NANOTECNOLOGIA DEL CONCRETO Y DEL CEMENTO
¿QUE ES LA NANOTECNOLOGIA? NANOTECNOLOGIA? Existen muchas definiciones sobre la nanotecnología, en 1959 el premio nobel de física Richard P. Feyman dicto una conferencia en el instituto de tecnología de california y, como una premonic premonicin, in, manifest manifest !ue la revolución industrial del futuro futuro iba a estar encabe"ada por la nanotecnologa. nanotecnologa. #o se e!ui$oc. %a nano nanote tecn cnol olog ogía ía lo defi defini nire remo mos s como como &el &el cont contro roll de la mate materi ria a basa basado do en la manipu manipula laci cin, n, mol'cu mol'cula la por mol'cu mol'cula la,, de produ producto ctos s y subpro subproduc ductos tos por por medio medio de sistemas de alta precisin, así como productos y procesos de manufactura molecular, incluyendo el mecanismo molecular(. En difere diferente ntes s sector sectores es indust industria riales les la nanot nanotecn ecnolo ología gía ha sido sido imple implemen mentad tada a ! la construcción ha sido una una de ellas ellas pero pero prese presenta nta cierto cierto re"ago re"ago si se compa compara ra con campos como el electrnico, el automo$ilístico y el !uímico donde se han conseguido resultados m)s consolidados e incluso comerciales.
"IG N#$% &ani'ulación controlada de las &ol(culas &ediante instru&entos de alta 'recisión
%#$ LA NANOTECNOLOGIA A)LICA*A AL CONC+ETO
%a nanotecnología es una de las )reas de in$estigacin m)s acti$as !ue comprenden un n*mero de disciplinas como la ingeniería ci$il y materiales de construccin. %os campos m)s acti$os son+ electrnica, la biomec)nica y re$estimientos. El inter's en el concepto de nanotecnología para el cemento portland, est) creciendo constantemente. ratar con el cemento y el concreto son+ la comprensin de la hidratacin de las partículas de cemento y el uso de ingredientes de tama-o nano, tales como al*mina y partículas de sílice. ay tambi'n un n*mero limitado de las in$estigaciones relacionadas con la fabricacin de nanocemento. /i el cemento, con el tama-o de nanopartículas puede ser fabricado y procesado, se abrir) un gran n*mero de oportunidades en los )mbitos de la cer)mica, compuestos de alta resistencia y electrnicos. Esto ele$ar) el estatus de cemento portland a un material de alta tecnología.
*efinición del nanoconcreto El nanoconcreto se define como un concreto hecho con partículas de cemento portland !ue son menos de 500 nanmetros como el agente de cementacin. ctualmente los tama-os de partículas de cemento $ariar desde unos pocos nanometros a un m)ximo aproximadamente de 100 micrmetros. En el caso del microcemento el tama-o medio de partícula se reduce a 5 micro metros. 2na orden de magnitud de la reduccin es necesaria para producir nano3cemento.
El concreto , nanotecnologa /e puede afirmar !ue el concreto utili"a la nanotecnología, ya !ue contiene las nanopartículas como ingredientes, como las partículas de agua y $acíos de aire. /in embargo, para reclamar el uso de la nanotecnología, tenemos !ue ser capaces de controlar la cantidad y los lugares de estas nano3ingredientes dentro de los productos finales. %as escalas de los distintos materiales !ue constituyen el concreto. /i somos capaces de crear herramientas !uímicas o mec)nicas para controlar a escala los nano3 poros y la colocacin de productos de hidratacin del silicato de calcio, entonces el concreto se con$ierte en un producto de la nanotecnología. %as acti$idades actuales de in$estigacin de la nanotecnología en concreto son+ la caracteri"acin de hidratacin del cemento, la influencia de la adicin de la nanosilíce en el concreto, la síntesis de cemento con nanopartículas y recubrimientos !ue se aplican para proteger el concreto.
