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20 de fevereiro de 2013
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Concreto Hoje

A ordem é desordenar

Cientistas europeus descobrem que partículas de pó de cimento desordenadas em tamanho e granulometria resultam em pasta de cimento mais consistente

As definições existentes sobre como chegar à melhor liga para a pasta de cimento podem ir por água abaixo após uma pesquisa encabeçada pela Schlumberger, pelo Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) e pela Fundação Nacional de Ciência da Suíça (SNSF). Nela, pesquisadores contradizem a necessidade por granulometria totalmente controlada para os grãos que compõe o pó de cimento. Sim, o estudo está comprovando que a regra da desordem ao aplicarem partículas de formas e tamanhos variáveis pode resultar em pastas mais densas, e resistentes, para o concreto.

Essa conclusão foi descoberta após anos de estudos, quando os pesquisadores avaliaram que as moléculas de cálcio-silicato-hidrato (CSH) que compõem a unidade básica em nanoescala de cimento têm, naturalmente, geometria diversa. Mais do que isso, foi descoberto também que o tamanho das partículas de CSH também é variável, apontando o resultado surpreendente de que essa diversidade leva a pasta de cimento a uma liga mais consistente. E a explicação para esse princípio é simples: partículas menores se encaixam nos espaços vazios das maiores.

O Professor George Macomber, do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (CEE) do MIT em um artigo publicado na Physical Review Letters, dá o exemplo: “Se imaginarmos uma cesta preenchida aleatoriamente com muitos tipos de frutas, perceberemos que os espaços entre maçãs e laranjas serão preenchidos por frutas menores, como a uva. E, obviamente, as próprias maçãs e laranjas preencherão os espaços vazios entre frutas maiores, como abacaxis e melões, e assim sucessivamente”, ele explica o resultado básico dos estudos realizados.

Isso vai de encontro ao princípio aplicado pelos desenvolvedores do setor cimenteiro até hoje, onde as cestas deveriam ser preenchidas somente por “laranjas e maçãs” do mesmo porte. “Essa pesquisa mostra que quando as unidades de CSH são formadas em tamanhos variáveis, elas criam pastas mais densas, elevando a durabilidade da mistura para o concreto”, complementa.

A regra de paridade que está sendo contestada surgiu há alguns anos após testes matemáticos realizados no passado com partículas em nanoescala idênticas, onde foi constatado que as forças das partículas de CSH ocorrem em um espectro, sugerindo que não se poderia aplicar mais de duas densidades de compactação para a mistura, mas que dessa forma era possível obter misturas densas o suficie


As definições existentes sobre como chegar à melhor liga para a pasta de cimento podem ir por água abaixo após uma pesquisa encabeçada pela Schlumberger, pelo Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) e pela Fundação Nacional de Ciência da Suíça (SNSF). Nela, pesquisadores contradizem a necessidade por granulometria totalmente controlada para os grãos que compõe o pó de cimento. Sim, o estudo está comprovando que a regra da desordem ao aplicarem partículas de formas e tamanhos variáveis pode resultar em pastas mais densas, e resistentes, para o concreto.

Essa conclusão foi descoberta após anos de estudos, quando os pesquisadores avaliaram que as moléculas de cálcio-silicato-hidrato (CSH) que compõem a unidade básica em nanoescala de cimento têm, naturalmente, geometria diversa. Mais do que isso, foi descoberto também que o tamanho das partículas de CSH também é variável, apontando o resultado surpreendente de que essa diversidade leva a pasta de cimento a uma liga mais consistente. E a explicação para esse princípio é simples: partículas menores se encaixam nos espaços vazios das maiores.

O Professor George Macomber, do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (CEE) do MIT em um artigo publicado na Physical Review Letters, dá o exemplo: “Se imaginarmos uma cesta preenchida aleatoriamente com muitos tipos de frutas, perceberemos que os espaços entre maçãs e laranjas serão preenchidos por frutas menores, como a uva. E, obviamente, as próprias maçãs e laranjas preencherão os espaços vazios entre frutas maiores, como abacaxis e melões, e assim sucessivamente”, ele explica o resultado básico dos estudos realizados.

Isso vai de encontro ao princípio aplicado pelos desenvolvedores do setor cimenteiro até hoje, onde as cestas deveriam ser preenchidas somente por “laranjas e maçãs” do mesmo porte. “Essa pesquisa mostra que quando as unidades de CSH são formadas em tamanhos variáveis, elas criam pastas mais densas, elevando a durabilidade da mistura para o concreto”, complementa.

A regra de paridade que está sendo contestada surgiu há alguns anos após testes matemáticos realizados no passado com partículas em nanoescala idênticas, onde foi constatado que as forças das partículas de CSH ocorrem em um espectro, sugerindo que não se poderia aplicar mais de duas densidades de compactação para a mistura, mas que dessa forma era possível obter misturas densas o suficiente.

Porém, os novos testes realizados pelos pesquisadores do MIT por meio da nanoindentação que permite medir a dureza de uma unidade de nanoescala levou ao pressuposto de que as partículas de CSH de formas variáveis interagem melhor quando se tocam, proporcionando novas densidades de compactação. A explicação dos cientistas é que quando as partículas se tocam, se unem, e quando se unem preenchendo os espaços vazios, o cimento fica mais forte.

Os testes para validar esse resultado foram feitos com a utilização de partículas que variaram de 3,5 a 35 nanômetros (um nanômetro equivale à bilionésima parte de um metro). A indução à busca por esse resultado, porém, partiu de um trabalho sobre modelagem em escala atômica coordenado por Roland J. M. Pelleng, cientista do CEE que determinou a estrutura básica de uma partícula CSH e o comportamento das moléculas dentro das partículas.

Para Enrico Masoero, associado ao pós-doutorado do CEE e um dos pesquisadores envolvidos no projeto, essa descoberta deve mudar o modo de pensar dos desenvolvedores de tecnologia de cimento. “Afinal, antes pensávamos que as partículas de CSH eram como grãos, que não deviam ser grudados. Agora, vamos começar a supor que deve haver sim interação (grude) entre essas partículas e, que inclusive, quanto maior for a interação entre elas, maior será a resistência da pasta de cimento”, explica.

Masoero, agora, dedica pesquisas para extrapolar as descobertas de Roland Pelleng em nanoescala e adianta que o próximo passo é desenvolver técnicas para aumentar a aderência entre as partículas de CSH por meio de variações com as composições químicas das matérias-primas.

“Sentimos que o nosso trabalho significa emergência fundamental para pesquisas ligadas ao cimento, com potencial de transformar toda a indústria para o bem-estar global”, intervém Sidney Yip, do Departamento de Engenharia Nuclear e do Departamento de Ciênia dos Materiais e Engenharia do MIT. “Afinal, os desafios envolvidos na compreensão molecular no que tange o nível de hidratação do cimento estão diretamente relacionados com os problemas de envelhecimento e degradação das estruturas de concreto e isso, obviamente, tem relação direta com a sustentabilidade ambiental, uma vez que estruturas mais duráveis demandarão menos concreto e menos matéria-prima para as edificações em todo o mundo”, finaliza.