Novo material permite medir o grau de deterioração de estruturas de concreto com mais facilidade

Composto semelhante à argila torna possível avaliar in loco as condições estruturais de prédios, pontes e outras edificações, sem a necessidade de colher e transportar amostras para laboratórios

Julia Moióli | Agência FAPESP – Material fundamental no setor da construção civil, o concreto é a base de edifícios residenciais e comerciais, barragens, pontes e viadutos. Sua vida útil, no entanto, é limitada e deve ser monitorada para garantir a segurança dessas estruturas. Para promover análises mais rápidas, baratas e no próprio local, sem a necessidade de levar amostras a laboratórios, pesquisadores do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP) e da Universidade de Leuven (Bélgica) desenvolveram um material cujo brilho, quando exposto à radiação ultravioleta, pode apontar a presença de compostos indicadores da deterioração do concreto. Os resultados foram publicados no periódico Chemical Communications, ilustrando também a capa principal da revista.

Construções de concreto duram, em média, 50 anos. Isso porque, entre outros fatores, a constante absorção de água, sais e gases da atmosfera causa a acidificação do concreto. Esse fenômeno abre espaço para que a armação metálica existente dentro de colunas e outros elementos estruturais seja atingida e enferruje, diminuindo drasticamente sua capacidade de suportar peso. Mas essa vida útil pode ser estendida caso medidas preventivas adequadas sejam tomadas – por exemplo, a adição de camadas protetivas que dificultem a entrada de dióxido de carbono (CO2) pela superfície exposta da estrutura. Para que essa intervenção ocorra a tempo, é fundamental conhecer e caracterizar o grau de deterioração da estrutura.

Nesse cenário, a principal dificuldade hoje em dia é justamente constatar a obsolescência: é preciso perfurar edificações, retirar amostras de concreto e levá-las ao laboratório para testes. Além de trabalhoso e complexo, principalmente em pontos de difícil acesso, esse método causa alterações na estrutura, fazendo com que o concreto possivelmente já degradado passe a se desgastar ainda mais rapidamente – especialmente se o procedimento não for realizado da maneira correta.

Neste estudo financiado pela FAPESP (projetos 15/19210-0, 18/13837-0, 19/25665-1 e 22/01314-8), os pesquisadores do Laboratório de Nanomateriais e Aplicações (LNA) do IF-USP desenvolveram um material que pode ser utilizado para medir o grau de deterioração do concreto. Chamado de hidróxido duplo lamelar, recebeu a adição de íons Eu³⁺ (európio trivalente), que possuem propriedades luminescentes.

Testes de laboratório mostraram que, exposto à luz ultravioleta (UV), o brilho do material muda de acordo com a quantidade de carbonato absorvido em sua estrutura, um efeito que pode ser explorado para detectar a deterioração do concreto. Quanto mais vermelho for o brilho do material, maior absorção de carbonato ocorreu e mais degradada está a estrutura.

“O grande avanço é que o material pode ajudar a determinar em tempo real como o concreto presente em uma estrutura está se deteriorando e quando uma manutenção na estrutura será necessária, sem a necessidade de furos ou ainda de esperar uma análise laboratorial”, diz Alysson Ferreira Morais, bolsista de pós-doutorado da FAPESP na ocasião do estudo e primeiro autor do artigo.

“Isso agiliza a tomada de decisão, facilita a realização de manutenção preventiva e contribui para evitar acidentes que podem custar vidas e causar danos consideráveis à economia.”

De acordo com os cientistas, a próxima etapa é desenvolver o sensor luminescente propriamente dito e testar o conjunto em condições reais. Com isso, será possível até mesmo checar fatores mais específicos, como a resistência do material às condições climáticas e sua estabilidade dentro do concreto.

Segurança, custo e pegada de carbono

Além de contribuir para a manutenção da segurança das edificações, o novo método tem potencial para trazer benefícios em dois outros quesitos fundamentais na economia atual: custos e redução de carbono.

“Quanto mais tempo durar uma construção, menor será a necessidade de se investir em novas estruturas”, afirma Danilo Mustafa, professor do IF-USP e coordenador do estudo. “Também significa contribuir para baixar as emissões de gases de efeito estufa, já que os números globais indicam que 8% delas vêm justamente do setor de construção, pela produção de concreto e pela construção de edificações e outras obras.”

O estudo também contou com a participação de pesquisadores da Universidade de Kiel (Alemanha) e foi apoiado pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), pelo Conselho Europeu de Investigação e pelo programa Horizonte Europa da União Europeia.

O artigo Eu³⁺doped ZnAl layered double hydroxides as calibrationless, fluorescent sensors for carbonate pode ser lido em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/cc/d3cc03066k.