Finalmente sabemos como o concreto romano antigo conseguiu durar milhares de anos: WebCuriosos

Os antigos romanos eram mestres da construção e da engenharia, talvez os mais famosos representados pelos aquedutos. E essas maravilhas ainda funcionais dependem de um material de construção único: o concreto pozolânico, um concreto espetacularmente durável que deu às estruturas romanas sua incrível resistência.

Ainda hoje, uma das suas estruturas – o Panteão, ainda intacto e com quase 2.000 anos de idade – detém o recorde da maior cúpula de betão não reforçado do mundo.

As propriedades deste concreto têm sido geralmente atribuídas aos seus ingredientes: pozolana, uma mistura de cinzas vulcânicas – em homenagem à cidade italiana de Pozzuoli, onde pode ser encontrada uma significativa jazida dela – e Lima. Quando misturados com água, os dois materiais podem reagir para produzir concreto resistente.

Mas isso, ao que parece, não é toda a história. Em 2023, uma equipa internacional de investigadores liderada pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) descobriu que não só os materiais são ligeiramente diferentes do que pensávamos, mas as técnicas utilizadas para misturá-los também eram diferentes.

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

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

“Se os romanos se esforçaram tanto para produzir um excelente material de construção, seguindo todas as receitas detalhadas que foram otimizadas ao longo de muitos séculos, por que se esforçariam tão pouco para garantir a produção de um produto final bem misturado? ? Tem que haver mais nesta história.

Masic e a equipe, liderada pela engenheira civil do MIT Linda Seymour, estudaram cuidadosamente amostras de concreto romano com 2.000 anos de idade do sítio arqueológico de Privernum, na Itália. Essas amostras foram submetidas a microscopia eletrônica de varredura de grande área e espectroscopia de energia dispersiva de raios X, difração de raios X em 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 apagada. Primeiro, o calcário é aquecido a altas temperaturas para produzir um pó cáustico altamente reativo chamado cal vivaou óxido de cálcio.

A mistura de cal virgem com água produz cal apagada, ou hidróxido de cálcio: uma pasta ligeiramente menos reativa e menos cáustica. Segundo a teoria, foi esta cal apagada que os antigos romanos misturaram 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 viva diretamente com a pozolana e água em temperaturas extremamente altas, isoladamente ou em adição à cal apagada, um processo que a equipe chama de “mistura a quente” que resulta nos clastos de cal.

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

“Primeiro, quando todo o concreto é aquecido a altas temperaturas, isso permite químicas que não seriam possíveis se você usasse apenas cal apagada, produzindo compostos associados a altas temperaturas que de outra forma não se formariam. Em segundo lugar, esse aumento de temperatura reduz significativamente a cura e a pega. vezes, já que todas as reações são aceleradas, permitindo uma construção muito mais rápida.”

E tem outro benefício: os clastos de cal conferem ao concreto notáveis ​​​​capacidades de autocura.

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

Esse foi observado em concreto de outro local de 2.000 anos, a Tumba de Cecília Metela, onde rachaduras no concreto foram preenchidas com calcita. Também poderia explicar por que o concreto romano dos diques construídos há 2.000 anos sobreviveu intacto durante milênios, apesar dos constantes ataques do oceano.

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

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

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

A pesquisa foi publicada em Avanços da Ciência.

Uma versão deste artigo foi publicada pela primeira vez em janeiro de 2023.