimorado. Ao final da tese é proposta e realizada a impressão 3D de uma placa
inspirada na Vitória-Régia, indicando a possibilidade de desenvolvimento futuro de
outras inspirações biomiméticas.