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Ca pesquisa em concreto é caricaturada como o epítome do enfadonho – até que o telhado cai. O estado perigoso de muitas escolas britânicas construídas em parte com concreto aerado autoclavado reforçado (Raac) dominou as manchetes, alarmou os pais e envergonhou o governo, levando a fechamentos de emergência assim como o novo período escolar começou. A crise realça que, por mais enfadonho que o concreto possa parecer, a nossa civilização quase literalmente resiste ou cai sobre ele.
Longe de ser prosaico, o concreto é uma substância de alta tecnologia na vanguarda da pesquisa de materiais. Um sonho é tornar o concreto autocurável: capaz de reparar automaticamente suas próprias fissuras. E a investigação moderna inspira-se numa fonte antiga – o betão inexpugnável dos monumentos, aquedutos e portos construídos pelos romanos há mais de 2.000 anos. Junte isso a estratégias engenhosas, como sepultar bactérias vivas que selam rachaduras dentro do concreto, e a pesquisa nesta área poderá transformar a maneira como construímos.
Como mostra a saga Raac, falhas concretas podem representar riscos letais e ser terrivelmente dispendiosas para serem corrigidas. O concreto autocurável resolveria esse problema sem que ninguém levantasse um dedo. Poderia tornar-se fundamental (viu o que eu fiz aí?) para a visão de cidades sustentáveis – até porque a produção de betão tem uma enorme pegada de carbono, pelo que prolongar a sua vida útil também teria dividendos verdes.
Raac foi inventado há cerca de um século. Mas embora tenha sido retratado na imprensa como um material de má qualidade e desatualizado, isso é injusto, diz o especialista em concreto Prof. Chris Goodier, da Universidade de Loughborough: “Tem muitas vantagens e é há muito tempo um material de construção respeitável”.
É feito adicionando pó de alumínio a uma mistura de concreto padrão, causando reações químicas que produzem bolhas de gás hidrogênio à medida que o concreto endurece. Isto confere ao material uma textura espumosa, tornando-o leve – apenas um quarto a um terço da densidade do concreto comum – e um bom isolante térmico e acústico. Como a maior parte do concreto utilizado na construção, ele é revestido com reforço de aço (geralmente barras) para que o material possa suportar forças de flexão ou estiramento, permitindo que seja utilizado em aplicações de suporte de carga.
As variedades mais antigas de Raac instaladas entre as décadas de 1950 e 1970 – e que agora causam problemas – têm sido constantemente melhoradas desde então. Mas mesmo os painéis mais antigos “durarão se forem bem cuidados e instalados corretamente”, diz Goodier. “Grande parte tem 50 anos e está bem.” O Raac ainda é usado sem problemas aparentes em muitos países, incluindo Alemanha, EUA e Austrália.
A verdadeira questão é a manutenção. Por ser muito poroso, o Raac deixa entrar umidade – e se a água atingir o reforço de aço, ela corrói. Raac exposto aos elementos necessita, portanto, de ser impermeabilizado, por exemplo, revestindo-o com betume – especialmente em painéis utilizados para telhados planos onde a água da chuva pode acumular-se. Mas muitos painéis nas escolas não foram substituídos nem mantidos de forma adequada, em grande parte devido à falta de financiamento.
“Sabemos dos problemas com Raac desde 1992”, disse o cientista de materiais Phil Purnell, da Universidade de Leeds. Química Mundial revista. Ele também salienta que não podemos culpar o material: o problema é a má manutenção dos edifícios devido a orçamentos apertados. Depois que o telhado Raac de um prédio escolar em Kent desabou sem aviso prévio (felizmente durante um fim de semana) em 2018, um comitê da Instituição de Engenheiros Estruturais emitiu um alerta para todo o setor. Mas ainda assim nenhuma ação significativa foi tomada.
