MIT revela por que o concreto romano dura há 2.000 anos

Os antigos romanos se destacaram como construtores e engenheiros. Um dos símbolos mais conhecidos dessa perícia são os aquedutos, muitos dos quais seguem operando até hoje. Por trás dessas obras está um material de construção singular: o concreto pozolânico, notavelmente resistente, que ajudou a dar às estruturas romanas uma força impressionante.

Ainda no presente, uma dessas construções - o Panteão, preservado e com quase 2.000 anos - mantém o recorde de maior cúpula do mundo feita de concreto não armado.

Em geral, a durabilidade desse concreto tem sido explicada pelos seus componentes: a pozolana, uma mistura de cinza vulcânica (batizada em referência à cidade italiana de Pozzuoli, onde existe um depósito importante), e a cal. Ao serem combinados com água, esses materiais podem reagir e formar um concreto muito resistente.

Mas, ao que tudo indica, essa explicação não conta tudo. Um grupo internacional de pesquisadores liderado pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT) concluiu que não apenas os materiais eram um pouco diferentes do que se imaginava, como também o modo de misturá-los não seguia exatamente o que a teoria sugeria.

Concreto romano e as pistas nos grumos de cal

O indício mais revelador apareceu na forma de pequenos pedaços brancos de cal, presentes em um concreto que, fora isso, parece bem homogeneizado. Antes, esses fragmentos eram atribuídos a mistura malfeita ou a matérias-primas ruins - mas essa hipótese não convencia o cientista de materiais Admir Masic, do MIT.

"A ideia de que a presença desses fragmentos de cal foi simplesmente atribuída a um baixo controle de qualidade sempre me incomodou", afirmou Masic em uma declaração de janeiro de 2023.

"Se os romanos se esforçaram tanto para criar um material de construção excepcional, 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 haver mais nessa história."

Masic e a equipe, liderada pela engenheira civil do MIT Linda Seymour, analisaram cuidadosamente amostras de concreto romano com 2.000 anos, provenientes do sítio arqueológico de Privernum, na Itália. Para entender melhor esses fragmentos de cal, as amostras passaram por microscopia eletrônica de varredura de grande área e espectroscopia de raios X por dispersão de energia, difração de raios X em pó e imagem Raman confocal.

A técnica de “mistura a quente” no concreto pozolânico

Uma das dúvidas centrais era qual tipo de cal teria sido usado. A interpretação mais comum do concreto pozolânico afirma que ele empregava cal hidratada. Nessa rota, o calcário é aquecido em altas temperaturas para produzir um pó cáustico e muito reativo chamado cal virgem, ou óxido de cálcio.

Quando a cal virgem é misturada com água, forma-se a cal hidratada, ou hidróxido de cálcio: uma pasta um pouco menos reativa e menos cáustica. De acordo com o entendimento tradicional, era essa cal hidratada que os romanos antigos combinavam com a pozolana.

Só que os resultados do grupo indicaram que os fragmentos encontrados nas amostras não batem com esse processo. Em vez disso, o concreto romano provavelmente era produzido ao misturar cal virgem diretamente com a pozolana e água, em temperaturas extremamente altas - isoladamente ou junto com cal hidratada. A equipe chamou esse procedimento de "mistura a quente", e ele explica a formação dos fragmentos de cal.

"Os benefícios da mistura a quente são dois", disse Masic.

"Primeiro, quando o concreto como um todo é aquecido a altas temperaturas, isso permite químicas que não são possíveis se você usasse apenas cal hidratada, produzindo compostos associados a altas temperaturas que, de outra forma, não se formariam. Segundo, esse aumento de temperatura reduz significativamente os tempos de cura e de pega, já que todas as reações são aceleradas, permitindo uma construção muito mais rápida."

Por que o material se autocicatriza

Há ainda uma vantagem adicional: esses fragmentos de cal parecem dar ao concreto uma capacidade extraordinária de autocicatrização.

Quando surgem fissuras no concreto, elas tendem a avançar em direção aos fragmentos de cal, que oferecem maior área superficial do que outras partículas da matriz. Ao entrar na fissura, a água reage com a cal e gera uma solução rica em cálcio; em seguida, essa solução seca e endurece na forma de carbonato de cálcio, “colando” a abertura de volta e impedindo que a rachadura se propague.

Esse comportamento já foi observado em concreto de outro sítio com 2.000 anos, o Túmulo de Cecília Metela, no qual fissuras foram preenchidas por calcita. O mesmo mecanismo também pode ajudar a entender por que o concreto romano de muros de contenção marítimos construídos há 2.000 anos permaneceu intacto por milênios, apesar do desgaste constante causado pelo mar.

Para verificar a hipótese, os pesquisadores produziram concreto pozolânico com receitas antigas e modernas usando cal virgem. Eles também prepararam um concreto de controle sem cal virgem e realizaram testes de fissuração. O resultado foi consistente: o concreto com cal virgem, depois de rachado, cicatrizou por completo em duas semanas, enquanto o concreto de controle continuou fissurado.

Agora, o grupo trabalha para comercializar essa formulação como uma alternativa mais ambientalmente amigável aos concretos atuais.

"É empolgante pensar como essas formulações de concreto mais duráveis poderiam ampliar não apenas a vida útil desses materiais, mas também como isso poderia melhorar a durabilidade de formulações de concreto impressas em 3D", disse Masic.

A pesquisa foi publicada na Science Advances.

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