p O mundo de concreto que nos rodeia deve sua forma e durabilidade a reações químicas que começam quando o cimento Portland comum é misturado à água. Agora, Cientistas do MIT demonstraram uma maneira de observar essas reações em condições do mundo real, um avanço que pode ajudar os pesquisadores a encontrar formas de tornar o concreto mais sustentável. p O estudo é um "momento Irmãos Lumière pela ciência concreta, "diz o co-autor Franz-Josef Ulm, professor de engenharia civil e ambiental e diretor do MIT Concrete Sustainability Hub, referindo-se aos dois irmãos que inauguraram a era dos filmes projetados. Da mesma forma, Ulm disse, a equipe do MIT forneceu um vislumbre da hidratação do cimento em estágio inicial que é como um cinema em Technicolor em comparação com as fotos em preto e branco de pesquisas anteriores.

p O cimento em concreto contribui com cerca de 8 por cento das emissões mundiais de dióxido de carbono, rivalizando com as emissões produzidas pela maioria dos países individualmente. Com uma melhor compreensão da química do cimento, os cientistas poderiam potencialmente "alterar a produção ou alterar os ingredientes para que o concreto tenha menos impacto nas emissões, ou adicionar ingredientes que são capazes de absorver ativamente dióxido de carbono, "diz Admir Masic, professor associado de engenharia civil e ambiental.

p Tecnologias de última geração, como impressão 3D de concreto, também podem se beneficiar da nova técnica de imagem do estudo, que mostra como o cimento se hidrata e endurece no local, diz o estudante de pós-graduação da Masic Lab, Hyun-Chae Chad Loh, que também trabalha como cientista de materiais na empresa Black Buffalo 3D Corporation. Loh é o primeiro autor do estudo publicado na ACS's Langmuir , juntando-se a Ulm, Masic, e pós-doutorado Hee-Jeong Rachel Kim.

p Cimento desde o início

p Loh e seus colegas usaram uma técnica chamada microespectroscopia Raman para ver mais de perto as reações químicas específicas e dinâmicas que ocorrem quando a água e o cimento se misturam. A espectroscopia Raman cria imagens ao lançar uma luz laser de alta intensidade sobre o material e medindo as intensidades e os comprimentos de onda da luz à medida que é espalhada pelas moléculas que compõem o material.

p Diferentes moléculas e ligações moleculares têm suas próprias "impressões digitais de dispersão, "portanto, a técnica pode ser usada para criar imagens químicas de estruturas moleculares e reações químicas dinâmicas dentro de um material. A espectroscopia Raman é frequentemente usada para caracterizar materiais biológicos e arqueológicos, como Masic fez em estudos anteriores de nácar e outros materiais biomineralizados e concretos romanos antigos.

p Usando microespectroscopia Raman, os cientistas do MIT observaram uma amostra de cimento Portland comum colocada debaixo d'água sem perturbá-la ou interromper artificialmente o processo de hidratação, imitando as condições do mundo real de uso do concreto. Em geral, um dos produtos de hidratação, chamado portlandita, começa como uma fase desordenada, se infiltra em todo o material, e então cristaliza, a equipe de pesquisa concluiu.

p Antes disso, "os cientistas só puderam estudar a hidratação do cimento com propriedades de massa média ou com um instantâneo de um ponto no tempo, "diz Loh, "mas isso nos permitiu observar todas as mudanças quase continuamente e melhorou a resolução de nossa imagem no espaço e no tempo."

p Por exemplo, hidrato de silicato de cálcio, ou C-S-H, é o principal ingrediente de ligação no cimento que mantém o concreto unido, "mas é muito difícil de detectar devido à sua natureza amorfa, "Loh explica." Vendo sua estrutura, distribuição, e como ele se desenvolveu durante o processo de cura foi algo incrível de se observar. "

p Construindo melhor

p Ulm diz que o trabalho guiará os pesquisadores enquanto eles experimentam novos aditivos e outros métodos para reduzir as emissões de gases de efeito estufa do concreto:"Em vez de 'pescar no escuro, 'agora somos capazes de racionalizar, por meio desta nova abordagem, como as reações ocorrem ou não, e intervir quimicamente. "

p A equipe usará a espectroscopia Raman enquanto passam o verão testando como diferentes materiais cimentícios capturam dióxido de carbono, Masic diz. "Rastrear isso até agora tem sido quase impossível, mas agora temos a oportunidade de acompanhar a carbonatação em materiais cimentícios que nos ajudam a entender para onde vai o dióxido de carbono, quais fases são formadas, e como alterá-los para potencialmente usar o concreto como sumidouro de carbono. "

p A imagem também é crítica para o trabalho de Loh com impressão 3D de concreto, que depende da extrusão de camadas de concreto em um processo precisamente medido e coordenado, durante o qual a lama líquida se transforma em concreto sólido.

p "Saber quando o concreto vai endurecer é a questão mais crítica que todos estão tentando entender" na indústria, ele diz. "Fazemos muitas tentativas e erros para otimizar um projeto. Mas monitorar a química subjacente no espaço e no tempo é fundamental, e esta inovação habilitada para a ciência terá impacto sobre as capacidades de impressão de concreto da indústria de construção. "

p Este trabalho foi parcialmente financiado pelo programa de bolsas da Fundação Educacional Kwanjeong.