Sntesis del ce&ento utili-ando nano'artculas En un proyecto apoyado por la #ational /cience Foundation 4#/F, se ha sinteti"ado la componentes del cemento portland tipo 6 con nanopartículas y se compar su propiedades con el de cemento comercial. %a microscopía de barrido electrnico 4/E7 y difraccin de Rayos 8 4R8 con los e!uipos !ue se utili"aron para e$aluar la morfología
y la estructura desinteti"ada del silicato tric)lcico 4:;/ y sus componentes. %as pruebas de hidratacin indicaron !ue el nanocemento tenía una $elocidad de hidratacin m)s r)pida !ue el cemento portland ipo 6 y 666. ambi'n la resistencia a la compresin del cemento sinteti"ado utili"ando nano3partículas result ser menor !ue la del cemento Portland ordinario. %os autores atribuyen esta reduccin a un n*mero de factores !ue incluyen+ la agregacin de partículas, la hidratacin r)pida, una ele$ada relacion agua3 cemento, y la falta de yeso.
Nano&odificación de &ateriales ce&entantes %a nanomodificacin es un campo emergente !ue se desarrolla con gran rapide". %a síntesis y ensambla
"IG#$ . i&agen de un escaneo electrónico en &icrosco'io de la 'asta de ce&ento /idratada# Co&o 'roducto de la /idratación del ce&ento! las 'artculas se unen entre si , el es'acio entre ellas es el volu&en inicial ocu'ado 'or el agua#
Nanotu0os de car0ono
%os nanotubos de carbono 4:#s hacen parte del desarrollo contempor)neo. %os nanotubos de carbono representan a $eces como una hi
se
la
"IG#$ 1 nanotu0os de car0ono! el co&'onente ideal 'ara las fi0ras &odernas2 otra 'osi0le a'licación es en el refuer-o de tra&os largos o estructuras de gran altura so'ortadas 'or ca0les
Las a'licaciones de los nanotu0os incluyen dispositi$os nanoelectrnicos 4transistores y son com*nmente utili"ados para microscopios de sonda, sensores bio!uímicos, soportes catali"adores, dispositi$os de almacenamiento y separacin de los gases, administracin de medicamentos, tecnologías de auto3sanacin, materiales compuestos y para me0 $eces superior a la del acero tradicional 4llegando a los ?5 @Pa lo !ue permite determinar !ue esta tecnología es un componente de refuer"o ideal para las fibras modernas.
"IG#$4 acero de refuer-o con nanotu0os de car0ono
El su'erce&ento El AsupercementoA es una me"cla de AclinBerA, cali"a cocida y principal materia prima del cemento, con AnanotubosA de carbono.
%os tubos de carbono, desarrollados, con t'cnicas nanom'tricas 4referente a la milmillon'sima parte del metro, proporcionaron al cemento mayor resistencia y duracin, adem)s de permitir la produccin de un material de me
"IG#$5 Ce&ento refor-ado con nanotu0os de car0ono 6ue i&'iden la 'ro'agación de una grieta
/eg*n Dos' %ui" %adeira 4in$estigador del supercemento menciona+ la nue$a t'cnica permite producir un saco de cemento refor"ado con nanotubos por unos 1 dlares por costal. AEl aumento de calidad es tan grande !ue
un aumento de 0,; por ciento de nanotubos de carbono al AclinBerA incrementa >5 por ciento la resistencia del cemento a la traccin.
%a resistencia a la comprensin aumenta C0 por ciento. 2na porosidad mayor, lo cual aumenta la residencia del material a la degradacin. El desgaste del nue$o cemento por la accin del ambiente es mucho menor, para !uien el nue$o material resol$er) el problema pro$ocado por el uso de cemento en construcciones !ue !uedan sumergidas en el mar, ya !ue el agua salada damnifica el material con$encional, pero no el nue$o.
