Bioconcreto: como funciona e até que fissura ele fecha
Bioconcreto é um concreto que leva, misturados na massa, esporos de bactérias e o alimento delas. Quando uma fissura se abre e a água entra, as bactérias acordam, consomem o alimento e produzem carbonato de cálcio, o mesmo mineral do calcário, que vai fechando a abertura. Em laboratório, o material fechou fissuras de até 0,46 mm, contra 0,18 mm do concreto comum.
Este artigo explica como o bioconcreto funciona, com a reação química, a conta de quanto material é preciso para selar uma fissura e os limites que os próprios pesquisadores registram: precisa de água, tem prazo de validade medido em meses nos ensaios publicados e custa mais. As fontes são os artigos do grupo da Universidade de Tecnologia de Delft, que desenvolveu a técnica, e documentos técnicos de normas e órgãos públicos.
O que é bioconcreto e quem desenvolveu
A versão mais conhecida nasceu na Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda, onde o microbiologista Henk Jonkers trabalha no tema desde 2006, segundo o Instituto Max Planck de Bremen, de onde ele veio. A receita tem três partes: esporos de bactérias do gênero Bacillus que toleram o ambiente alcalino do concreto, lactato de cálcio como alimento e partículas de argila expandida que guardam os dois até a fissura aparecer, segundo o artigo de Wiktor e Jonkers (2011). As partículas têm de 2 a 4 mm, segundo o Instituto Max Planck.
O nome técnico em inglês é self-healing concrete, concreto autocicatrizante. A cicatrização por bactérias é uma das rotas; existem outras, com cápsulas de polímero ou aditivos minerais, que este artigo não cobre.
Por que uma fissura fina é um problema
O concreto protege o aço que está dentro dele. A solução dos poros do concreto tem pH entre 13,0 e 13,8, e nesse meio o aço forma uma película que mantém a corrosão desprezível, segundo a Administração Federal de Rodovias dos EUA. Quando cloretos chegam ao aço, a película se rompe em pontos, a corrosão começa e os produtos dela acabam rachando e soltando o concreto. Uma fissura aberta facilita a entrada de água e de cloretos até o aço.
Por isso as normas limitam a abertura das fissuras. Na NBR 6118, o limite para concreto armado vai de 0,4 mm em ambiente de agressividade fraca a 0,3 mm nas classes intermediárias e 0,2 mm na classe mais agressiva, segundo as notas de aula da Faculdade de Engenharia Civil da Unicamp (que citam a edição de 2003 da norma; confira a edição vigente antes de usar em projeto). O cálculo dos esforços que geram essas fissuras está em como calcular esforços em vigas de concreto.
Como as bactérias fecham a fissura: a reação
Enquanto o concreto está inteiro, os esporos ficam dormentes. Com a fissura, entram água e oxigênio, os esporos germinam e as bactérias oxidam o lactato de cálcio. O grupo de Delft descreve o processo em duas etapas, publicadas na revista HERON (Jonkers, 2011). Um aviso: o artigo grafa o lactato como Ca(C3H5O2)2 e usa 7 O2. Com a fórmula do lactato de cálcio registrada no NIST, Ca(C3H5O3)2, o balanço fecha com 6 O2. A versão abaixo é a nossa correção, conferida átomo a átomo:
1. Ca(C3H5O3)2 + 6 O2 → CaCO3 + 5 CO2 + 5 H2O
2. 5 CO2 + 5 Ca(OH)2 → 5 CaCO3 + 5 H2O
Na primeira, cada molécula de lactato vira uma de carbonato de cálcio e libera cinco de gás carbônico. Na segunda, esse gás reage com o hidróxido de cálcio que já existe na pasta de cimento e forma mais carbonato. Somando as duas, uma molécula de lactato pode render até seis de carbonato de cálcio. A reação consome oxigênio, e os pesquisadores usaram o consumo de oxigênio como evidência de que as bactérias estavam ativas.
Quanto material é preciso para fechar uma fissura
Com as massas molares do NIST (lactato de cálcio, 218,2 g/mol; carbonato de cálcio, 100,1 g/mol), 218,2 g de lactato rendem 100,1 g de carbonato só pela primeira reação, e até 6 × 100,1 = 600,6 g se todo o gás carbônico reagir na segunda.
Agora a fissura. Com 0,4 mm de abertura, 1 m de comprimento e 20 mm de profundidade, o volume é 0,04 cm × 100 cm × 2 cm = 8 cm³. A calcita, forma mais comum do carbonato de cálcio, tem densidade de cerca de 2,71 g/cm³ (valor de referência de mineralogia); para preencher tudo seriam 8 × 2,71 ≈ 21,7 g de carbonato.
Para produzir 21,7 g de carbonato, bastam 21,7 × 218,2 ÷ 600,6 ≈ 7,9 g de lactato no melhor caso (as duas reações completas), ou 21,7 × 218,2 ÷ 100,1 ≈ 47 g se só a primeira acontecer. É uma conta nossa e idealizada: na prática o selamento acontece perto da superfície, a fissura raramente é preenchida inteira e só parte do alimento está perto dela. Serve para mostrar a ordem de grandeza: gramas de alimento por metro de fissura. A fabricante Basilisk, criada a partir da pesquisa de Delft, indica dosagem de 4 a 7,5 kg do agente por metro cúbico de concreto, segundo a ficha do produto.
