Infelizmente, o concreto não dura para sempre. A devastação do tempo também afeta as estruturas de concreto na Suíça. Não são apenas estruturas reforçadas como pontes afetadas, mas também edifícios de concreto sem qualquer reforço, como paredes de barragens. Uma das causas é conhecida como reação álcali-agregado (AAR). Pode afetar todas as estruturas de concreto ao ar livre.

Com AAR, os ingredientes básicos do concreto são, na verdade, o problema:o cimento - o principal componente do concreto - contém metais alcalinos, como sódio e potássio. A umidade no concreto reage com esses metais alcalinos para formar uma solução alcalina. Os principais componentes do concreto são areia e cascalho, que por sua vez contêm silicatos como quartzo ou feldspato. A água alcalina reage com esses silicatos e forma um denominado silicato de cálcio alcalino hidratado. Este mineral acumula umidade em sua estrutura, o que faz com que ele se expanda e rache gradualmente o concreto por dentro.

O que é impressionante aqui:a mesma reação química ocorre em vários pedaços de cascalho dentro do concreto; as pequenas pedras racham uma a uma. A pressão que pode ser exercida sobre uma estrutura inteira devido a esta micro-reação é enorme:a parede de uma barragem, por exemplo, pode expandir em alguns decímetros. Isso pode causar danos aos pontos de conexão laterais com a rocha ou deformações na área da eclusa. A reação ocorre gradualmente, com o primeiro dano só se tornando perceptível nas estruturas afetadas depois de dez a 15 anos. Contudo, o inchaço contínuo do concreto pode reduzir seriamente a vida útil das estruturas.

Em 2015, uma equipe de cientistas da Empa e do Instituto Paul Scherrer (PSI) conseguiu identificar a estrutura do cristal aquoso que desencadeia o inchaço no concreto. Essa estrutura já havia sido objeto de muitas especulações.

A descoberta inspirou um projeto de pesquisa interdisciplinar financiado pela Swiss National Science Foundation (SNSF). Além da Empa e PSI, dois institutos EPFL também estão envolvidos. As atividades de pesquisa são coordenadas pelo pesquisador da Empa Andreas Leemann. “Queremos estudar e compreender AAR em todas as dimensões, desde o nível atômico e escalas de comprimento na faixa de Angstrom até estruturas inteiras em uma escala de centímetros e metros, "explica Leemann.

Seis projetos cobrem todas as dimensões

Seis subprojetos foram definidos no projeto SNSF Sinergia:PSI está usando radiação síncrotron para estudar a estrutura dos produtos de reação a fim de explicar suas fontes. Os principais parâmetros para desencadear os silicatos e a composição dos produtos de reação formados no início estão sendo estudados na EPFL; além disso, simulações de computador estão sendo usadas para investigar o impacto do inchaço nas estruturas.

E na Empa, a formação das fissuras no concreto está sendo investigada em resolução espacial e temporal por meio de tomografia computadorizada no Centro de Raios-X da Empa, e os cristais aquosos estão sendo sintetizados no laboratório. Isso permite que os pesquisadores obtenham quantidades maiores da substância normalmente encontrada em rachaduras do tamanho de nanômetros a micrômetros em pedaços de cascalho. Somente com grandes quantidades da substância em questão as propriedades físicas podem ser determinadas com precisão, Contudo. As descobertas não devem apenas ajudar a entender o AAR muito melhor, eles também devem revelar maneiras de evitar danos - e, portanto, custos. "Já estamos no meio de decodificar o fenômeno, que só foi entendido em fragmentos até agora, "diz Leemann. O projeto de quatro anos teve início em maio de 2017. Os primeiros resultados já foram alcançados. A próxima etapa envolverá vincular os grupos individualmente mais estreitamente e construir a partir dos resultados dos parceiros. No final, isto deve produzir uma imagem mais completa da RAA que permite que o estado e o risco das estruturas de concreto sejam medidos de forma mais eficaz e o destino dos edifícios afetados seja supervisionado de forma mais científica.