Medidas de reflexão e transmissão em micro-ondas para avaliar a reação da água em geopolímeros com diferentes precursores

Concreto mais verde sob o microscópio

O concreto está em toda parte, mas a fabricação de seu ingrediente principal — o cimento Portland — libera grandes quantidades de dióxido de carbono. Geopolímeros, uma nova classe de ligantes “verdes” feitos a partir de subprodutos industriais em vez de cimento, prometem reduzir bastante essas emissões. Ainda assim, para usá‑los com segurança em edifícios e pontes, os engenheiros precisam entender o que acontece com a água dentro desses materiais à medida que endurecem. Este estudo explora uma maneira engenhosa e não destrutiva de observar esse comportamento invisível da água usando micro‑ondas, potencialmente oferecendo aos construtores uma nova ferramenta para monitorar concretos ecológicos em tempo real.

De blocos de cimento a materiais de construção mais limpos

O concreto convencional depende do cimento produzido em fornos de alta temperatura, um processo que responde por cerca de 7% das emissões globais de CO₂. Geopolímeros substituem grande parte desse cimento por pós alumino‑silicatos, como cinza volante de usinas térmicas, escória granulada de alto‑forno moída da siderurgia e argila calcinada conhecida como metacaulim. Quando esses pós são misturados com líquidos alcalinos, formam um material endurecido, similar a uma rocha, sem a etapa intensiva de calcinação, podendo reduzir as emissões em até 80%. Mas a forma como a água se move e muda de estado durante esse processo de ligação é mais complexa do que no cimento comum, e influencia fortemente a resistência, durabilidade e fissuração.

Usando micro‑ondas como um raio‑X suave

Moléculas de água interagem fortemente com micro‑ondas, o que significa que pequenas mudanças em como a água é retida dentro de um material podem ser detectadas como alterações no sinal de micro‑ondas que o atravessa. Os pesquisadores usaram um tubo metálico retangular padrão, chamado guia de ondas, conectado a um analisador vetorial de rede — um instrumento de micro‑ondas preciso. Pastas de geopolímero frescas feitas de cinza volante (FA), escória (GGBFS) e metacaulim (MK) foram vertidas no guia de ondas e deixadas ali por cerca de 30 horas enquanto micro‑ondas eram enviadas e os sinais refletidos e transmitidos eram registrados. Duas soluções alcalinas diferentes, com razões de silicato de sódio para hidróxido de sódio de 1 e 2,5, permitiram à equipe variar o conteúdo e a química da água sem alterar a configuração básica.

Ouvindo as transformações ocultas da água

O insight chave foi que a quantidade de energia de micro‑ondas que atravessava a amostra (transmissão) era muito mais sensível às mudanças internas do que a quantidade que ricocheteava na superfície (reflexão). A reflexão mudou menos de meio decibel quando a espessura da amostra dobrou, enquanto a transmissão variou até 35 decibéis, revelando claramente o que acontecia internamente. Ao monitorar a transmissão ao longo do tempo e extrair uma propriedade elétrica chamada permissividade, a equipe pôde inferir se a água estava presente como água móvel “livre” ou como água mais fortemente ligada “retida”. Pesagens cuidadosas mostraram que todas as amostras perderam menos de 2,5% de sua massa, portanto o sinal de micro‑ondas em mudança refletia principalmente como a água se ligava dentro da estrutura, e não simplesmente a evaporação.

Pós diferentes, histórias diferentes sobre a água

Cinza volante e escória, que ambos contêm cálcio em quantidade significativa, comportaram‑se de forma semelhante ao cimento tradicional: conforme as misturas endureciam, a água livre gradualmente tornava‑se ligada à rede sólida em formação, e a transmissão de micro‑ondas aumentava na mesma medida. O pó de cinza volante apresentou perda de micro‑ondas especialmente alta, o que significa que absorveu mais do sinal e produziu mudanças mais fortes. O metacaulim, com muito pouco cálcio, apresentou uma história diferente. Para uma das soluções, o material pareceu absorver água adicional em sua estrutura fina e reativa ao longo do tempo, reduzindo a transmissão à medida que mais água agia como uma esponja de micro‑ondas. Para a outra solução, o metacaulim mostrou uma mudança mais parecida com a do cimento, de água livre para água ligada. Imagens de microscopia (MEV) e análises químicas (EDS) confirmaram que o metacaulim formou a microestrutura mais densa e menos fissurada, enquanto a cinza volante era mais porosa e parcialmente reagida.

O que isso significa para edifícios futuros

Em termos simples, o estudo mostra que a transmissão de micro‑ondas pode atuar como um estetoscópio para concretos verdes, ouvindo como a água passa de solta a presa à medida que o material ganha resistência. Revela que diferentes pós industriais não endurecem todos da mesma forma: cinza volante e escória ricas em cálcio seguem uma via semelhante à hidratação, enquanto o metacaulim de baixo cálcio pode mostrar a tendência oposta dependendo da solução ativadora. Esse método de monitoramento não destrutivo pode ajudar engenheiros a otimizar dosagens de mistura, regimes de cura e controle de qualidade para concretos geopoliméricos, acelerando a adoção segura de materiais de construção de menor carbono em estruturas reais.

Citação: Hasar, U.C., Korkmaz, H. Microwave reflection and transmission measurements for evaluating water reaction within geopolymers with different precursors. Sci Rep 16, 7759 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36602-2

Palavras-chave: concreto geopolymer, sensoriamento por micro-ondas, retenção de água, cinza volante escória metacaulim, construção sustentável