Os pesquisadores da Escola Politécnica (Poli) e do Instituto de Física de São Carlos (IFSC), ambos da USP, desenvolveram uma metodologia complementar para os testes tradicionais de resistência do cimento. A inovação envolve a aplicação da ressonância magnética nuclear (RMN) de baixo campo, combinada com softwares inteligentes, sendo capaz de multiplicar a capacidade analítica dos laboratórios.

O teste de resistência avalia o potencial de ganho de resistência mecânica do cimento à medida que ele reage quimicamente com a água (hidratação). Os métodos atuais seguem normas técnicas rigorosas e padronizadas nacional e internacionalmente. A rotina de procedimentos ocorre nas seguintes etapas:

· Preparo da argamassa normatizada: O cimento não é testado puro. O laboratório mistura o cimento com água e uma areia normatizada, insumo padronizado de custo elevado e logística específica, com o objetivo de produzir uma argamassa de ensaio.

· Moldagem e cura de corpos de prova: A argamassa é moldada em moldes metálicos padronizados, compactada e levada a ambientes de cura com umidade e temperatura rigorosamente controladas.

· Rompimento destrutivo por compressão: Nas idades normativas, tipicamente aos 1, 3, 7 e 28 dias, os corpos de prova são submetidos à compressão axial em uma prensa hidráulica até a sua ruptura mecânica.

Gargalos dos testes convencionais

“Avaliar o cimento na fábrica exige isolar o comportamento do pó. Quando a indústria testa a resistência do cimento, ela busca aferir a qualidade e a homogeneidade do produto que sairá das moagens para o mercado”, resume Pedro Abrão, CEO da DCEMtech, a startup criada pelos pesquisadores da USP em parceria com a empresa Fine Instrument Technology (FIT).

Segundo ele, se o teste for feito diretamente no concreto, as variações de granulometria das britas e a umidade da areia introduziriam ruídos que mascarariam a real qualidade do cimento. Portanto, o teste de resistência do cimento é a primeira linha de defesa do controle de qualidade da cadeia produtiva.

Abrão lembra que, embora esse ensaio seja o padrão oficial para certificação de produto, ele apresenta limitações operacionais. A primeira delas é que a rotina de testes exige um trabalho braçal de técnicos de laboratório constante e gera alto consumo de areia normatizada.

O segundo gargalo é a baixa frequência de amostragem: por ser um processo lento e custoso, uma planta cimenteira realiza tipicamente apenas dois a três ensaios de resistência por dia por tipo de cimento. Essa amostragem é feita com base em misturas médias de amostras coletadas ao longo de várias horas. Isso gera um descompasso, já que análises químicas e mineralógicas ocorrem continuamente a cada duas horas.

Outra questão envolve o tempo de confirmação definitiva de conformidade do cimento, que só acontece ao final do ciclo de cura de 28 dias. “Como as fábricas não têm capacidade de estocar a produção de quase um mês, o cimento é expedido ao mercado muito antes do resultado final de resistência ser conhecido”, explica o especialista.

Diferencial da tecnologia

Devido à impossibilidade de prever com exatidão a resistência final de 28 dias no momento do ensaque, as indústrias operam com uma margem de segurança elevada. Abrão destaca que estudos com mais de 150 cimentos comerciais brasileiros demonstraram que um cimento de classe 32 MPa entrega, em média, 37 MPa, enquanto um cimento de 40 MPa entrega cerca de 46 MPa.

Nesse ponto é que entra o diferencial da nova tecnologia. Ao reduzir o tempo do teste para somente três minutos por amostra e descartar a preparação pesada de argamassas, uma vez que o RMN elimina a necessidade de areia padronizada, a capacidade de medição do laboratório cresce. A frequência pode saltar da média de dois a três ensaios diários para 10 a 20 medições por tipo de cimento.

“Esse salto permite alinhar o monitoramento do desempenho físico da produção com a frequência das análises químicas de processo, identificando não conformidades operacionais quase em tempo real”, detalha Abrão.

Com a margem de erro do equipamento de RMN está limitada a no máximo ±2 MPa, a fábrica ganha confiabilidade para aproximar a resistência real do produto da meta da norma. Isso possibilita reajustar a receita do cimento, reduzindo o fator clínquer (substituindo-o por adições minerais sustentáveis), o que diminui diretamente os custos térmicos de produção e as emissões de dióxido de carbono por tonelada produzida.

Novas formulações com uso de IA

Historicamente, o RMN era pouco explorada em materiais cimentícios devido à interferência do ferro presente no cimento. Os pesquisadores superaram essa limitação ao desenvolver uma metodologia proprietária de aquisição de sinais e tratamento de dados dedicada. Com o aperfeiçoamento, a indústria de cimento deve manter o ensaio tradicional destrutivo com menor periodicidade, inclusive uma vez por semana, para validação e calibragem dos modelos.

A rotina de testes de bancada é simples, na avaliação do especialista, exigindo cerca de três dias de treinamento para os técnicos de laboratório, com possibilidade de automação via braços robóticos. Na prática, a tecnologia já está sendo usada no laboratório da Associação Brasileira do Cimento Portland (ABCP).

A presença do equipamento na ABCP permite testar continuamente os cimentos que a própria instituição certifica. Com a parceria, a ideia é acumular um volume grande de dados comparativos no ambiente institucional da associação para, no futuro, propor formalmente uma norma técnica de método alternativo de ensaio no Brasil.

Outro ganho da aquisição de dados em grande volume é a possibilidade de aplicação de agentes de IA para melhorar o processo de fabricação do cimento. Na rotina convencional, um laboratório gera cerca de 1.000 pontos de dados de resistência por ano por produto, volume considerado escasso para o treinamento eficiente de algoritmos de aprendizado de máquina (machine learning).

Ao digitalizar o processo, a fábrica de cimento pode gerar uma base maciça e contínua de dados primários digitais (Big Data), que serão usados para alimentar modelos preditivos avançados capazes de simular, com alta precisão, o comportamento de novas combinações de matérias-primas e aditivos.