Os hospitais, onde o Raac também foi amplamente utilizado, tiveram um desempenho um pouco melhor, embora ainda haja problemas. O NHS financiou a equipe de Goodier em Loughborough para estudar os sinais e mecanismos de falha. “Os hospitais são os líderes na área em tornar Raac seguro”, diz ele. “Eles investiram milhões e, pensando bem, este revelou-se um investimento extremamente sábio.”
Uma mistura vulcânica
Os nossos edifícios de betão, em risco de colapso após apenas algumas décadas, são envergonhados por algumas das estruturas de betão erguidas pelos romanos, que ainda hoje estão de pé. As pessoas fabricavam rebocos e cimentos desde o período Neolítico, há cerca de 14.000 anos, normalmente a partir de cal: óxido de cálcio, produzido pelo aquecimento de calcário (carbonato de cálcio) num forno. A adição de água à cal em pó cria uma pasta de “cal apagada” que pode ser misturada com areia, argila ou pedaços de entulho ou rocha (agora chamada de agregado) para fazer argamassas e concreto. À medida que o material seca, a cal apagada reage com o dióxido de carbono do ar para regenerar os cristais de carbonato de cálcio que unem o agregado.
Gesso de cal e cimento foram usados desde os Andes até a China, mas os romanos foram os primeiros verdadeiros mestres do concreto. Eles misturaram cal com cinza vulcânica conhecida como pozolana, particularmente abundante ao redor do Monte Vesúvio, perto de Nápoles, junto com um agregado de rocha vulcânica. Este concreto pozolânico foi usado em estruturas como o Panteão de Roma, que permanecem resistentes até hoje.
A produção de cimento vulcânico de cinza-cal foi descrita no século I a.C. pelo engenheiro romano Vitrúvio. Plínio, o Velho, afirmou não só que o betão pozolânico romano era “inexpugnável às ondas” – endureceria debaixo de água, tornando-o ideal para a engenharia portuária – mas também que era “cada dia mais forte”. E isso é literalmente verdade, como mostra um estudo realizado pela engenheira civil Marie Jackson, da Universidade de Utah, em Salt Lake City, e seus colegas, em 2014.
A chave é a cinza vulcânica, que contém minerais chamados aluminossilicatos. Estes reagem com a cal apagada para formar um material duro de aluminossilicato de cálcio que liga o agregado. “O concreto romano se transforma em rocha”, diz Jackson. Os romanos normalmente usavam grandes pedaços de agregado, então o resultado era mais parecido com uma espécie de pilha de entulho com argamassa forte preenchendo todas as lacunas.
Crucialmente, a argamassa continua mudando durante anos. À medida que a humidade penetra na estrutura de betão, parte do material vulcânico remanescente dissolve-se e depois cristaliza em pequenas placas minerais que reforçam o material, bloqueando o progresso das fissuras. Isso permite até que o concreto se cure sozinho. “Se ocorrer uma fratura, novos cimentos minerais podem se formar e reparar a fratura”, diz Jackson. Desta forma, “os romanos construíram uma enorme longevidade nas suas estruturas”. Os concretos usados em estruturas submersas em portos não são reparados há mais de 2.000 anos.
Um futuro bioconcreto
Os métodos romanos não circularam bem, porque não havia muitos depósitos naturais conhecidos dos materiais vulcânicos utilizados. No século 19, o cimento Portland tornou-se o ingrediente principal do concreto, feito pelo aquecimento do calcário com outros minerais (normalmente argila) e pela moagem do produto até virar pó. O cimento Portland (usado em Raac) é barato e endurece rápido e duro: estruturas de concreto bem feitas podem agora durar cerca de um século. Mas ainda precisam de reparos, o que pode consumir até metade do orçamento anual de construção das agências governamentais.
Essa é uma das razões pelas quais o princípio de um concreto autocurável, inventado acidentalmente pelos romanos, é algo que os pesquisadores estão explorando agora. Com os concretos reforçados com aço geralmente usados hoje em dia, o problema não é que as fissuras enfraqueçam o próprio concreto, mas que permitam que a água alcance e corroa o aço. “Na verdade, o problema é o aço”, diz o engenheiro estrutural Prof Kevin Paine, da Universidade de Bath. O objetivo é, portanto, tornar autovedantes pequenas fissuras para que o concreto continue a proteger o aço. “Não estamos tentando recuperar a força, mas sim a impermeabilidade”, explica.
