Projetando a si mesmo

24 de março de 2015

pela Universidade de Cambridge

Estradas que se auto-reparam, pontes cheias de bolhas de primeiros socorros, prédios com artérias... não uma fantasia futurista, mas uma possibilidade muito real com concreto 'inteligente'.

A pele é renovável e auto-reparável – nossa primeira linha de defesa contra o desgaste da vida cotidiana. Se danificado, uma miríade de processos de reparo entra em ação para proteger e curar o corpo. Os fatores de coagulação selam a ruptura, forma-se uma crosta para proteger a ferida de infecção e os agentes de cicatrização começam a gerar um novo tecido.

Inspirando-se neste notável pacote de saúde viva, os pesquisadores estão se perguntando se a detecção e reparo de danos podem ser projetados em um material bem diferente: concreto.

Seu objetivo é produzir um 'material para a vida', um com um sistema de primeiros socorros embutido que responda a todos os tipos de danos físicos e químicos por auto-reparo, repetidamente.

Os materiais de autorregeneração foram eleitos uma das dez principais tecnologias emergentes em 2013 pelo Fórum Econômico Mundial e estão sendo ativamente explorados na indústria aeroespacial, onde oferecem benefícios em segurança e longevidade. Mas talvez uma área em que a autocura possa ter o efeito mais difundido seja na indústria de construção baseada em concreto.

O concreto está em todos os lugares que você olha: em edifícios, pontes, autoestradas e represas. Também está em lugares que você não pode ver: fundações, túneis, instalações subterrâneas de lixo nuclear e poços de petróleo e gás. Depois da água, o concreto é o segundo produto mais consumido na Terra; tonelada por tonelada, é utilizado anualmente o dobro do aço, alumínio, plástico e madeira juntos.

Mas, como a maioria das coisas, o concreto tem uma vida útil finita. "Tradicionalmente, a engenharia civil incorpora redundância de projeto para garantir que a estrutura seja segura, apesar de uma variedade de eventos adversos. Mas, a longo prazo, o reparo e eventual substituição são inevitáveis", disse o professor Abir Al-Tabbaa, do Departamento de Engenharia e líder do componente Cambridge do projeto de pesquisa.

O Reino Unido gasta cerca de £ 40 bilhões por ano no reparo e manutenção de estruturas existentes, principalmente de concreto. No entanto, reparar e substituir estruturas de concreto causa interrupções e contribui para o já alto nível de emissões de dióxido de carbono resultantes da fabricação de cimento. E se a vida útil de todas as estruturas de concreto novas e reparadas – e de qualquer material à base de cimento, incluindo rejunte e argamassa – pudesse ser estendida de uma média de várias décadas para o dobro, ou mais, por meio da autocura?

Em 2013, pesquisadores em Cambridge uniram forças com colegas das Universidades de Cardiff (que lideram o projeto) e Bath para criar uma nova geração de concreto 'inteligente' e outros materiais de construção à base de cimento.

"Tentativas anteriores neste campo focaram em tecnologias individuais que fornecem apenas uma solução parcial para a natureza multiescalar, espacial e temporal dos danos", explicou Al-Tabbaa. Por outro lado, este estudo, financiado pelo Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas, oferece uma excelente oportunidade para observar os benefícios de combinar vários 'pacotes de saúde' no mesmo pedaço de concreto.

"Como os muitos processos que ocorrem na pele, uma combinação de tecnologias tem o potencial de proteger o concreto de danos em várias escalas - e, além disso, fazer isso de uma forma que permite 'reabastecer' os agentes de cura ao longo do tempo", ela adicionado.

Danos mecânicos podem causar rachaduras, permitindo a entrada de água; o congelamento e o descongelamento podem forçar as rachaduras a se abrirem. A perda de cálcio do concreto para a água pode deixar as áreas descalcificadas quebradiças. E, se as fraturas forem profundas o suficiente para permitir que a água alcance as barras de aço de reforço, a corrosão e a desintegração significam o fim da estrutura.

A equipe em Cambridge está abordando os danos em nano/microescala desenvolvendo microcápsulas inovadoras contendo uma carga de agente de cura à base de minerais. É como ter um kit de primeiros socorros em uma bolha: a ideia é que gatilhos físicos e químicos façam com que as cápsulas se quebrem, liberando seus agentes cicatrizantes e selantes para reparar a lesão.