Sobre as origens pré-industriais do material cimentício, e a pozolana como material vulcânico usado no Panteão em Roma tido como sustentável

Material cimentício: pelo menos tão antigo como os gregos

Não está claro quando e onde a tecnologia de argamassa evoluiu para incorporar pedra-pomes e cinzas vulcânicas como um suplemento funcional. Um local plausível é o povoado de Akrotiri em Santorini (Grécia), onde foram encontradas evidências arqueológicas de fortes laços com a cultura minóica e onde grandes quantidades de cinzas vulcânicas altamente siliciosas adequadas estavam presentes. Esta terra designada por terra de Santorin tem sido usada como pozolana no Mediterrâneo Oriental até recentemente (Kitsopoulos e Dunham 1996).

Evidências do uso deliberado deste e de outros materiais vulcânicos pelos antigos gregos datam de pelo menos 500-400 aC, conforme descoberto na antiga cidade de Kamiros, Rodes (Efstathiadis 1978; Idorn 1997). Nos séculos seguintes, o conhecimento tecnológico espalhou-se para o continente (Papayianni e Stefanidou 2007) e acabou sendo adotado e aprimorado pelos romanos (Mehta 1987)

Distribuição global de rochas vulcânicas (áreas cinzas) 

e depósitos de materiais cimentícios naturais suplementares (pontos pretos). 

Imagem: Reviews in Mineralogy and Geochemistry 74(1)(2012)211-278

Fonte: R. Snellings, G. Mertens, J. Elsen, Supplementary Cementitious Materials, Reviews in Mineralogy and Geochemistry 74(1)(2012)211-278

Os romanos e o seu Panteão de... pozolana

O design notável do Panteão [em Roma] é frequentemente citado como um uso engenhoso do concreto mas a afirmação muitas vezes repetida de que os romanos foram os primeiros construtores a usar esse material é imprecisa. O concreto é uma mistura de cimento, agregados (areia, seixos) e água, e o cimento é produzido pelo processamento a alta temperatura de uma mistura cuidadosamente formulada e finamente moída de cal, argila e óxidos metálicos num forno rotativo inclinado. Não havia cimento no opus caementicium romano usado para construir o Panteão ou em qualquer outro edifício até os anos 1820s

O opus caementicium romano era uma mistura de agregados (areia, gravilha, pedras, muitas vezes também tijolos ou ladrilhos quebrados e água, mas seu agente de ligação não foi preparado num local de obras, e a combinação única de óxido de cálcio e areia vulcânica - escavada perto de Puteoli (atual Pozzuoli, a apenas alguns quilômetros a oeste do Monte Vesúvio) e conhecido como pulvere puteolano (mais tarde pozolana) — era um material resistente que podia endurecer mesmo debaixo de água. 

Embora inferior em comparação com o concreto moderno, o agregado pozolânico e uma cal de alta qualidade produziam um material forte o suficiente não apenas para paredes maciças e duráveis, mas também para grandes abóbadas e cúpulas (Lancaster 2005) O uso romano do opus caementicium atingiu seu apogeu de design no Panteão, cuja construção foi concluída em 126 CE durante o governo de Adriano. A grande cúpula, 43,3 m de diâmetro (o interior da estrutura poderia caber em uma esfera do mesmo diâmetro), nunca foi superada por mais nenhum construtor pré-industrial.

Fonte: V. Smil, Energy and Civilization: A History, The MIT Press, 2017, Massachusetts, EUA.

O que é pozolana, e a sua apreciada... sustentabilidade

A pozolana é um material silicioso ou silicioso e aluminoso que em si possui pouco ou nenhum valor cimentício, mas, em forma finamente dividida e na presença de humidade, reage quimicamente com hidróxido de cálcio a temperaturas ambiente para formar compostos com propriedades cimentícias. Portanto, é classificado como material cimentício. Existem pozolanas naturais e artificiais.

Fonte: American Concrete Institute

Uma das principais indústrias responsáveis pelas emissões de gases de efeito estufa é a indústria de cimento e concreto. A produção de cimento portland, um dos principais ingredientes do concreto, contribui para cerca de 7% das emissões totais de dióxido de carbono do mundo (Huntzinger e Eatmon 2009; Pacheco-Torgal et al. 2012).

(...) A investigação sobre pozolana natural ativada por álcali ou geopolímeros à base de pozolana natural é muito menos extensa do que estudos sobre cinzas volantes (fly ash) ativadas por álcalis, e geopolímeros à base de cinzas volantes. A Fig. 2 mostra que, embora tenha sido estimado que aproximadamente 5% da superfície sólida da Terra esteja coberta por rochas vulcânicas ou efusivas [de acordo com Lorenz (1985)], até hoje foram realizados estudos muito limitados, com os que existem a serem principalmente no Oriente Médio (Bondar et al. 2011a, b, 2012; Lemougna et al. 2011; Haddad e Alshbuol 2016; Ghafoori et al. 2016a).

(...) Com base nos resultados de Najimi et al. (2018) a Pozolana natural ativada por álcali e as cinza volantes (fly ash) provaram ser alternativas viáveis ao cimento portland. As composições químicas das fontes de cimento e aluminossilicato utilizadas são reportada na tabela abaixo.

Composição da pozolana natural em relação ao Cimento Portland e Fly Ash.

Fonte: Journal of Materials in Civil Engineering 30(6) 2018

Fonte:  M. Najimi, N. Ghafoori, B. Radke, K. Sierra, M. Sharbaf, Comparative Study of Alkali-Activated Natural Pozzolan and Fly Ash Mortars, Journal of Materials in Civil Engineering 30(6) 2018