Otros &ateriales res grupos de nanomateriales se encuentran ba
.#$ LA NANOTECNOLOGIA A)LICA*A AL CONC+ETO EN LA ACTUALI*A* La nanotecnologia del concreto , su 0eneficio en el a&0iente
7uchos ingenieros y científicos buscan mediante la manipulacin nanoestructural de cemento reducir las emisiones de dixido de carbono, debido de !ue el concreto es uno de los materiales m)s usados. %a industria de la construccin confía enormemente en datos empíricos, pero la realidad es !ue la física y la estructura del cemento no han sido lo suficientemente in$estigadas, para lle$arlo a un me.;5 millones de toneladas de concreto al a-o, lo cual indica !ue las industrias cementeras $an en ascenso. e no cambiar el proceso !ue conlle$a la reali"acin del concreto el da-o puede ser irre$ersible, tan solo la reduccin de emisiones de dixido de carbono en el mundo durante la fabricacin del cemento en hasta un 10 por ciento sería una gran contribucin de esta industria en cuestin del medio ambiente, ya !ue fabricar una tonelada de clínBer, materia prima del cemento, supone emitir casi una tonelada de :H>. ctualmente un grupo de científicos pertenecientes a la Facultad de 6ngeniería de la 2ni$ersidad de Iuenos ires 42I y el 6nstituto de ecnologías y :iencias de la 6ngeniería 6#E:6#3:H#6:E se encuentra en pleno desarrollo de un nue$o hormign sustentable. El ob
Estudios so0re &e3oras del concreto a trav(s de la nanotecnologa El grupo de científicos pertenecientes a la Facultad de 6ngeniería de la 2ni$ersidad de Iuenos ires 42I y el 6nstituto de ecnologías y :iencias de la 6ngeniería 6#E:6#3 :H#6:E, tambi'n se encuentran estudiando concretos con otras propiedades mediante la combinacin de las propiedades tradicionales con otras nue$as+ cementos conductores t'rmicos, conductores el'ctricos o magn'ticosG cementos inteligentes !ue se autoreparenG nue$os refuer"os para reempla"ar a las barras de metal en el concreto armado por barras de pl)stico refor"ado con fibra de $idrio y nanopartículas. J por el otro, la nanoingeniería, !ue estudia el agregado de nanoaditi$os para la generacin de nue$os materiales compuestos. Estos nue$os materiales tendr)n nue$as propiedades, como la de ser autolimpiantes, autorepararse, mayor ductilidad o tener autocontrol de fisuras. En otras palabras, seg*n el nanoaditi$o !ue se agregue se produce un efecto diferente en el cemento y se crea un nue$o tipo de material Por e
refuer"o como sí lo hace la microcelulosa. Pero e$itan la formacin de microgrietas, ya !ue estabili"an la me"cla en estado fresco. Htra opcin posible es usar como aditi$o nanotubos de carbono 4#:, !ue tambi'n poseen gran resistencia y alta conducti$idad. /e agregan en una proporcin muy pe!ue-a y pueden usarse para hormigones de alta performance para puentes o en estructuras pretensadas. Pero, adem)s, se pueden utili"ar en nue$os cementos inteligentes en $ías, para !ue el propio camino permita transmitir se-ales el'ctricas o magn'ticas.
"IG#$7 8Concreto -eolitico9 consideraron 6ue este concreto a0ate los costos de o0ra directa ,a 6ue se utili-a el suelo del sitio 'ara ce&entar! es decir ,a no /a, acarreo de arena , grava! reduciendo el tie&'o de e3ecución , 'rolonga la dura0ilidad de las o0ras
Nanoaditivos 'ara el concreto 8la nanoslice9 2no de los productos !ue est) entrando con m)s fuer"a en el mercado de la construccin son los nanoaditi$os para el concreto. En este caso, no estamos ante materiales controlados )tomo por )tomo durante el proceso de fabricacinG las nue$as t'cnicas han sido utili"adas slo durante la fase de desarrollo del producto. %a microsílice es uno de los productos para el concreto m)s ampliamente usados en todo el mundo desde hace m)s de ochenta a-os. /us propiedades han permitido obtener concretos de alta resistencia, impermeables a los ata!ues del agua y los agentes !uímicos, y contribuido a muchas de las edificaciones de concreto !ue $emos hoy en día. /in embargo, su des$enta
&silicosis(
si
las
condiciones
de
seguridad
no
son
las
"IG#$: concreto con &icrosilice ;i-6uierda< , con nanosilice ;derec/a<
ptimas.
