O segredo para criar um concreto que dura milênios pode estar em uma técnica de produção antiga e surpreendente.

Os antigos romanos eram engenheiros habilidosos; eles construíram extensas redes de estradas, aquedutos, portos e enormes edifícios, cujos vestígios ainda podem ser vistos hoje. Numerosos desses edifícios são feitos de concreto, incluindo o renomado Panteão de Roma, inaugurado em 128 DC e ostenta a maior cúpula de concreto não reforçado do mundo. Além disso, alguns antigos aquedutos romanos ainda fornecem água para Roma. nenhum real

Em contraste, muitas construções contemporâneas de concreto se desintegrarão em questão de décadas.

As descobertas são detalhadas em uma publicação do professor de engenharia civil e ambiental do MIT, Admir Masic, da ex-aluna a PhD Linda Seymour e de quatro outros autores na revista Advances in Science.

Por muitos anos, os cientistas acreditaram que o material pozolânico, como as cinzas vulcânicas da área de Pozzuoli, na baía de Nápoles, era o segredo da longevidade do concreto antigo. Arquitetos e historiadores da época consideravam esse tipo específico de cinza como um componente crucial do concreto e observaram que ele foi movido por todo o enorme império romano para uso na construção.

As características microscópicas, inconfundíveis, minerais brancos brilhantes em escala milimétrica que há muito são conhecidas por serem um elemento comum dos concretos romanos também podem ser vistas nesses espécimes antigos sob um microscópio. Esses pedaços brancos, às vezes conhecidos como “clastos de cal”, são feitos de cal, outro ingrediente importante na antiga mistura de concreto.

“Desde que comecei a trabalhar com concreto romano antigo, sempre fui fascinado por essas características”, disse Masic. “Eles não são encontrados em formulações de concreto modernas, então por que estão presentes nesses materiais antigos?”

Um segredo escondido na mistura

O estudo atual afirma que esses pedaços minúsculos de cal forneceram ao concreto uma capacidade até então desconhecida de autocura, que antes era desconsiderada como apenas evidência de procedimentos de mistura descuidados ou matérias-primas de baixa qualidade.

“Sempre me ressenti com a ideia de que a presença desses clastos de cal era simplesmente atribuída ao controle de qualidade deficiente”, admitiu Masic. “Se os romanos se esforçaram tanto para fazer um excelente material de construção, seguindo todas as receitas detalhadas que foram otimizadas ao longo de muitos séculos, por que se esforçaram tão pouco para garantir a produção de um produto final bem misturado? Tem que ter mais desta história.”

Os pesquisadores descobriram informações adicionais sobre a potencial utilidade desses clastos de cal depois de analisá-los usando imagens multiescala de alta resolução e ferramentas de mapeamento químico desenvolvidas no laboratório de pesquisa da Masic.

Antigamente, acreditava-se que a cal era primeiro misturada com água para criar uma substância pastosa altamente reativa antes de ser adicionada ao concreto romano, um processo conhecido como hidratação. Mas, por si só, este procedimento não foi capaz de explicar a existência de clastos de cal. Masic questionou: “Os romanos poderiam ter usado cal diretamente em sua forma mais reativa, conhecida como cal virgem?”

Ele e sua equipe identificaram as inclusões brancas como diferentes tipos de carbonato de cálcio examinando amostras desse concreto antigo. A reação exotérmica induzida pelo uso de cal virgem em vez de, ou em adição à cal apagada na mistura, revelou por meio de estudo espectroscópico que eles se formaram em temperaturas extremamente altas.

A equipe chegou à conclusão de que a mistura quente era realmente o que a tornava tão incrivelmente resistente.

“Os benefícios da mistura a quente são duplos”, explicou Masic. “Primeiro, quando o concreto é normalmente aquecido a altas temperaturas, ele permite processos químicos que não são possíveis se apenas cal apagada for usada, produzindo compostos associados a altas temperaturas que de outra forma não se formariam. Em segundo lugar, esse aumento de temperatura reduz significativamente os tempos de cura e presa, pois todas as reações são aceleradas, permitindo uma construção muito mais rápida”.

Os clastos de cal passam por um desenvolvimento arquitetônico de nanopartículas notavelmente quebradiço durante o processo de mistura a quente, resultando em uma fonte de cálcio prontamente quebrada e reativa que, como a equipe hipotetizou, poderia fornecer atividade essencial de autocura.

Pequenas fissuras no concreto podem se mover preferencialmente através dos enormes clastos de calcário na superfície à medida que eles começam a se formar. Essa substância pode então interagir com a água para produzir uma solução saturada de cálcio, que pode preencher rapidamente a rachadura com carbonato de cálcio ou interagir com substâncias pozolânicas para reforçar o compósito. Essas reações espontâneas, portanto, fecham automaticamente as lacunas antes que elas se espalhem.

Esta teoria já recebeu apoio de outras amostras de concreto romano que incluíam fissuras preenchidas com calcita.

Os pesquisadores criaram amostras de concreto misturado a quente usando formulações tradicionais e contemporâneas, rachando-as propositalmente e, em seguida, passando água pelas rachaduras para mostrar que esse era, de fato, o mecanismo responsável pela longevidade do concreto romano. De fato, a água parou de fluir depois de duas semanas e as fissuras foram totalmente curadas. Um pedaço semelhante de concreto sem cal virgem nunca endureceu e a água continuou vazando pela amostra.

O grupo está tentando comercializar esse material cimentício melhorado como resultado desses estudos frutíferos.

“É emocionante pensar em como essas formulações de concreto mais duráveis ​​podem expandir não apenas a vida útil desses materiais, mas também como podem melhorar a durabilidade das formulações de concreto impressas em 3D”, disse Masic.

Ele espera que essas iniciativas possam diminuir o impacto ambiental da produção de cimento, que atualmente responde por cerca de 8% das emissões globais de gases de efeito estufa, por meio do aumento da vida útil e do desenvolvimento de formas de concreto mais leves. fogão de impacto Esses avanços podem ajudar a diminuir o impacto global do concreto no clima quando combinado com outras novas formulações, como concreto que pode realmente absorver dióxido de carbono da atmosfera, um foco de pesquisa atual do laboratório Masic.

Este artigo foi originalmente publicado por Mystery Planet. Leia o artigo original aqui.