Nanotecnologia Del Concreto

 

Bonifacio Cusqui, Junior D. Tello Jaimes, Rodolfo L. Pacheco Chávez, Ricardo León Barrueta, Pedro

 

RESUMEN:

El presente tr traba abajo jo se enfoca en el análisis de las aplicaciones de la nanotecnología   en en el s ec t o r d e l a construcción. Se t r at a prin pr inci cipa palm lme ent nte e de re reco copi pila larr y ana nali liz zar lo los s ca caso sos s en lo los s qu que e actu ctua alm lme ente se apl plica ica la nanotecnología   a lo los s ma mate teri ria ale les s de construcción. Esto se hace analizando la manera en la que ellos nano y los be bene neficios ficios que ofrece ofrecen. n. Así  mismo, se actúan,  su forma nano revisan también  unos casos de investigaciones en curso las cuales   luga lugarr en el me merc rca ado en un fut futur uro o próximo. Todo esto tendrán teniendo tenie ndo en cuenta el el i mpacto ambiental, los aspectos de seguridad y los riesgos asociados con la manipulación de nano partículas.

 

1. NANOTECNOLOGÍA

 

2. NANOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN

 

2. NANOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN

 

2. NANOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN La nano modificación   del hormigón,   como es un proceso que se desarrolla rápidamente lo s últ último imoss año años, s, y en combinación con la síntesis y la manipulación del material a la escala nano ha ofrecido la posibilidad para el desarrollo de nuevos aditivos de cemento como nuevos super- plastificantes, nano-partículas o nano-refuerzos. Los principales aditivos basados en nano- partículas   o nano refuerzos son: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

nano-sílice (nano-SiO2). nano-óxido de titanio tit anio (nano-T (nano -TiO2). iO2). nano-hi erro (nano-Fe2 (nano-Fe2O3) O3).. nano-alúmina (nano -Al2O3) -Al2O3).. partículas de nanoarci nanoarci lla.   nanot ubo s / nanof ib ibras ras (CNT (CNT / CNF CNF). ).        

 

2. NANOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN NANOSILICE (Nano-SiO2) La nano sílice   (NS) son nano particulas (1 –500 nm) de sílice  amorfa . Se ha demostrado que su adición   al hormigón   mejora la trabajabilidad, la resistencia del hormigón y la durabilidad ya que aumenta la resis resis tencia a la penetración de agua y cont co ntro rola la la lixiviación   d el el ca call ci ci o, o, q ue ue está relacionado con diversos tipos de degradación del hormigón. Además,  s  se e demostró que la nano sílice acelera las reacciones de hidratación tanto del C3S como de un mortero de ceniza como resulta re sultado do de la supe superficie rficie gra grande nde y alta ltame mente nte rea re activ ctiva a de la las s nanopartículas. Se encontró además   que la nano sílice   es más   eficaz para mejorar la resis resis tencia que el el humo de sílice.

 

2. NANOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN NANOMAGNETITA (Nano-Fe2O3) Se ha en c o n t r ad o que el Nan o -Fe2O3 prop pr opor orcio ciona na al hormigón   capa capacid cida ade des s de ej o ra ej ra s u r es is is te ten c ia ia a l a autodetección compresión   y  ay l amflexión . Se encontró   que la eléctri trica ca vol volumé umétri trica ca   del mortero de resistencia eléc cemento cemen to con na nanono-Fe Fe2 2O3 cambia con la carg carga a aplicada, lo que demuestra que el mortero con nano-Fe2O3 podría   detectar su propio esfuerzo de compresión. Dichas capacidades de detección son valiosas para la monitorización   de la salud estructural en tiempo real y para la construcción de estructuras inteligentes ya que no implican el uso de sensores integrados o conectados.

 

2. NANOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN NANO-TRIOXIDO NANO-TRIO XIDO DE AL UMINIO (Nano-AI2O3) Se ha de demostr mostra ado que Nanono-Al2 Al2O O3 aume umenta nta significativamente el módulo de elastic elasticidad idad (hasta 143% en una dosificación  del 5%) pero tiene un ef ec ec to to l im im i t ad ad o s ob ob re re l a r es es is is te ten c ia ia a l a compresión,  y no se han observado mejoras en otras propiedades

 

2. NANOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN NANO-DIOXIDO DE TITANIO (Nano-TiO2) Concretos Auto limpiantes:  En la búsqueda  de ci udade udades s más  sustentables y resilientes, uno de los objetiv obje tivos os de much muchos os inve investig stiga adore dores s es la producción   de edifi difica cacion cione es y obra obras s civ civile iles s de fácil mantenimiento, debido a que reducen el impacto ambiental en en cuatro aspectos bi en distin tos: •   Disminuy en los cons umos de agua. •   Minimiz Minimizan an la in inve vers rsió ión n ec econ onóm ómic icaa   en en ma mate teria riales les y eq equipos uipos de limpie limpieza za.. re reduce ducen n el impa impacto cto ambiental que genera la producción de materiales y equipos de limpieza; y (iv) disminuyen la energía y el tiempo del personal de mantenimiento. Las investigaciones en este campo son numerosas, como la de Benedix, Dehn, Quaas y Orgass (2000), que estudia los resultados de la interacción  entre el  de titanio (TiO2) y los materiales de con  utilizados en las edificaciones, edificaciones, como dióxido constr strucc ucción ión los concretos y morteros, porque cuando están  recubiertos  recubie rtosmás con nanopartículas de TiO2 y reciben la luz solar  —específicamente  la luz ultravioleta—, el polvo, la grasa y la suciedad junto con otros contaminantes, se descomponen rápidamente   por un proceso fotocatalítico4, y luego, pueden ser  fácilmente arras  arrastrados trados p or el agua lluvia; o como la de Shen et al. (20 (2015 15), ), donde los investiga investigadores dores fabricaron fabrica ron u n hormi hormigón gón fotoca fotocatalít talítico ico con superficie ultra-lisa, ultra-lisa, gracias a la adición d  de e nanopartículas de dióxido de tit anio (T (TiO2). iO2).

 

2. NANOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN NANO-DIOXIDO DE TITANIO (Nano-TiO2) Concretos Purifica Concretos Purificadores dores del Aire: Aire: En  En 1999, Murata, Tawara, Obata y Takeuchi publicaron un artículo pionero en el tema de la descontaminación   del aire urbano, a partir de concretos enriquecidos o recubie re cubiertos rtos con dióxido   de tita titanio nio (T (TiO iO2) 2),, y de demostra mostraron ron que, utilizando utilizando es este te ma mate teria riall en vías vehiculares urbanas, se puede capturar y degradar un alto porcentaje del óxido  nitroso (N2O) que producen la industria y los motor es de combustión interna en las ciudades. En 2004, Cassar  llamó l  la a atención sobre la omnip resencia del concreto en las ciudades contemporáneas, y subrayó que, si bien su uso principal es el estructural, se le pueden pueden adicionar otras fun ciones, como la auto-limpieza auto-limpieza y la habilidad de remover  partículas   contaminantes del aire urbano —como el óxido  nitroso (N2O), el  y otros aldehídos—, lo qu e se logra al recubrir las superficies superficies expuestas expuestas de con creto, con amoníaco nanopartículas  de TiO2. Además,  Cassar  señaló  que el uso combinado de m ate ateriale riales s qu e contengan cemento y TiO2, tiene un efecto sinérgico favorable en la reducción de contamin antes del aire.

 

3. PROCESO DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO: RESISTENCIAS TEMPRANAS

 

3. PROCESO DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO: RESISTENCIAS TEMPRANAS

acelerado de l lenado de la matriz con gel de CSH adicio nal, generado Efecto acelerado generado por la

hidratación del aditivo nano-activador   

3. PROCESO DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO: RESISTENCIAS TEMPRANAS

 

3. PROCESO DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO: RESISTENCIAS TEMPRANAS

 

3. PROCESO DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO: RESISTENCIAS TEMPRANAS

 

4. CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS DEL USO DE ADITIVO NANO - AC  ACTIV TIVADOR ADOR

 

4. CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS DEL USO DE ADITIVO NANO - AC  ACTIV TIVADOR ADOR

Desarrollo de resistencias tempranas te mpranas para desencofrado rápido, aun en condiciones

extremas de bajas bajas temperaturas, evitando el cu rado a vapor   

4. CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS DEL USO DE ADITIVO NANO - AC  ACTIV TIVADOR ADOR

Aceleración de las resistencias temprana sin castigar las resistencias finales en

comparación con los acelerantes tradicionales  

4. CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS DEL USO DE ADITIVO NANO - AC  ACTIV TIVADOR ADOR

Ensayos de calorimetría, se observa un menor tiempo de fraguado, así como un

incremento de la formación de productos hidratados.  

4. CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS DEL USO DE ADITIVO NANO - AC  ACTIV TIVADOR ADOR

Ensayos de retención de asentamiento, se observa un comportamiento muy similar

entre la mezcla con trol y las mezclas con aditivo nano-a nano-acti cti vador.  

4. CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS DEL USO DE ADITIVO NANO - AC  ACTIV TIVADOR ADOR

Ma Mayor yor du rabilid ad del del con creto pro porc ionada por el aditiv aditivo o nano-acti nano-acti vador, debido a

una mayor densid ad de gel CSH CSH generado generado  

4. CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS DEL USO DE ADITIVO NANO - AC  ACTIV TIVADOR ADOR

Ma Mayor yor du rabilid ad del del con creto pro porc ionada por el aditiv aditivo o nano-acti nano-acti vador, debido a

una mayor densid ad de gel CSH CSH generado generado  

4. CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS DEL USO DE ADITIVO NANO - AC  ACTIV TIVADOR ADOR

No hay impacto en las propiedades esenciales de ingeniería del concreto, requeridas en

las especific especific acione aciones s de los proyectos  

4. CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS DEL USO DE ADITIVO NANO - AC  ACTIV TIVADOR ADOR

Los beneficios de aditivo nano-activador se potencian cuando se requiere el desarrollo

de resistencias resist encias tempranas a bajas bajas tempera t emperaturas turas  

4. CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS DEL USO DE ADITIVO NANO - AC  ACTIV TIVADOR ADOR

 Ah or ro s r eemp eemplazan lazando do el cur c ur ado a vapor vap or po r el us o d e adi ti vo nan nano-ac o-ac ti vad vador, or,

manteniendo mante niendo un desa desarrollo rrollo de resistencias inicial equivalente  

4. CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS DEL USO DE ADITIVO NANO - AC  ACTIV TIVADOR ADOR

Reducción del 45% de tiempo de curado para lograr la resistencia mínima requerida para

desencofr ar de forma segura  

4. CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS DEL USO DE ADITIVO NANO - AC  ACTIV TIVADOR ADOR

 

5. ADITIVOS NANO PARA MATERIALES DE CEMENTO EXISTENTES EN EL MERCADO

 

5. ADITIVOS NANO PARA MATERIALES DE CEMENTO EXISTENTES EN EL MERCADO

 

5. ADITIVOS NANO PARA MATERIALES DE CEMENTO EXISTENTES EN EL MERCADO

 

5. ADITIVOS NANO PARA MATERIALES DE CEMENTO EXISTENTES EN EL MERCADO

 

5. ADITIVOS NANO PARA MATERIALES DE CEMENTO EXISTENTES EN EL MERCADO

 

6. IMPACTO NA NO-MAT MATERIALES ERIALES SOBRE LA L A SEGURIDAD SEGURIDAD Y LA LA IMPACTO DEL USO DE NANO SALUD LABORAL Las amenazas propias de los materiales fabricados están basadas principalmente en los si guiente guientes s parámetros:   El tamaño.  Donde la g ran dif ere erencia ncia entre el área  superficial del material material a escala nano con l a del del escala micro y l a mayor mayor reactividad reactiv idad de la nano nano por uni dad de masa, masa, generan unas caracter característica ísticass física-químicas muy deferentes.   La forma. forma. La  La forma de la partícula e  es s un factor  también  muy impo rtante porque ya que afecta su toxicidad. Se ha demostrado que las partículas   en forma de fibra normalmente son más toxic as de las con forma esférica.   La solubili dad. dad. A  All desleírse el nano-material en el organismo se comportaría como un material de tamaño no nano. Agregación   o aglomeración.   Debido al estado de agregación   o aglomeración,   s e podría consi derar que se aumentaría la posibilidad de exposición al material.   La estructura. estructura. Por  Por la misma razón  de peligro de exposición  al material, se podría conside consid era rarr que la estruc structura tura amorf morfa a o crista cristalina lina afectaría   el el vo volu lume men n de la posi bil idad de este este riesgo. Todos Todos estos fact ores pueden alterar alterar la genética humana •

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6. IMPACTO NA NO-MAT MATERIALES ERIALES SOBRE LA L A SEGURIDAD SEGURIDAD Y LA LA IMPACTO DEL USO DE NANO SALUD LABORAL En la tabla siguiente se presentan los resultados de estudios toxicológicos   sobre unos n anomateriales uti lizados en la indu str ia de la construcción.

 

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES • •

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  Sobre las aplicacion aplicacion es de la nanotecnología a los materiales cementosos se ve que hay   varios mecanismos de acción a ello ello s, pero en la actu alidad el qu e es es más real, es el de la adición de nano-partículas. Adición   de nano-partículas   tanto pa para ra aume umenta ntarr la las s re resiste sistencia ncias s mecánicas   como pa para ra generar el efecto foto-catalítico ofreciendo pr opiedades más sostenibles.}  E En n el m er er ca cad o d e l a construcción   existe existen n dive diversos rsos na nanono-a aditivos con propie propieda dade des s extraordinarias tanto a nivel resistencia como a nivel de sostenibilidad ambiental eliminando contaminantes.   Se han realizado realizado varios varios estud ios a través  de los cuales se ha demostrado que algunos de estos es tos na nanono-ma mate teria riale les s fa fabrica bricados dos contie contiene nen n pe peligros ligros pa para ra la sa salud lud huma humana na y el me medio dio ambiente, indicando que los nano-ma nano-materiale teriales s c ontienen efectos tóxicos potenciales.   Lo que sería necesario es que toda esta información inv estigada y analizada analizada esté disponible y sea de fácil   acceso para todos. Empezando por las fichas técnicas  de los productos (las cuales tendrían que tener una descripción detallada sobre su contenido en nano partículas y resultados de ensayos sobre su toxicidad) e incluyendo instrucciones de uso correcto y seguro para los individuos que tengan contacto con estos materiales, con el fin de minimizar 

así el impacto negativo para su salud.