Modificación de las propiedades de matrices cementantes mediante la adición de nanopartículas de sílice

En la presente investigación, se evaluó el efecto de adicionar nanopartículas de sílice a dos matrices cementes buscando establecer su influencia en las propiedades finales de dichos materiales. Para llevar a cabo esta evaluación, se adicionaron las nanopartículas en dosificaciones desde 0.30% - 5.0% en peso, con la finalidad de determinar la dosificación a la cual se obtienen los mejores resultados. Una de las conclusiones obtenidas de la presente investigación señala que al utilizar este tipo de materiales, el mayor reto a superar, es la correcta dispersión de las nanopartículas en las matrices cementantes, ya que de no asegurar dicha dispersión y debido a la alta energía superficial que poseen las nanopartículas, se presenta una tendencia natural a aglomerarse conformando así materiales de tamaños muy superiores a los que presentan en su estado original, perdiendo así la ventaja de su uso. Para prevenir este efecto y como resultado de la primera etapa de esta investigación, se propuso un método de mezclado en el cual se utilizó como dispersante un aditivo superplastificante (en adelante llamado SP) de base policarboxilato de calcio en dosificaciones de 0.5% en peso que se adicionó a ambas matrices cementantes. Los resultados obtenidos sugieren que algunas propiedades tales como la resistencia mecánica a la compresión, la resistencia a la flexión y sobre todo, la resistencia al ataque químico por sulfatos, se ven mejoradas mediante la adición de nanopartículas de sílice. Dicha mejoría se observó tanto en la matriz de cemento Portland como en la matriz de cemento sulfoaluminoso. Los resultados finales de la investigación mostraron que la resistencia mecánica a la compresión para un cemento Portland ordinario se mejoró hasta en un 40% a edad de 24 h cuando se adicionaron las nanopartículas en porcentaje de 0.50% en peso, sin embargo, los resultados al resto de las edades no presentaron mejoría. Para la matriz de cemento sulfoaluminoso (en adelante CSA), los mejores resultados se obtuvieron también con la dosificación de 0.50% en peso con relación al cemento, sin embargo, la mejoría no fue de la misma magnitud a la obtenida con la matriz de cemento Portland. Por otro lado, la resistencia al ataque químico por sulfatos presentó una mejoría de hasta un 80% para la matriz de cemento sulfoaluminoso cuando se adicionaron las nanopartículas de sílice. Este resultado sugiere que la matriz con nanopartículas presenta una mayor densificación propiciando por ende, un menor grado de porosidad.

Propiedades de pastas de cementos modificados con residuos industriales

Pastas fueron elaboradas reemplazando cemento portland ordinario por caliza de bagazo de agave, ceniza volante, nano-SiO2 geotérmica y humo de sílice. Las pastas fueron curadas a 20ºC y 100% de humedad hasta 28 días. Se les evaluó la resistencia a la compresión, resistencia a la penetración de iones cloruro, porosidad y microestructura. Tras la evaluación, los resultados revelaron que las pastas reemplazadas mostraron una matriz más compacta y menos porosa, valores de resistencia a la compresión de hasta un 45% más, valores de paso de carga de hasta 57% menos, en comparación con las pastas de referencia.

