The use of nanoparticles in concrete has gradually come to be regarded as a high-potential, quick restoration, and high-performance material.
Study: Influence of nanomaterials on the water absorption and chloride penetration of cement-based concrete. Image Credit: serato/Shutterstock.com
In a study published in the journal Materials Today, a short analysis was conducted on the impact of nano-SiO2, nano-Al2O3, graphene oxide, carbon nanotubes, nano-TiO2, nano-Fe2O3, nano-clay/metakaolin, and nano-CaCO3 usage on the water permeability and chloride infiltration of cement concrete. The possibility of employing nanomaterials in cement concrete with the requisite construction material qualities was discovered.
Cement Concrete and its Uses
Cement concrete is manufactured at a pace of 25-30 billion tons por año, lo que representa el 8-9 por ciento de las emisiones humanas totales de gases de efecto invernadero. El componente más caro del hormigón es el cemento aglomerante. Anualmente se producen alrededor de 5-6 mil millones de toneladas de cemento en todo el mundo, lo que corresponde a un consumo per cápita de una tonelada de cemento.
El uso reducido de cemento Portland puede contribuir con éxito a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Nanotubos de carbono (CNT), Nano-SiO2 (nS), nano-Al2O3 (NA), óxido de grafeno (GO), nano-TiO2 (NT), nanoarcilla (NC), nano-ZnO2 (NZ) y nano-Fe2O3 (NF) se pueden utilizar para mejorar las propiedades mecánicas y de estabilidad del hormigón.
Propiedades de los nanomateriales
Los nanomateriales son partículas con dimensiones que van desde 1 a 100 nm.La integración de nanopartículas en compuestos de cemento y hormigón ha despertado mucho interés recientemente.
El uso de nanopartículas como reemplazo parcial de los aglomerantes o como material de relleno en el hormigón de cemento tiene un efecto a nanoescala en el comportamiento reológico y la morfología y mejora significativamente las propiedades mecánicas y de durabilidad de los materiales cementosos.
Efectividad de Nano SiO2 (nS)
nano-SiO2 resultó ser particularmente efectivo para minimizar la absorción de agua del concreto. Con dos por ciento de nano-SiO, se redujo en un 58 por ciento2 y 36,84 por ciento con tres por ciento nano-SiO2. Según investigaciones anteriores, esta mejora se debió al efecto acelerador que tiene el nS en el principal proceso de hidratación que conduce a la densificación de la matriz.
Los autores también creían que el hidróxido de calcio producido tiene un volumen menor. Este hidróxido de calcio se reabsorbe mucho más rápido en el paso de hidratación posterior, lo que resulta en una mejora microestructural adicional.
Uso de más del 4% de nano-TiO en comparación con otras nanopartículas2 condujo a un deterioro en el desempeño del concreto. Según investigaciones recientes, la absorción de agua es del 4% en peso y nano-TiO para el control2 El hormigón fue 5,12 y 4,22 por ciento, respectivamente, después de 168 horas de exposición. Sin embargo, la capacidad de absorción de agua de las mezclas con 15% de AF fue menor que la de las mezclas con 4% de NT.
nano-SiO2 optimizó la estructura porosa del hormigón y redujo su conductividad de iones de cloruro. La adición de 0,3 % en peso de nanosílice disminuyó la migración de cloro y los coeficientes de difusión en cantidades significativas.
Según los autores, esta disminución fue causada por nano-SiO2la capacidad de bloquear parcialmente y, por lo tanto, separar los canales de transporte. También observaron que cada aumento adicional en la concentración de nS dio como resultado agregación y ningún aumento adicional en la susceptibilidad al paso de iones de cloruro.
Nanotubos de carbono y su efecto
Estudios anteriores encontraron que la incorporación de 0,05-0,1% de nanotubos de carbono redujo el coeficiente de difusión de cloruro en un 12 por ciento. Esta disminución no se vio afectada por el tipo de nanotubos de carbono (CNT) utilizados. No obstante, los nanotubos de carbono puro fueron los más eficaces para prevenir la propagación de todos los nanotubos de carbono estudiados.
Los autores también demostraron que cuanto menor es la relación w/c, mayor es la eficacia de los CNT para limitar la infiltración de iones de cloruro.
Aspectos destacados del estudio
Se observó que la incorporación de nanomateriales es muy eficaz contra la absorción de agua y la penetración de cloruro. También se agregó una pequeña cantidad de nanosílice, lo que redujo la absorción de agua en más de la mitad. Los nanotubos de carbono al 0,08 % en peso redujeron la absorción de agua en un 35,8 %. El 0,8% en peso de óxido de grafeno casi lo reduce a la mitad. La absorción de agua se ha reducido en dos tercios mediante el uso de un nano-CaCO más pequeño3.
La absorción de agua del hormigón se ha reducido con nano óxido de aluminio. Una baja concentración de nanosílice redujo la migración de cloruro en una cuarta parte de su valor anterior, mientras que un porcentaje insignificante de óxido de grafeno redujo la penetración de cloruro a la mitad. Los nanotubos de carbono redujeron el coeficiente de difusión de cloruro en un 13 %.
Relación
A. Abdalla, J., Thomas, BS, A. Hawileha, R. y Kabeer, KA (2022). Influencia de los nanomateriales en la absorción de agua y la penetración de cloruros en el hormigón de cemento. materiales hoy. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.06.427