Uma abordagem é salpicar a mistura de concreto com minúsculas cápsulas plásticas que contêm uma substância capaz de curar uma rachadura, uma vez que a rachadura abra as cápsulas. Alguns desses esforços encapsulam um produto químico mineralizante, como o silicato de sódio, ou resinas e colas resistentes. Outros administram o agente curativo através de uma rede de tubos embutidos no concreto, um pouco como os capilares do nosso suprimento sanguíneo.
Uma ideia que Paine e outros estão explorando é capturar bactérias vivas dentro do concreto para realizar os reparos. Algumas bactérias produzem íons carbonato durante seu metabolismo e, se houver cálcio por perto (como no concreto), ele pode cristalizar como carbonato de cálcio fora da célula bacteriana. Essas bactérias são comuns em ambientes calcários – Paine coleta algumas delas na vizinha Garganta de Cheddar.
As bactérias são encapsuladas no concreto como esporos secos, permanecendo dormentes até que uma rachadura abra a cápsula e a água faça com que os esporos germinem. Então as bactérias começam a gerar o carbonato que selará a rachadura dentro de uma semana ou mais. Eles precisam de nutrientes para crescer, e muitas vezes estes são fornecidos como extrato de levedura misturado diretamente no concreto, como se fosse temperado com Marmite.
Numa colaboração recente com a Universidade de Newcastle, a equipa de Paine descobriu que o betão exposto a águas residuais pode não necessitar de adição de bactérias: já existem microrganismos produtores de carbonato presentes nos resíduos. Basta então simplesmente cobrir o concreto com nutrientes e um pouco de cálcio extra, que as bactérias podem acessar se rachaduras se abrirem.
Embora tenham havido alguns testes de campo de concreto autocurativo bacteriano no Reino Unido, na Holanda e na China, Paine diz que “muito poucos testes no local demonstraram a autocura”. O problema, explica ele, é que se você deixar uma amostra e voltar vários anos depois e descobrir que não há rachaduras, pode ser difícil saber se isso ocorre porque as rachaduras se curaram automaticamente ou porque nunca se formaram. “Você está procurando por algo que não quer que aconteça.”
Em 2020, pesquisadores da Universidade do Colorado em Boulder contaram com a ajuda de bactérias para realmente produzir concreto. Eles liberaram bactérias formadoras de carbonato de cálcio dentro de uma mistura macia e gelatinosa de areia e gelatina e descobriram que os insetos colavam os grãos de areia com carbonato. Depois de seco, o material tornou-se tão duro e resistente quanto algumas argamassas de cimento. Os pesquisadores poderiam ligar e desligar a atividade bacteriana controlando a temperatura e a umidade, para que esse “material vivo” pudesse ser gerado sob demanda. Melhor ainda, o produto final poderia ser triturado e utilizado para semear o crescimento de outra geração deste “bioconcreto”, e outra: o material poderia ser regenerado continuamente.
A autocura não será a resposta para todos os desafios da construção em concreto – por um lado, é provável que seja muito cara para ser usada em grande escala. Mas Paine diz que poderia ser mais valioso para infra-estruturas onde as reparações poderiam causar muitas perturbações – pontes ferroviárias, por exemplo – ou aquelas que são de difícil acesso, como tubagens de esgoto subterrâneas.
Mesmo assim, ele afirma que os problemas com Raac o fizeram reavaliar a ideia. “Minha opinião costumava ser que nem todo concreto precisa ser autocurativo”, diz ele. “Dados os problemas recentes, estou começando a reavaliar esse ponto de vista… Talvez o concreto autocurável possa ter mais utilidade do que eu pensava.”
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