Tecnología

Nanoaditivos para el concreto

Los avances en materia de ingeniería para mejorar las propiedades del concreto continúan en México y en el mundo. Hoy, por primera vez, un nanoaditivo reemplaza por completo a un material largamente usado en el concreto.

Es sabido dentro de la física y la química que un nanomaterial correctamente diseñado y desarrollado produce resultados mejores y más económicos que los materiales tradicionales, gracias a la estabilización y refuerzo de propiedades de la materia a un nivel mil veces más pequeño que el antiguo nivel “micro” (0.000001 m).
La microsílica es uno de los productos para el concreto más ampliamente usados en todo el mundo desde hace más de ochenta años. Sus propiedades han permitido obtener concretos de alta resistencia, impermeables a los ataques del agua y los agentes químicos, y contribuido a muchas de las edificaciones de concreto que vemos hoy en día. Sin embargo, su desventaja ha sido principalmente el precio, relativamente alto, así como su contaminación al medio ambiente, con la consecuente repercusión en la salud de los operadores quienes deben tomar precauciones especiales porque al ser la microsílica un material en polvo mil veces más pequeño que el humo del cigarrillo, puede producir “silicosis” si las condiciones de seguridad no son las óptimas.
A mediados del 2003, Cognoscible Technologies SA recibió –junto con Ulmen SA–, el desafío de desarrollar un producto que reemplazara los efectos contaminantes de la microsílica; que tuviera los mismos resultados, o incluso los mejorara, además de que fuera de un precio razonable que ameritara su uso. El objetivo: una sílice que permitiera cumplir la normativa ambiental: ISO-14001. Utilizando herramientas de la física, química y los recientes avances de la nanotecnología, ambas empresas consiguieron cumplir ese desafío.
Algunas de las sorprendentes aplicaciones de la nanotecnología en el campo de los materiales es por ejemplo, el desarrollo de una pintura con propiedades de autolimpieza y protección antigrafiti.
También existen recubrimientos de grosor nanométrico que protegen el acero de refuerzo de la corrosión, o material cerámico para muebles de baño (WC) que presenta una superficie completamente lisa a escala nanométrica, lo cual implica que se mantiene limpio y reluciente cada vez que se presiona la palanca del depósito de agua, sin necesidad de limpiezas posteriores por parte del usuario.
La empresa norteamericana Ecology Coatings ha desarrollado más de doscientas patentes de todo tipo de pinturas y barnices, basadas en un sólido viscoso sin disolventes, que es lo suficientemente fluido como para extenderlo por las superficies, y que se seca en tres segundos. Además, son más baratas que las pinturas tradicionales, lo que ha puesto a temblar a algunas de las grandes empresas del ramo. Y todo esto, sin mencionar su pintura plastificante para papeles, que ofrece un nanorecubrimiento a prueba de agua, pero que permite imprimir perfectamente.
En palabras de Ottillia Saxi, directora del Instituto de Nanotecnología de Stirling, Gran Bretaña: “La nanotecnología nos ofrece la posibilidad de diseñar materiales con características totalmente nuevas; nos permitirá cambiar las cosas que hacemos y cómo las hacemos”. Y añade “los materiales de construcción no serán la excepción, y también se verán afectados por la nano-revolución”.
Uno de los productos que está entrando con más fuerza en el mercado de la construcción son los nanoaditivos para el concreto. En este caso, no estamos ante materiales controlados átomo por átomo durante el proceso de fabricación; las nuevas técnicas han sido utilizadas sólo durante la fase de desarrollo del producto. La empresa Cognoscible Technologies ha introducido en el mercado mundial un nuevo aditivo para el concreto denominado Gaia, que vendrá a sustituir a la tradicional microsílica, y que ofrece al mismo precio múltiples ventajas frente a ésta. Cabe decir que recibió el nombre de Gaia, porque “Cuida al medio ambiente, la salud de los operadores y al concreto, como la antigua diosa griega de la tierra cuidaba de sus hijos”.

Del alumbrado
Los resultados de laboratorio y en campo mostraron que no sólo no contaminaba (porque estaba en forma líquida), sino que además tenía mucho mejores resultados que la microsílica, ya que una botella de un litro del producto igualaba a un barril entero de microsílica, cemento extra y superplastificantes. El director y fundador de la empresa, Miguel Ferrada, ha sido el único ganador latinoamericano del premio Innocentive. Cabe decir que debido a su innovación, Gaia Nanosílice fue probada por más de un año en la mina de cobre subterránea más grande del mundo, El Teniente, en Chile, para comprobar sus resultados a largo plazo.

