Por que, uma vez seco, o cimento "cola" tão bem? Contrariamente ao que se poderia acreditar, embora esse material seja utilizado há séculos (os romanos já sabiam fazê-lo), não se sabe bem porque ele é tão sólido. Contudo, pesquisadores do MIT - Massachusetts Institute of Technology (EUA) dizem ter penetrado em um de seus mistérios, o que permitiria esperar um procedimento de fabricação com menor emissão de dióxido de carbono (CO₂). Aqueles que sabem tudo sobre a fabricação do cimento podem pular os dois parágrafos seguintes...

Bem esquematicamente, o cimento é obtido por cozimento de uma mistura de calcário e argila, a uma temperatura de 1450 ^oC. Nessa pasta quase líquida se desenvolve um grande número de reações químicas, as quais os "cimenteiros" estão longe de conhecer. O resultado é uma espécie de rocha a que chamam "clinker", a qual é triturada, adicionado gipso (sulfato de cálcio hidratado, o mesmo que gipsita) e, eventualmente, alguns outros ingredientes. É o cimento que, em seguida, será misturado a areia, cascalhos e água para fabricar o concreto.

A água acrescentada ao cimento dissolve, em parte, o composto principal, o silicato tricálcico, o que libera íons (silicatos, hidroxilas e cálcio). Esses três componentes reagem para formar silicato de cálcio hidratado, o qual é chamado CSH, conforme a terminologia inglesa (calcium silicate hydrate). As propriedades do cimento seco devem bastante a esse CSH, que cola, literalmente, os grãos de areia e o cascalho do concreto.


Nanopartículas empilhadas como laranjas.

A equipe do MIT, em colaboração com o fabricante de cimento Lafarge (França), trabalhou sobre as propriedades mecânicas do CSH em escala microscópica, com uma instrumentação sofisticada, da qual não existem senão cinco exemplares no mundo.

Primeira descoberta: o CSH se apresenta sob duas formas, de composições idênticas, mas estruturalmente diferentes. Georgios Constantinides e Franz-Josef Ulm, os dois autores, falam de duas fases, uma de alta e outra de baixa densidade. Essas duas densidades correspondem exatamente aos valores máximos teóricos conhecidos pelos matemáticos para o arranjo de objetos esféricos, segundo os dois métodos possíveis: jogando-os aleatoriamente em uma caixa e os empilhando cuidadosamente em pirâmide, como laranjas à venda num supermercado.

Ao microscópio eletrônico, o cimento (após amassamento em água e a seco) revela estrutura granular. As partículas são de tamanhos variáveis (a imagem mostra um quadrado de 150 x 150 µm). Os autores do estudo mostraram que é possível caracterizar a estrutura do cimento estudando-se superfícies de 100 x 100 µm.

Créditos: K. Scrivener

Embora suas estruturas diferentes, essas duas fases mostram o mesmo comportamento mecânico, que não é aquele que se esperava. As propriedades do CSH viriam de forças decorrentes do contato de minúsculas partículas (por volta de 5 nanômetros) que o compõem e não do mineral em si. Segundo os pesquisadores, essas propriedades mecânicas teriam suas origens nas reações de hidratação, que surgem quando do acréscimo da água para o amassamento. Elas conduzem a uma precipitação do CSH, sob forma de nanopartículas, que passam a ter contato umas com as outras.

A compreensão das propriedades mecânicas do cimento e a melhoria das performances (tempos de secagem, resistência, elasticidade...) são temas que os fabricantes de cimento nunca se cansaram de pesquisar.


Esquecer o calcário?

Contudo, explicam os autores, poderia existir uma outra vantagem, dessa vez relativa ao meio ambiente. Até aqui, ninguém se preocupou verdadeiramente com o efeito estufa, quando da fabricação do cimento. Contudo, ele é significativo. Cada ano, a humanidade produz 2,3 bilhões de toneladas de cimento, seja: 1 metro cúbico de concreto por pessoa... Otimistas, os pesquisadores explicam que, se bem compreendido o mecanismo de aderência das nanopartículas, poderá ser possível encontrar ou fabricar um material diferente do silicato tricálcico, cuja fabricação necessitará de temperaturas inferiores a 1500 ^oC. A emissão de CO₂ quando da combustão nos fornos de cimento será reduzida, "de 10% em escala mundial", afirmam eles.

Franz-Josef Ulm explica que vem se debruçando atualmente sobre estudos que visam à substituição do cálcio pelo magnésio e acredita que seus pesquisadores chegarão a uma nova geração de cimento em cinco anos.

MIT News, January 30, 2007 e Futura, 02 Fevrier, 2007 (Tradução/Texto - MIA).

Nota do Scientific Editor: informações adicionais podem ser obtidas com a leitura do artigo:

"The nanogranular nature of CSH", G. Constantinides and F-J. Ulm - Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Volume 55, página 64, janeiro de 2007.

<< voltar para novidades