Finalmente descobrimos porque o concreto romano antigo resistiu ao teste do tempo
Os antigos romanos eram mestres construtores e engenheiros, sendo mais famosos pelos ainda funcionais aquedutos. E essas maravilhas arquitetônicas contavam com um material de construção único: o concreto pozolânico, um material espetacularmente durável que conferia incrível resistência às estruturas romanas.
Até hoje, uma das suas estruturas – o Panteão, ainda intacto e com quase 2.000 anos de idade – detém o recorde do maior domo de concreto não armado do mundo.
As propriedades desse concreto têm sido geralmente atribuídas aos seus ingredientes: a pozolana, uma mistura de cinzas vulcânicas – nomeada após a cidade italiana de Pozzuoli, onde um importante depósito dessa substância pode ser encontrado – e a cal. Quando misturados com água, esses dois materiais reagem e produzem concreto resistente.
No entanto, descobriu-se que essa 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 um pouco diferentes do que se pensava, mas as técnicas de mistura também eram diferentes.
Os indícios dessa descoberta eram pequenos pedaços brancos de cal encontrados em um concreto aparentemente bem misturado. A presença desses pedaços anteriormente era atribuída a uma má mistura ou a materiais de baixa qualidade, mas isso não fazia sentido para o cientista de materiais Admir Masic do MIT.
“A ideia de que a presença desses pedaços de cal era simplesmente atribuída a um controle de qualidade ruim sempre me incomodou”, disse Masic em um comunicado de janeiro de 2023.
“Se os romanos dedicaram tanto esforço para criar um material de construção excepcional, seguindo todas as receitas detalhadas que foram otimizadas ao longo de muitos séculos, por que eles colocariam tão pouco esforço em garantir a produção de um produto final bem misturado? Deve haver mais nessa história”.
Masic e a equipe, liderada pela engenheira civil Linda Seymour do MIT, estudaram cuidadosamente amostras de concreto romano com cerca de 2.000 anos de idade, provenientes do sítio arqueológico de Privernum, na Itália. Essas amostras foram submetidas a microscopia eletrônica de varredura de grande área, espectroscopia de raios X por dispersão de energia, difração de raios X em pó e imagem confocal Raman para obter uma melhor compreensão dos pedaços de cal.
Uma das questões em mente era a natureza da cal utilizada. A compreensão convencional do concreto pozolânico é que ele utiliza cal apagada. Primeiro, a pedra calcária é aquecida em altas temperaturas para produzir um pó cáustico altamente reativo chamado cal viva, ou óxido de cálcio.
A mistura da cal viva com água produz cal apagada, ou hidróxido de cálcio: uma pasta ligeiramente menos reativa e cáustica. De acordo com a teoria, era essa cal apagada que os antigos romanos misturavam com a pozolana.
Com base na análise da equipe, os pedaços de cal presentes nas amostras não são consistentes com esse método. Em vez disso, o concreto romano provavelmente era feito misturando-se a cal viva diretamente com a pozolana e a água a temperaturas extremamente altas, sozinha ou em adição à cal apagada, um processo que a equipe chama de “mistura quente” e que resulta nos pedaços de cal.
“Os benefícios da mistura quente são duplos”, disse Masic.
“Primeiro, quando o concreto como um todo é aquecido a altas temperaturas, permite reações químicas que não são possíveis se você usar apenas cal apagada, produzindo compostos associados a altas temperaturas que não se formariam de outra forma. Em segundo lugar, essa temperatura aumentada reduz significativamente os tempos de cura e endurecimento, uma vez que todas as reações são aceleradas, permitindo uma construção muito mais rápida”.
E há outro benefício: os pedaços de cal conferem ao concreto notáveis habilidades de autorreparação.
Quando ocorrem rachaduras no concreto, elas tendem a se propagar em direção aos pedaços de cal devido à sua maior área superficial em comparação com outras partículas da matriz. Quando a água penetra 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 sua propagação.
Isso foi observado em concreto de outro sítio de 2.000 anos, o Túmulo de Caecilia Metella, onde as rachaduras foram preenchidas com calcita. Isso também pode explicar por que o concreto romano usado em muralhas marítimas construídas há 2.000 anos tem resistido intacto por milênios, apesar do constante impacto do oceano.
Portanto, a equipe testou suas descobertas fabricando concreto pozolânico a partir de receitas antigas e modernas usando cal viva. Eles também produziram um concreto de controle sem cal viva e realizaram testes de rachadura. Como esperado, o concreto com cal viva completamente preencheu as rachaduras em duas semanas, enquanto o concreto de controle permaneceu rachado.
A equipe está agora trabalhando na comercialização desse concreto como uma alternativa mais sustentável aos concretos atuais.
“É empolgante pensar em como essas formulações de concreto mais duráveis podem não apenas aumentar a vida útil desses materiais, mas também como podem melhorar a durabilidade das formulações de concreto impressas em 3D”, disse Masic. [ScienceAlert]
