Os antigos romanos eram mestres da construção e da engenharia, talvez mais conhecidos pelos aquedutos, e essas maravilhas ainda funcionais baseiam-se num material de construção único: o betão pozolânico, um betão espetacularmente durável que deu às estruturas romanas a sua incrível resistência.
Segundo o Science Alert, ainda hoje, uma das suas estruturas — o Panteão, ainda intacto e com quase 2000 anos — detém o recorde da maior cúpula de betão não armado do mundo.
As propriedades deste betão têm sido geralmente atribuídas aos seus ingredientes: pozolana, uma mistura de cinzas vulcânicas, e cal. Quando misturados com água, os dois materiais podem reagir para produzir um betão forte.
Mas isso, ao que parece, não é a história toda. Em 2023, uma equipa internacional de investigadores, liderada pela Instituto de Tecnologia de Massachusetts, descobriu que não só os materiais eram ligeiramente diferentes do que se pensava, mas também as técnicas utilizadas para os misturar eram diferentes.
As armas fumegantes eram pequenos pedaços branco de cal que podem ser encontrados no que parece ser um betão bem misturado. A presença destes pedaços tinha sido anteriormente atribuída a uma mistura ou materiais deficientes, mas isso não fazia sentido para Admir Masic, o cientista de materiais do MIT.
“A ideia de que a presença desses clastos de cal era simplesmente atribuída a um baixo controlo de qualidade sempre me incomodou”, disse Masic.
“Se os romanos se esforçaram tanto para fazer um excelente material de construção, seguindo todas as receitas detalhadas que foram otimizadas ao longo de muitos séculos, porque é que eles colocariam tão pouco esforço para garantir a produção de um produto final bem misturado? Tem de haver mais nesta história”.
Masic e a sua equipa, liderada por Linda Seymour, engenheira civil do MIT, estudaram cuidadosamente amostras de betão romano com 2000 anos do sítio arqueológico de Privernum, em Itália. O estudo foi publicado na revista Science Advances.
Estas amostras foram submetidas a microscopia eletrónica de varrimento de grande área e espetroscopia de raios X por dispersão de energia, difração de raios X em pó e imagens Raman confocais para compreender melhor os clastos de cal.
Uma das questões em mente era a natureza da cal utilizada. A noção habitual de betão pozolânico é que este utiliza cal apagada. Primeiro, o calcário é aquecido a altas temperaturas para produzir um pó cáustico altamente reativo chamado cal viva, ou óxido de cálcio.
A mistura de cal viva com água produz cal apagada, ou hidróxido de cálcio, uma pasta ligeiramente menos reativa e menos cáustica. Segundo a teoria, era esta cal apagada que os antigos romanos misturavam com a pozolana.
Com base na análise da equipa, os clastos de cal nas suas amostras não são consistentes com este método. Em vez disso, o betão romano era provavelmente feito misturando a cal viva diretamente com a pozolana e a água a temperaturas extremamente elevadas, por si só ou em adição à cal apagada, um processo a que a equipa chama “mistura a quente” e que resulta nos clastos de cal.
“Os benefícios da mistura a quente são duplos“, disse Masic.
“Em primeiro lugar, quando o betão em geral é aquecido a altas temperaturas, permite químicas que não seriam possíveis se se utilizasse apenas cal apagada, produzindo compostos associados a altas temperaturas que de outra forma não se formariam. Em segundo lugar, este aumento de temperatura reduz significativamente os tempos de cura e de presa, uma vez que todas as reações são aceleradas, permitindo uma construção muito mais rápida”.
Outro benefício são os clastros de cal que conferem ao betão uma notável capacidade de auto-cura.
Quando se formam fissuras no betão, estas deslocam-se preferencialmente para os clastos de cal, que têm uma área de superfície mais elevada do que outras partículas da matriz.
Quando a água entra na fissura, reage com a cal para formar uma solução rica em cálcio que seca e endurece como carbonato de cálcio, colando a fissura de novo e impedindo-a de se espalhar mais.
Isto foi observado no betão de outro local com 2000 anos — o túmulo de Caecilia Metella — onde as fissuras no betão foram preenchidas com calcite. Poderá também explicar porque é que o betão romano de muralhas construídas há 2000 anos sobreviveu intacto durante milénios, apesar das constantes agressões do oceano.
Assim, a equipa testou as suas descobertas fazendo betão pozolânico a partir de receitas antigas e modernas, utilizando cal viva. Fizeram também um betão de controlo sem cal viva e realizaram testes de fissuração. O betão fissurado com cal viva ficou completamente curado em duas semanas, mas o betão de controlo continuou fissurado.
A equipa está agora a trabalhar na comercialização do seu betão como alternativa mais amiga do ambiente aos betões atuais.
“É empolgante pensar em como estas formulações de concreto mais duráveis podem expandir não só a vida útil destes materiais, mas também como podem melhorar a durabilidade das formulações de concreto impressas em 3D”, disse Masic.
