Ainda hoje, uma de suas estruturas – o Panteão, ainda intacto e com quase 2.000 anos de idade – detém o recorde de maior cúpula de concreto armado do mundo.

As propriedades desse concreto têm sido geralmente atribuídas aos seus ingredientes: pozolana, uma mistura de cinzas vulcânicas – batizada com o nome da cidade italiana de Pozzuoli, onde se encontra um depósito significativo dela – e cal. Quando misturados com água, os dois materiais podem reagir para produzir concreto forte.

Mas isso, como se vê, não é toda a história. Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) descobriu que não apenas os materiais são ligeiramente diferentes do que pensávamos, mas também as técnicas usadas para misturá-los.

As armas fumegantes eram pequenos pedaços brancos de cal que podem ser encontrados no que parece ser concreto bem misturado. A presença desses pedaços havia sido atribuída anteriormente à mistura ou materiais ruins, mas isso não fazia sentido para o cientista de materiais Admir Masic, do MIT.

“A ideia de que a presença desses clastos de cal era simplesmente atribuída ao baixo controle de qualidade sempre me incomodou”, disse Masic em um comunicado de janeiro de 2023.

“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 eles se esforçariam tão pouco para garantir a produção de um produto final bem misturado? Tem que ter mais desta história.”

Masic e a equipe, liderada pela engenheira civil do MIT Linda Seymour, estudaram cuidadosamente amostras de concreto romano de 2.000 anos do sítio arqueológico de Privernum, na Itália. Essas amostras foram submetidas a microscopia eletrônica de varredura de grande área e espectroscopia de raios-X de energia dispersiva, difração de raios-X de pó e imagem Raman confocal para obter uma melhor compreensão dos clastos de cal.

Uma das questões em mente era a natureza da cal utilizada. O entendimento padrão do concreto pozolânico é que ele usa cal hidratada. Primeiro, o calcário é aquecido a altas temperaturas para produzir um pó cáustico altamente reativo chamado cal virgem ou óxido de cálcio.

A mistura de cal virgem com água produz cal hidratada, ou hidróxido de cálcio: uma pasta ligeiramente menos reativa e menos cáustica. Segundo a teoria, era essa cal hidratada que os antigos romanos misturavam com a pozolana.

Com base na análise da equipe, os clastos de cal em suas amostras não são consistentes com este método. Em vez disso, o concreto romano provavelmente foi feito misturando a cal virgem diretamente com a pozolana e água em temperaturas extremamente altas, sozinha ou em adição à cal hidratada, um processo que a equipe chama de “mistura a quente” que resulta nos clastos de cal.

“Os benefícios da mistura a quente são duplos”, disse Masic.

“Primeiro, quando o concreto geral é aquecido a altas temperaturas, ele permite químicas que não seriam possíveis se você usasse apenas cal hidratada, produzindo compostos associados a alta temperatura que não se formariam. Segundo, essa temperatura aumentada reduz significativamente os tempos de cura e solidificação, uma vez que todas as reações são aceleradas, permitindo uma construção muito mais rápida.”

E tem outro benefício: os clastos de cal dão ao concreto uma notável capacidade de autocura.

Quando as fissuras se formam no concreto, elas se deslocam preferencialmente para os clastos de cal, que possuem uma área superficial maior do que outras partículas na matriz. Quando a água entra na rachadura, ela reage com a cal para formar uma solução rica em cálcio que seca e endurece como carbonato de cálcio, colando a rachadura novamente e impedindo que ela se espalhe ainda mais.

Isso foi observado em concreto de outro local de 2.000 anos, o Túmulo de Caecilia Metella, onde rachaduras no concreto foram preenchidas com calcita. Também poderia explicar por que o concreto romano de paredões construídos há 2.000 anos sobreviveu intacto por milênios, apesar do constante golpe do oceano.

Assim, a equipe testou suas descobertas fazendo concreto pozolânico a partir de receitas antigas e modernas usando cal virgem. Eles também fizeram um concreto de controle sem cal virgem e realizaram testes de fissuras. Com certeza, o concreto de cal virgem rachado foi totalmente curado em duas semanas, mas o concreto de controle permaneceu rachado.

A equipe agora está trabalhando na comercialização de seu concreto como uma alternativa mais ecológica aos concretos atuais.

“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.

A pesquisa foi publicada na Science Advances.

Por Michelle Starr
Publicado no ScienceAlert