Efeito sinérgico do pó de borracha e da nano-sílica na estrutura de poros e na resistência ao gelo do concreto

Por que o concreto trincado em montanhas frias importa

Em muitas regiões de alta montanha, barragens de concreto, vertedouros e usinas hidrelétricas enfrentam centenas de ciclos de gelo-degelo por ano. A água penetra em pequenos poros do concreto, congela, expande e aos poucos abre caminho no material. Os engenheiros normalmente protegem essas estruturas misturando aditivos que criam bolhas de ar protetoras, mas esses produtos funcionam mal em grandes altitudes, onde a pressão do ar é baixa. Este estudo explora uma ideia diferente: usar borracha finamente moída de pneus descartados junto com pó de sílica ultrafino para redesenhar os “espaços de respiração” internos do concreto para que ele suporte melhor o frio extremo.

Transformando pneus velhos em minúsculos colchões de segurança

Os pesquisadores concentraram-se em como dar espaço à água que congela para expandir sem rasgar o concreto. Em vez de contar apenas com as bolhas de ar tradicionais, eles incorporaram pó de borracha muito fino feito a partir de pneus descartados. No concreto endurecido, esses grãos de borracha atuam como pequenos bolsões flexíveis — “poros sólidos” — que se comportam de maneira semelhante a espaços vazios. Eles não suportam muita carga, mas podem se deformar e abrir espaço quando o gelo cresce. Os testes mostraram que, conforme mais pó de borracha foi adicionado, a quantidade total de vazios internos aumentou acentuadamente, de modo semelhante ao que ocorre quando se usam aditivos formadores de ar especiais. Importante: esses poros sólidos ajudaram a aproximar as bolhas entre si, o que reduz a tensão causada quando a água nos poros congela.

Ajustes finos com sílica em escala nanométrica

A borracha isoladamente tem desvantagens: pode reduzir a resistência do concreto e gerar alguns vazios grandes e prejudiciais. Para compensar isso, a equipe adicionou nano-sílica — partículas extremamente pequenas de dióxido de silício. Essas partículas reagem com o cimento e preenchem lacunas na pasta endurecida, especialmente os poros maiores que enfraquecem o concreto. Quando a nano-sílica foi combinada com o pó de borracha, o número de poros grandes diminuiu e a estrutura passou a ter muitos espaços pequenos e bem distribuídos. O teor total de ar voltou a níveis próximos aos do concreto comum, mas uma maior parcela dos vazios remanescentes era composta pelos úteis poros sólidos em torno dos grãos de borracha, em vez de frágeis bolhas de ar.

Submetendo o novo concreto ao castigo gelo-degelo

Para avaliar o comportamento desse concreto modificado em condições severas, os pesquisadores congelaram e descongelaram repetidamente amostras em forma de cubo enquanto mediam sua resistência e a estrutura de poros interna. O concreto comum perdeu a maior parte de sua resistência após dezenas de ciclos, à medida que seus poros se tornaram mais grosseiros e fissuras se propagaram. Em contraste, o concreto que continha tanto pó de borracha quanto nano-sílica manteve cerca de quatro quintos de sua resistência original mesmo após cem ciclos. Imagens microscópicas mostraram que os poros sólidos à base de borracha e a pasta de cimento densificada ao redor deles ajudaram a absorver e distribuir as tensões causadas pela formação do gelo, retardando o crescimento de trincas e mantendo a rede de poros mais estável.

Como a organização interna dos poros muda ao longo do tempo

Medições detalhadas revelaram que, no concreto padrão, muitos dos menores poros gradualmente se transformaram em poros maiores à medida que o ciclo de gelo-degelo prosseguia, facilitando a ação danosa da água e do gelo. Nas misturas com borracha e nano-sílica, essa mudança foi muito mais fraca: a parcela de poros pequenos caiu apenas cerca de metade do observado na mistura comum, e o aumento de poros grandes e perigosos foi apenas uma fração do caso de controle. O espaçamento entre poros também mudou menos, de modo que a água teve menos caminhos contínuos para se mover e recongelar. Em essência, a combinação inteligente de poros sólidos e uma pasta mais densa criou um cenário interno mais resiliente, que resistiu melhor à deterioração de longo prazo.

O que isso significa para estruturas em regiões frias

Para não especialistas, a conclusão é direta: substituindo parte da areia por pó de borracha de pneus descartados e adicionando uma quantidade modesta de nano-sílica, os engenheiros podem produzir concreto que perde pouca resistência, mas ganha muita resistência em climas de congelamento. A borracha fornece bolsões flexíveis que aliviam a pressão do gelo em expansão, enquanto a nano-sílica adensa a estrutura para controlar vazios grandes prejudiciais. Como a borracha pode ser obtida de pneus sucateados locais e a nano-sílica é usada em doses pequenas, esse método é prático e ambientalmente favorável para projetos remotos em alta altitude. O estudo aponta uma maneira promissora de manter a infraestrutura crítica de concreto mais segura e duradoura onde o inverno é mais severo.

Citação: Feng, LY., Cao, HL., Shi, XW. et al. Synergistic effect of rubber powder and nano-silica on pore structure and frost resistance of concrete. Sci Rep 16, 11857 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36480-8

Palavras-chave: concreto resistente a geada, concreto com borracha, nano-sílica, durabilidade ao gelo-degelo, reciclagem de pneus usados