El hormigón es considerablemente la segunda sustancia más utilizada en la investigación y desarrollo de materiales, después del agua. Siglos y siglos de construcción de edificios en distintas partes del mundo piden una opción sustituible que sea más resistente, porosa y sostenible. Los investigadores de la Universidad de Rice han encontrado una nueva forma de “programar” las partículas de las moléculas del material. Siempre han surgido preguntas sobre la elasticidad y la flexibilidad de los materiales: ¿cómo se podrían mantener las propiedades al tiempo que se hace más flexible el hormigón?
Un estudio reciente describe cómo el cemento del hormigón carboniza el dióxido de carbono con el paso del tiempo, redefiniendo la capacidad del material para ser respetuoso con el medio ambiente, lo que obliga a los investigadores a sumergirse en un estudio a nivel micro. Se ha realizado y observado un nanoestudio centrado en el hidrato de silicato de calcio (C-S-H) y su síntesis con formas específicas. En lugar de formar bloques amorfos (como es habitual), los bloques se convirtieron en formas como cubos, prismas rectangulares, dendritas, núcleos y romboedros, lo que permitió empaquetar la sustancia de forma más compacta. Los resultados fueron positivos, ya que son resistentes al agua y evitan que el material se destruya. El silicato de calcio desempeña un papel importante en la formación de las formas del elemento. Los investigadores añadieron compuestos tensioactivos y silicato de calcio con carga positiva o negativa y luego lo carbonizaron. La menor cantidad daría lugar a formas más esféricas, mientras que la adición de más daría lugar a grupos de esferas y cubos entrelazados.
Las “semillas de cristal” que se forman en la superficie definen la elasticidad del material. Los investigadores pudieron moldear la forma, el tamaño y la cantidad ajustando la concentración de estas semillas, la temperatura y la duración del proceso. Estos datos han sido muy útiles para los ingenieros y contratistas de todo el mundo a la hora de determinar las propiedades deseadas. Este proceso in situ no requiere la ayuda de otras semillas y aditivos para que tenga las características deseadas, lo que genera la belleza de este material.
“Otros grupos de investigación han ensayado el cemento y el hormigón a granel, pero ningún grupo había investigado la mecánica de las partículas individuales de C-S-H y el efecto de la forma en la mecánica de las partículas individuales”, dice Shahsavari.
Para probar la resistencia de las partículas con formas diferentes se utilizó un nanoindentador que tiene una punta de diamante para triturarlas en miles de pequeñas partículas que luego se pueden probar. Hablando de sostenibilidad, el hormigón es uno de los mayores productores de gases de efecto invernadero en la industria de la construcción. Los investigadores de Rice propusieron varias medidas para concienciar sobre la forma en que el material es respetuoso con el medio ambiente.
- Podría utilizarse menos, ya que es comparativamente más resistente
- Su menor porosidad dificulta que los materiales invasores se abran paso a través del hormigón, lo que lo hace más duradero y resistente al agua.
Este material, al ser duradero y menos poroso, protege el refuerzo de acero interior de ser atacado por cualquier material extraño. El hormigón es uno de los objetivos del laboratorio Rice, que ha estudiado tanto su fabricación a macroescala como sus diminutas propiedades a nanoescala. Dado que el hormigón es el material de construcción más común del mundo y una importante fuente de dióxido de carbono atmosférico, la importancia de desarrollar un hormigón “más verde” resultó aún más esencial.
Se han llevado a cabo continuas investigaciones sobre nuevos materiales alternativos a los que nuestra industria podría recurrir: hormigón transparente, hormigón de alto rendimiento, hormigón luminoso u hormigón autocurativo. Teniendo en cuenta la alta energía del hormigón, podríamos cambiar significativamente a materiales más sostenibles que podrían conducir a una menor contaminación y que resultan ser una solución más “sostenible” que la industria de la construcción necesita y el cemento programable es una solución a nuestro problema universal.
