18 Oct 13

La nanotecnología aplicada al concreto

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*Artículo cortesía de Asociación Colombiana de Productores de Concreto – Asocreto

En 1959 el premio nobel Richard P. Feyman dictó una conferencia en el Instituto de Tecnología de California y, como una premonición, manifestó que la revolución industrial del futuro iba a estar encabezada por la nanotecnología. No se equivocó.

La nanotecnología es definida por Kim Eric Drexler como “el control de la materia basado en la manipulación, molécula por molécula, de productos y subproductos por medio de sistemas de alta precisión, así como productos y procesos de manufactura molecular, incluyendo el mecanismo molecular”.

En diferentes sectores industriales la nanotecnología ha sido implementada, la construcción ha sido una de ellas pero presenta cierto rezago si se compara con campos como el electrónico, el automovilístico y el químico donde se han conseguido resultados más consolidados e incluso comercializables.

Los principales avances en construcción son en el ámbito científico, se ha estudiado con mayor interés en la nanociencia de los materiales cementantes con un aumento del conocimiento y comprensión de los fenómenos a nanoescala (ej.: estructura y propiedades mecánicas de las fases hidratadas del cemento, interfaces en el concreto y mecanismos de degradación). También se ha progresado en el conocimiento a escala nanométrica, gracias al uso de técnicas como la microscopía electrónica, la microscopía de fuerza atómica, la resonancia magnética nuclear, entre otras.

El concreto puede ser nanomodificado mediante la incorporación de nanomateriales para controlar el comportamiento de los materiales y adicionar nuevas propiedades, o mediante la modificación de moléculas en las partículas de cemento, agregado y aditivos para aportar nuevas funcionalidades. Entre ellas están: concretos de baja resistividad eléctrica, capacidades autosensoras, capacidades de autolimpieza, capacidades de autoreparación de microfisuras, autocontrol de la corrosión, etc.

Nanomodificación de materiales cementantes

La nanomodificación es un campo emergente que se desarrolla con gran rapidez. La síntesis y ensamblaje de materiales de tamaño nanométrico ofrece posibilidades para desarrollar nuevos aditivos para cemento como superplastificantes, nanopartículas o nanorrefuerzos. Las técnicas de hibridación y anclaje de moléculas permiten manipular directamente la estructura de las fases cementantes. La nanomodificación puede tener lugar en varias localizaciones distintas: en las fases sólidas, en la fase líquida y en las interfaces, incluyendo interfaces sólido-líquido y sólido-sólido.

A pesar del potencial que presenta la nanomodificación, hay que superar una serie de limitaciones, incluyendo la correcta dispersión de los aditivos a nanoescala, el escalado de los resultados de laboratorio y su implementación industrial, y finalmente conseguir reducir el margen costo/beneficio.

Vista microscópica de la pasta de cemento hidratada

Imagen de un escaneo electrónico en microscopio de la pasta de cemento hidratada. Como producto de la hidratación del cemento, las partículas se unen entre sí y el espacio entre ellas es el volumen inicial ocupado por agua. Cortesía Eric Soroos y Ken Hover.

Nanotubos

Nuevas formas de carbono como el fullerene (C60) y nanotubos de carbono (CNTs) hacen parte del desarrollo contemporáneo. Los nanotubos de carbono se representan a veces como una hija de grafeno enrollada en un cilindro, con una específica alineación hexagonal de los anillos, en la punta. Para alcanzar un alto rendimiento energético, el diámetro específico favorable de un nanotubo de una sola pared (SWNT) es de aproximadamente 1,4 nm.

Las aplicaciones de los nanotubos incluyen dispositivos nanoelectrónicos (transistores) y son comúnmente utilizados para microscopios de sonda, sensores bioquímicos, soportes catalizadores, dispositivos de almacenamiento y separación de los gases, administración de medicamentos, tecnologías de auto-sanación, materiales compuestos y para mejorar las propiedades mecánicas de un material. Por ejemplo, en los nanotubos de súper alta resistencia a la tracción se estima una resistencia hasta más de 20 veces superior a la del acero tradicional (llegando a los 45 GPa) lo que permite determinar que esta tecnología es un componente de refuerzo ideal para las fibras modernas.

Nanotubos de carbono

Nanotubos de carbono, el componente de refuerzo ideal para las fibras modernas; otra posible aplicación es en el refuerzo de tramos largos o estructuras de gran altura soportadas por cables. Flickr – ghutchis.

Otros materiales

Tres grupos de nanomateriales se encuentran bajo el mismo rango atómico, y es posible medir la dureza y resistencia de los componentes a nivel microscópico y nanoscópico. Ciertas propiedades más específicas fueros descubiertas en un material de nanoestructura amorfa de cristales C – S – H, desarrollado como material de pintura y acabado con propiedades de auto-limpieza, resistencia a la decoloración, protección anti – grafiti y elevada resistencia al desgaste, apariencia de baldosa con auto-limpieza, y pinturas y morteros basados en tecnología de fotocatálisis; las finas capas nanométricas protegen al refuerzo contra la corrosión, como también para mejorar al aislamiento térmico de los cristales de las ventanas.

Entre los nuevos polímeros en nanoingeniería se encuentran los superplastificantes de alta eficiencia para mezclas de concreto y fibras de alta resistencia con capacidad excepcional de absorción de energía. Las nanopartículas como el sílice, son aditivos muy efectivos para mezclas poliméricas y para el concreto, lo cual hace parte de los trabajos que buscan aumentar el rendimiento y la auto-compactación del concreto sin afectar la trabajabilidad y la resistencia del concreto a base de cemento Pórtland, una de las materias primas de mayor consumo en todo el mundo. El Pórtland es uno de los materiales más importantes, pero a la vez uno de los menos estudiados para mejorar su potencial.

Desde el punto de vista de la ingeniería, y para mejor entendimiento y precisión, la estructura compleja con base cementicia a escala nano, se encuentra aparentemente en evolución hacia una nueva generación para ofrecer un concreto más resistente y durable, con mejor respuesta a la tracción-deformación y más amplio rango de propiedades como la conductividad eléctrica, temperatura, humedad y otras.

Mientras tanto, los nuevos concretos avanzan hacia un desarrollo sostenible, hacia la reducción de su costo y del consumo de energía durante su producción, en esencia, mejorando todas las condiciones que exige la demanda actual. Los nanoligantes, o materiales nanocementantes de ingeniería con nanocomponentes cementicios y partículas de escala nano, integrarán la nueva escala de innovación y desarrollo.

Microfibras desarrolladas con nanocomponentes.

Microfibras desarrolladas con nanocomponentes. Flickr – CORE-Materials.

Bibliografía

  • Konstantín Sobolev y Miguel Ferrada Gutiérrez, Universidad Autónoma de Nuevo León, San Nicolás de los Graza, México.
  • María José López Tendero, Dirección Nanomateriales, Aidico.

Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.  


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Sobre el autor

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Redacción 360° en concreto otro Ciudad: País: Colombia

Comunicadora Social y Periodista de la Universidad de Antioquia (2007). Especialista en Mercadeo de la universidad EAFIT (2015). Actualmente me desempeño como Jefe de Estrategia Digital en Argos. Como redactora he cubierto temas de cultura, medio ambiente e industria. Amo el arte en todas sus expresiones.


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One Response to La nanotecnología aplicada al concreto

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    Gabriel Reyes says:

    quisiera recibir a mi mail informacion de novedades de concreto y de la nanotecnología en el mismo

    Responder a este comentario

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