Propiedades del concreto con aditivo Gaia Nanosílice
En concretos de alta resistencia (H- 70), Gaia tiene 88% más de rendimiento que la microsílica, cemento adicional y superplastificantes (en promedio bastan 9.43 kg de Gaia Nanosílice frente a 73 kg de todos los anteriores juntos). Además, su costo por uso es más económico que recurrir a cualquier combinación de los anteriores.
Tiene de 0% a 1% de inclusión de aire. Conserva la consistencia por tiempos superiores a una hora (con una relación A/C=0.5 y una dosis de 0.5% por peso del cemento, conservó una extensión de 60 cm por dos horas, con una pérdida de sólo 5%). Gaia Nanosílice posee una plasticidad que ha sido comparada con la tecnología de los policarboxilatos y hace innecesario el uso de superplastificantes. Muestra alta trabajabilidad a niveles tan reducidos de relación agua/cemento como 0.2. “El concreto se coloca solo”, fueron los comentarios de los operadores. Es de fácil homogenización. Al reducir los tiempos de mezclado permite a las plantas concreteras aumentar su producción. Asimismo, dependiendo de los cementos y proporciones usadas de concreto (se han ensayado desde H-30 a H-70), proporciona resistencias de entre 15 MPa y 75 MPa a 1 día, 40 MPa y 90 MPa a 28 días y 48 MPa y 120 MPa a 120 días. Finalmente, cumple la normativa ISO 14001 de respeto al medio ambiente y a la salud de las personas. Además de evitar los peligros de silicosis a sus operadores, no contamina el medio ambiente.

Beneficios disponibles para el usuario
Entre los beneficios que brinda al usuario están:
• Cese de la contaminación por partículas sólidas de microsílice.
• Menor costo por obra.
• Concreto con altas resistencias iniciales y finales.
• Concreto con buena trabajabilidad.
• Cese del uso de superplastificantes.
• Cese del riesgo de silicosis.
• Alta impermeabilidad.
Finalmente, Gaia es uno de los primeros indicadores en campo de las propiedades que veremos en los próximos nanocementos que salgan al mercado.
A causa de la producción de nanocristales de CSH, nanopartículas de cemento hidratadas, Gaia.
Nanosílice tiene una alta impermeabilidad.
Los nanocementos, en los que Cognoscible Technologies participa activamente en su desarrollo, deberán ser, al igual que Gaia Nanosílice, mejores y más baratos. Así, la nanotecnología se ha instalado ya firmemente en el área del concreto. Gaia Nanosílice es la primera versión de nanotecnología de un material común para el concreto que logra reemplazarlo con éxito. En conclusión, podemos decir que es: mejor, más económico y sin problemas de contaminación.
El futuro de la nanotecnología
Cognoscible Technologies continúa con sus investigaciones y las siguientes versiones de Gaia: “Gaia Shotcrete” y “Gaia Oil Grouts” para pozos petroleros, que ya han sido desarrolladas con mejores resultados. La primera permite impermeabilidades de cero unidades a 7 días y la segunda, permite obtener concretos ligeros para grouts con densidad menor que el agua y resistencias de 50 MPa a 12 horas.
Cognoscible Technologies
Cognoscible Technologies es una empresa chilena de consultoría científica que usa herramientas de la física, química y ciencias cognitivas para lograr resultados rápidos, rentables e innovadores, en una forma nueva y optimizada de hacer ciencia. Realiza alianzas con empresas de otros países, suministrándoles soluciones de investigación y desarrollo al nivel de grandes empresas transnacionales.
“Nuestras metodologías de investigación nos permiten saber lo que obtendremos aún antes de comenzar; de esa manera sabemos el tiempo y la inversión requerida y podemos encontrar el camino hacia otros resultados, si es que hay aún otros mejores por descubrir”, señalan sus miembros.
En sus actuales desarrollos están por terminar los productos “Aqua”, un plastificante común diseñado para ser el mejor de todo el mercado mundial de aditivos para el concreto, “Concreto Uno”: un concreto de densidad menor que el agua, con resistencias de 60 MPa a 28 días, y desarrollando un nanocemento que promete –al igual que Gaia– revolucionar el concepto de lo que la raza humana puede obtener con el concreto. c

 

 

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