Um grupo de estudantes de graduação do Messachusetts Institute of Technology (MIT) descobriu uma forma de fortalecer misturas de concreto: garrafa PET reciclada. Os testes apontaram até 15% de fortalecimento nesse tipo de mistura quando comparadas às convencionais de água, brita e cimento Portland. A iniciativa, além de produtiva tecnicamente, indica uma forma da indústria cimentícia – que é responsável por 4,5% da emissão de dióxido de carbono na atmosfera – compensar o impacto ambiental que causa. Os ganhos financeiros com menor uso de cimento também são outra atratividade da experiência.

"Há uma quantidade enorme de plástico que é aterrado anualmente", diz Michael Short, professor assistente do Departamento de Ciência e Engenharia Nuclear do MIT e um dos orientadores da pesquisa. "Nossa tecnologia tira o plástico do aterro sanitário, trava-o em concreto e reduz o uso de cimento na mistura, reduzindo as emissões de dióxido de carbono da indústria cimentícia", valida ele.

Para chegar a essa conclusão, os estudantes descobriram que, ao expor os flocos de plástico a doses pequenas e inofensivas de radiação gama e pulverizar os flocos em pó fino, era possível misturar o plástico irradiado com pasta de cimento e cinzas volantes para alcançar o objetivo de fortalecimento.

Esse estudo foi publicado na Revista Waste Management e, segundo Oral Büyüköztürk, professor do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental do MIT, demonstra sucesso no esforço de laboratório em envolver estudantes de graduação nas experiencias de pesquisa que levam novas substâncias químicas para melhoria do concreto. "Os resultados desse projeto abrem um novo leque na busca de soluções para infraestrutura sustentável", acredita ele.

O grupo começou a explorar a possibilidade de concreto reforçado com plástico como parte de um Projeto de Sistemas Nucleares, no qual os alunos foram convidados a escolher o seu próprio projeto. "Eles queriam encontrar maneiras de reduzir as emissões de dióxido de carbono que fossem além da tradicional construção de reatores nucleares ", diz Short. "Afinal, a produção de concreto é uma das maiores fontes de dióxido de carbono do mundo e eles conseguiram pensar que reduzir a sua emissão seria um grande feito. Então examinaram a literatura e a ideia ficou mais clara”, lembra o professor.

Os alunos descobriram que outros pesquisadores já tentaram introduzir o plástico em misturas de cimento, mas ele enfraqueceu o concreto. Investigando mais, descobriram evidências de que a exposição de plástico a doses de radiação gama faz com que a estrutura cristalina do material mude, tornando o plástico mais forte, mais rígido e mais resistente. Entendido isso, era hora de confirmar se a irradiação de plástico realmente funcionaria para fortalecer o concreto.

Os alunos então obtiveram, em centros de reciclagem, flocos de tereftalato de polietileno, que é o material plástico usado para fazer garrafas PET. Removeram pedaços de metal e outros detritos das garrafas e em seguida passaram as amostras de plástico até um irradiador de cobalto-60, de propriedade do MIT. Esse irradiador emite raios gama, uma fonte de radiação que costuma ser usada comercialmente para descontaminar alimentos. "Não há radioatividade residual desse tipo de irradiação. Os raios gama são um tipo diferente de radiação que, na maioria das vezes, não deixa vestígios”, diz Short.

Uma vez que as amostras foram misturadas com água, os pesquisadores derramaram as misturas em moldes cilíndricos, aguardando a cura do concreto e retirando os moldes para submetê-los aos testes de compressão. Eles mediram a força de cada amostra e as compararam com amostras similares feitas com plástico regular, não irradiado, bem como com amostras que não contêm plástico.

De modo geral, as amostras com plástico regular eram mais fracas do que aquelas sem plástico, da mesma forma que o concreto com cinzas volantes ou fumaça de sílica era mais forte do que o concreto feito apenas com cimento Portland. Então a presença de plástico irradiado com cinzas volantes constituiu uma mistura que reforçou o concreto, aumentando a sua força nos já citados 15%.

Após os testes de compressão, essas amostras foram levadas ao Laboratório Nacional Argonne e ao Centro de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT, onde foram analisadas pela difração de raios-X, microscopia eletrônica retransmitida e microtomografia de raios-X.

Esses novos testes geraram imagens de alta resolução que revelaram que amostras contendo plástico irradiado, particularmente em altas doses, apresentavam estruturas cristalinas com mais reticulação ou conexões moleculares. Nessas amostras, a estrutura cristalina também pareceu bloquear os poros dentro do concreto, tornando as misturas mais densas e, portanto, mais fortes. "Em um nível nano, este plástico irradiado afeta a cristalinidade do concreto", diz Kupwade-Patil, um dos estudantes envolvidos na pesquisa. "O plástico irradiado tem alguma reatividade, e quando se mistura com cimento Portland e cinzas volantes, os três juntos dão a fórmula mágica do concreto mais forte", salienta.

Segundo ele, foi observado também que quanto maior a dose irradiada, maior a força do concreto. Isso leva a crer que são necessárias mais pesquisas para adaptar a mistura e otimizar o processo com a irradiação para os resultados mais efetivos.

Para os próximos períodos, a equipe pretende ampliar a pesquisa e para isso planeja experimentar diferentes tipos de plásticos, juntamente com várias doses de radiação gama, para determinar seus efeitos sobre o concreto.

Por enquanto, porém, a descoberta é que substituir cerca de 1,5% do cimento por plástico irradiado pode melhorar significativamente a força do concreto. Embora pareça uma fração pequena, o professor Short calcula que a implementação em escala global pode conceber um impacto significativo na indústria cimentícia.