Até que largura o bioconcreto fecha
O número medido em laboratório e publicado em revista científica é 0,46 mm: depois de 100 dias com os corpos de prova mergulhados em água, o concreto com bactérias fechou fissuras de até 0,46 mm, e o concreto de controle, de até 0,18 mm, segundo Wiktor e Jonkers (2011). São 0,46 ÷ 0,18 ≈ 2,6 vezes a abertura que o concreto comum fecha sozinho.
Esse fechamento natural do concreto comum existe e tem nome, cicatrização autógena: o próprio cimento não hidratado e a carbonatação selam fissuras finas, em geral abaixo de 0,2 mm e na presença de água, como registra o artigo da HERON. O bioconcreto estende esse limite.
Números maiores circulam, e vale saber de onde vêm. Os próprios desenvolvedores falam em até 0,8 mm, com 15 kg de agente por metro cúbico, num artigo de 2019 na RILEM Technical Letters, e a ficha da Basilisk fala em até 1 mm. Todos esses números, inclusive o de 0,46 mm, vêm do grupo que desenvolveu a técnica ou da empresa que a vende, sem verificação independente que tenhamos encontrado. Comparando com a norma: o resultado de laboratório de 0,46 mm cobre a faixa de 0,2 a 0,4 mm que a NBR 6118 admite. A técnica mira as fissuras finas que o projeto já tolera; rachadura estrutural continua sendo outro problema.
Os limites: água, validade, resistência e preço
Precisa de água. O sistema só é ativado em concreto exposto à umidade, segundo o artigo de 2019, e o resultado de 0,46 mm foi obtido com imersão contínua. Em peça seca e abrigada, a bactéria não acorda.
A validade medida é de meses. Esporos misturados direto na pasta de cimento continuaram viáveis por 2 a 4 meses, conforme o ensaio (HERON, 2011; Jonkers e colegas, 2010); protegidos nas partículas de argila, por mais de 6 meses, segundo o artigo da HERON. O próprio Instituto Max Planck repete que as bactérias sobreviveriam até 200 anos dentro do concreto, mas os ensaios publicados que encontramos mediram meses.
Pode enfraquecer o concreto. No ensaio da HERON, trocar metade do volume de agregado por argila expandida reduziu a resistência à compressão aos 28 dias em cerca de 50%. A versão comercial usa doses bem menores, e a fabricante diz que o efeito é desprezível; é uma afirmação dela, sem ensaio independente que tenhamos encontrado.
Custa mais. O Instituto Max Planck cita 80 euros por metro cúbico para o concreto convencional e de 85 a 100 euros para o autocicatrizante, numa estimativa de 2015, antes do lançamento comercial. O acréscimo seria de 5 ÷ 80 ≈ 6% a 20 ÷ 80 = 25% (conta nossa). Não encontramos custo publicado em revista científica.
Faltam dados de longo prazo. Há testes de campo, como um trecho de canal de irrigação em Cruzsacha, nos Andes do Equador, relatado pela revista da universidade em 2014, e um tanque de tratamento de esgoto e um reservatório de água citados no artigo de 2019, que diz que eles seriam monitorados nos anos seguintes. Os tipos de concreto já consolidados estão no guia dos tipos de concreto.
Perguntas frequentes
O bioconcreto já é usado em obras?
Em obras de demonstração e em produtos comerciais de nicho, como aditivos e argamassas de reparo. Ainda não é um material de uso corrente, e não encontramos norma brasileira específica para ele.
As bactérias do bioconcreto fazem mal?
As espécies usadas são bactérias do gênero Bacillus que toleram ambiente alcalino e formam esporos. Os artigos consultados não tratam de risco à saúde, e por isso este texto não afirma nada além disso.
O bioconcreto conserta rachaduras grandes?
O efeito medido vale para fissuras de décimos de milímetro. Rachadura larga, que indica problema estrutural, exige avaliação de engenheiro e reparo convencional.
O concreto comum também se fecha sozinho?
Um pouco. Fissuras muito finas, em geral abaixo de 0,2 mm, podem se fechar com o tempo na presença de água. Foi o que aconteceu com o concreto de controle do ensaio, que fechou até 0,18 mm.
Quanto tempo a fissura leva para fechar?
No ensaio de referência, o resultado foi medido depois de 100 dias de imersão em água. O tempo em obra depende de quanta água chega à fissura.
O bioconcreto funcionou em laboratório dentro de um intervalo estreito: fissuras de décimos de milímetro, em peças que recebem água, com um custo extra e ainda sem histórico longo de obra. É uma tecnologia para estruturas molhadas e de reparo difícil, como reservatórios, canais e subsolos. A história de como o concreto chegou até aqui está em a história do concreto, da Roma antiga até hoje, e outras tecnologias em fase de prova estão em inovações tecnológicas na engenharia.
