Nanotecnologia

1. Definición de Nanotecnología

En los últimos años se han intensificado las investigaciones relacionadas con el mejoramiento de los materiales utilizados en obras de construcción civil.

La nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano-escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano-escala. Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula, presenta fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.

El concreto tiene nano moléculas de sílice en su estructura, en la actualidad se han realizado estudios para determinar, sus propiedades mecánicas de resistencia, análisis microscópico y sus propiedades reológicas de plasticidad y auto compactación.

En el presente trabajo describiremos esta aplicación de la ciencia de la tecnología del concreto debido a su gran potencial en mejorar sus aplicaciones y cambiar el paradigma del diseño del concreto.

2. Aplicación

La aplicación de la nanotecnología en el concreto varía según las características del concreto que resumiremos a continuación:

a) Características mecánica,el concreto tiene las siguientes características aproximadas:

• Densidad: en torno a 2.350 kg/m3

• Resistencia a compresión: de 150 a 500 kg/cm2 (15 a 50 MPa) para el hormigón ordinario. Existen hormigones especiales de alta resistencia que alcanzan hasta 2.000 kg/cm2 (200 MPa).

• Resistencia a tracción: proporcionalmente baja, es del orden de un décimo de la resistencia a compresión y, generalmente, poco significativa en el cálculo global.

• Tiempo de fraguado: dos horas, aproximadamente, variando en función de la temperatura y la humedad del ambiente exterior.

• Tiempo de endurecimiento: progresivo, dependiendo de la temperatura, humedad y otros parámetros. De 24 a 48 horas, adquiere la mitad de la resistencia máxima; en una semana ¾ partes, y en 4 semanas prácticamente la resistencia total de cálculo.

b) Fraguado y endurecimiento, La pasta del concreto se forma mezclando cemento artificial y agua debiendo embeber totalmente a los áridos. La principal cualidad de esta pasta es que fragua y endurece progresivamente, tanto al aire como bajo el agua.

En el cuadro siguiente se observa la evolución de la resistencia a compresión del concreto tomando como unidad la resistencia a 28 días, siendo cifras orientativas:

Evolución de la Resistencia a compresión de un Hormigón Portland normal

Edad del hormigón en días 3 7 28 90 360

Resistencia a compresión 0,40 0,65 1,00 1,20 1,35

c) Cemento portland, El cemento portland se obtiene al calcinar a unos 1.500 °C mezclas preparadas artificialmente de calizas y arcillas. El producto resultante, llamado clinker, se muele añadiendo una cantidad adecuada de regulador de fraguado, que suele ser piedra de yeso natural.

La composición química media de un portland, está formada por:

• 62,5% de CaO (cal combinada)

• 21% de SiO2 (sílice)

• 6,5% de Al2O3 (alúmina)

• 2,5% de Fe2O3 (hierro)

• otros minoritarios.

La combinación de estos componentes se realiza de la siguiente manera:

• Silicato tricálcico (3CaO•SiO2).................................. 40% a 50%

• Silicato bicálcico (2CaO•SiO2).................................. 20% a 30%

• Aluminato tricálcico (3CaO•Al2O3)............................ 10% a 15%

• Aluminatoferritotetracálcico (4CaO•Al2O3•Fe2O3)....... 5% a 10%

El silicato tricálcico es el compuesto activo por excelencia del cemento pues desarrolla una resistencia inicial elevada y un calor de hidratación también elevado. Fragua lentamente y tiene un endurecimiento bastante rápido. En los cemento de endurecimiento rápido y en los de alta resistencia aparece en una proporción superior a la habitual.

El silicato bicálcico es el que desarrolla en el cemento la resistencia a largo plazo, es lento en su fraguado y en su endurecimiento. Su estabilidad química es mayor que la del silicato tricálcico, por ello los cementos resistentes a los sulfatos llevan un alto contenido de silicato bicálcico.

El aluminato tricálcico es el compuesto que gobierna el fraguado y las resistencias a corto. Su estabilidad química es buena frente al agua de mar pero muy débil a los sulfatos. Al objeto de frenar la rápida reacción del aluminato tricálcico con el agua y regular el tiempo de fraguado del cemento se añade al clinker piedra de yeso.

El aluminatoferritotetracálcico no participa en la resistencia mecánica, su presencia es necesaria por el aporte de fundentes de hierro en la fabricación del clinker.

Nanotecnología para el Concreto

Debido que la investigación en nanotecnología en el concreto está enfocada principalmente a la alteración de las propiedades físicas y químicas de las partículas del cemento portland, nos enfocaremos en la caracterización de hidratación del cemento, la influencia de la adición de sílice de nano tamaño de hormigón, la síntesis de cemento con nano partículas y recubrimientos se aplica para reparar fisuras y oquedades en el concreto, sin necesidad que un obrero las esté reparando personalmente.

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