Os antigos romanos eram mestres da construção e da engenharia, talvez mais notavelmente representados pelos aquedutos. Estas maravilhas ainda em funcionamento baseiam-se num material de construção único: betão pozolânico, um betão incrivelmente durável que deu às estruturas romanas a sua incrível resistência.

Ainda hoje, um dos seus edifícios – 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 são geralmente atribuídas aos seus ingredientes: pozolana, uma mistura de cinzas vulcânicas – que leva o nome da cidade italiana de Pozzuoli, onde podem ser encontradas grandes jazidas dela – e Lima. Quando misturados com água, os dois materiais podem reagir para produzir concreto resistente.

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

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

“A ideia de que a presença destes blocos de calcário se deve simplesmente a um mau controlo de qualidade sempre me incomodou.” Macek disse Em janeiro de 2023.

“Se os romanos se esforçaram tanto para fabricar um material de construção de primeira qualidade, seguindo todas as receitas detalhadas que foram refinadas ao longo de muitos séculos, por que se esforçaram tão pouco para garantir a produção de um produto final bem misturado? Tem que haver mais para esta história.”

Macek e a equipe, liderada pela engenheira civil do MIT Linda Seymour, estudaram amostras de concreto romano de 2.000 anos do sítio arqueológico de Perevernum, na Itália. Essas amostras foram submetidas a microscopia eletrônica de varredura de grande área, espectroscopia de energia dispersiva de raios X, difração de raios X em pó e imagem Raman confocal para obter uma melhor compreensão das massas calcárias.

Uma das questões que me surgiram foi a natureza da cal utilizada. O entendimento padrão do concreto pozolânico é que ele é usado Lima hidratada. Primeiro, o calcário é aquecido a altas temperaturas para produzir um pó cáustico altamente reativo chamado calcário. Cal vivaOu óxido de cálcio.

A mistura de cal viva com água produz cal apagada, ou hidróxido de cálcio: uma pasta menos reativa e menos cáustica. Segundo a teoria, foi esta cal hidratada que os antigos romanos misturaram com a pozolana.

Com base na análise da equipe, os blocos de cal encontrados nas amostras não eram consistentes com este método. Alternativamente, o concreto romano pode ter sido feito misturando cal viva diretamente com pozolana e água a temperaturas extremamente altas, isoladamente ou em adição à cal hidratada, um processo que a equipe chama de “mistura a quente” que produz migalhas de cal.

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

“Primeiro, quando o concreto agregado é aquecido a altas temperaturas, permite a ocorrência de substâncias químicas que não seriam possíveis se você usar apenas cal hidratada, criando compostos ligados em alta temperatura que não poderiam se formar de outra forma. Em segundo lugar, esse aumento de temperatura reduz drasticamente a cura e tempos de endurecimento, uma vez que todas as reações são aceleradas, permitindo uma construção muito mais rápida.”

Tem outro benefício: o pó de cal confere ao concreto uma notável capacidade de autocura.

Quando as fissuras se formam no concreto, elas se movem preferencialmente para blocos 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 o carbonato de cálcio, unindo a fissura e evitando que ela se espalhe ainda mais.

esse Foi notado Em concreto de outro local de 2 mil anos, o túmulo de Cecilia Metella, onde rachaduras no concreto foram preenchidas com calcita. Também poderia explicar por que o concreto romano dos muros marítimos construídos há 2.000 anos permaneceu intacto durante milhares de anos, apesar do constante impacto dos oceanos.

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

A equipa está agora a trabalhar para comercializar o seu betão como uma alternativa mais amiga do ambiente ao betão actual.

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

A pesquisa foi publicada em Avanço da ciência.

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