Um material que vem da Antiguidade não significa, necessariamente, que já tenha sido compreendido até ao fim - e o betão é uma boa prova disso. À escala nanoscópica, este material ainda guarda surpresas.
Desde que os Romanos o aperfeiçoaram, o betão tornou-se um dos materiais mais utilizados no planeta. Resistente e duradouro, é a base de praticamente todas as infraestruturas: pontes, túneis, estradas, barragens e fundações. Em termos práticos, qualquer sociedade moderna está totalmente dependente deste material e das suas propriedades mecânicas.
No entanto, quando se olha de perto, a robustez do betão tem um ponto fraco: no seu interior existe uma rede de poros nanométricos cuja geometria e distribuição condicionam a sua resistência ao longo do tempo. Estes poros “controlam” a passagem de água, iões e outras infiltrações que, com o tempo, levam à corrosão e encurtam a vida útil das estruturas.
À escala global, esta degradação precoce tem um custo enorme. Substituir uma obra de betão implica reconstruí-la: voltar a cozer cimento, voltar a produzir aço e voltar a libertar milhões de toneladas de gases com efeito de estufa. É precisamente esta “falha” (sem trocadilho) que procura enfrentar um estudo da Universidade Rice (Houston, Texas), publicado a 29 de setembro na revista Journal of Physical Chemistry.
Na intimidade do betão
O betão resulta da mistura de cimento, água e agregados. Quando o cimento (feito a partir de calcário e argila cozidos a temperaturas muito elevadas) é hidratado, a água desencadeia uma sequência de reações químicas que origina um gel sólido: o hidratado de silicato de cálcio (CSH). Este CSH funciona como uma “cola mineral”, dentro da qual se formam os poros e que liga os grãos e dá ao betão a sua resistência.
Nanoporos do CSH e transporte de água e iões
Há muito que se sabe que, através destes poros, conseguem passar água e iões. O que permanecia por esclarecer era como, exatamente, esse transporte acontece dentro de cavidades tão pequenas. Para esclarecer o mecanismo, os autores deste trabalho analisaram o betão a uma escala atómica, recorrendo a simulações que lhes permitiram controlar diferentes parâmetros associados aos poros.
“Até aqui, faltava-nos uma visão verdadeiramente localizada de como os iões migram nestes nanoporos”, explica Kai Gong, autor principal do estudo. Ao recriar virtualmente os nanoporos a uma escala extremamente reduzida, a equipa conseguiu acompanhar o percurso da água e dos iões como se uma câmara microscópica circulasse no seu interior. Os resultados indicaram que as paredes dos poros funcionam como uma superfície pegajosa, abrandando de forma marcada as moléculas, enquanto a zona central do poro tende a acelerá-las.
Porque os iões cloreto aceleram a corrosão do aço
Esta diferença de velocidades é crucial porque a corrosão do betão depende diretamente da rapidez com que os iões cloreto chegam ao aço. Quando esses iões se deslocam depressa, desencadeiam mais cedo a reação eletroquímica que corrói a armadura e provoca fissuras no betão a partir do interior. Pelo contrário, se o material conseguir travar a sua progressão, torna-se possível atrasar significativamente o aparecimento de danos.
Com esta cartografia ao nível atómico, os engenheiros passam a perceber que tipos de poros funcionam como “aceleradores” da corrosão e quais, pelo contrário, atuam como “ralentizadores”.
Um betão mais durável com menor impacto climático?
Em zonas costeiras com elevada salinidade, por exemplo, os edifícios e infraestruturas em betão tornam-se particularmente suscetíveis à corrosão, devido à proximidade do mar ou do oceano. Abundantes nesses ambientes, os iões cloreto atravessam gradualmente a microestrutura do material, atacam o aço no interior e aceleram a degradação das obras. Perceber como estes iões se deslocam nos nanoporos do CSH é, por isso, um passo decisivo para conceber betões mais resistentes e mais ecológicos.
O setor da construção, por si só, é responsável por mais de 40 % das emissões globais de gases com efeito de estufa, sendo o betão e o aço responsáveis por uma fração substancial desse total. Se, antes de iniciar um projeto, for possível determinar que tipo de matriz de nanoporos reduz ao mínimo a mobilidade iónica, será viável ajustar a formulação do betão às exigências do ambiente.
Modelação da Universidade Rice para infraestruturas mais resistentes
Climas secos ou húmidos, ambientes marinhos ou continentais, calor intenso ou ciclos de gelo-degelo: todos estes fatores ambientais influenciam o comportamento dos iões. Com as modelações desenvolvidas na Universidade Rice, estes elementos poderão ser incorporados logo na fase de conceção de uma infraestrutura. Se esta abordagem vier a ser padronizada à escala global, poderá diminuir a pegada de carbono do betão apenas ao otimizar a sua microestrutura.
Comentários
Ainda não há comentários. Seja o primeiro!
Deixar um comentário