Transporte de nano SiO₂ por migración a través de materiales cementantes

Uno de los nanos materiales más investigados actualmente es la nano-sílice, la cual ha despertado el interés de muchos investigadores debido a que está aportando grandes beneficios a los materiales base cemento. La nano-sílice ha demostrado que mejora las propiedades de los materiales cementantes tanto en estado fresco como en endurecido. Puede modificar las propiedades reológicas o la trabajabilidad en estado fresco, así como la resistencia a la compresión y la porosidad de las estructuras después de la etapa de endurecimiento. Es por esto que estas nano-partículas representan la oportunidad de realizar importantes avances que permitan optimizar el uso de los recursos actuales y el aprovechamiento de los materiales cementantes. En este trabajo, se está estudiando la posibilidad de utilizar la nano-sílice como un tratamiento superficial que ayude a disminuir el impacto del medio ambiente en estructuras en servicio que puedan presentar un cierto deterioro. Se analiza la utilización de nano-partículas en concreto en estado endurecido con el fin de mejorar su desempeño y sus aspectos de durabilidad. Por medio del método de migración electroquímica, basado en el transporte de partículas con cierta carga bajo la acción de un campo eléctrico, se favorece la penetración de nano-partículas de sílice hacia el interior de un mortero de cemento Portland desde una cara expuesta a una solución coloidal. Las partículas se mueven por acción del campo eléctrico hacia el ánodo situado en la cara opuesta de la probeta de mortero, dando lugar a una interacción química con la microestructura de la matriz cementante. Se ha observado que las partículas de sílice en esta solución coloidal empiezan a aglomerarse después de cierto periodo de tiempo y solidifican sobre la superficie expuesta de la probeta de mortero. Este material sólido ocasiona que la cantidad de corriente que circula por el circuito disminuya y por consiguiente baje la efectividad del mismo, ya que las partículas con carga eléctrica se mueven con mayor dificultad en medios solidos que en líquidos. Se encontró que la incorporación de nano-partículas de sílice a la matriz de mortero endurecido puede afectar el desempeño de una manera positiva frente a la penetración de cloruros, carbonatación y absorción de agua por capilaridad. De acuerdo a las respuestas eléctricas durante el tratamiento, se encontró que la resistencia eléctrica de las probetas aumenta, lo cual puede relacionarse con la modificación del sistema poroso debido al efecto filler de las nano-partículas; es decir, al refinar los poros, las cargas eléctricas encuentran menos espacio para moverse. Además las nano-partículas afectan químicamente a las fases de la pasta del cemento, ya que se encontró por microscopia electrónica de barrido que a una distancia entre 1.5 y 2 mm, aparecen aglomerados que enriquecen de silicio a las fases de la matriz del mortero y en otros casos, la migración cambia totalmente la apariencia del mortero y ocasiona valores de relaciones Ca/Si muy por debajo de los valores convencionales registrados en la literatura, con lo que es posible pensar que puede existir una actividad puzzolanica.

Influencia de la ceniza del bagazo de tequila, ceniza volante y residuo nanosílice geotérmica sobre las propiedades y microestructura de cementos compuestos

En la presente investigación se estudiaron los efectos que propicia la incorporación del nanosílice geotérmica con distintas concentraciones de cloruros totales y la temperatura sobre las propiedades mecánicas, fisicoquímicas y de durabilidad, en morteros y concretos elaborados a base de cemento portland. Para ello, se evaluó en varillas embebidas en morteros, el potencial de corrosión, velocidad de corrosión, así como las pérdidas de masa asociadas a los ensayos electroquímicos y por métodos gravimétricos; además, la resistividad, la porosidad total, el pH, la pérdida de agua evaporable, la variación de la longitud (% de expansión/contracción) y la resistencia a la compresión. En concretos fue evaluada la resistencia a la compresión, el seguimiento microestructural y formación de productos de reacción con el tiempo de curado; además, en algunos de ellos se evaluó la profundidad y velocidad de carbonatación. Los resultados demostraron que el es viable el uso del residuo de nanosílice geotérmica bajo ciertas condiciones de curado como sustituto de cemento portland, obteniéndose un mejoramiento en las propiedades mecánicas, fisicoquímicas y de durabilidad en comparación con las obtenidas en concretos de 100% de cemento portland. Se observó un incremento del 22% en la resistencia a la compresión en las muestras que contenían nanosílice geotérmica sin cloruros en comparación de los concretos elaborados con 100% de cemento. Además, los concretos adicionados con 10% de nanosílice geotérmica resultaron ser más resistentes al paso del CO2. También, los morteros reforzados que fueron adicionados hasta un 20% con nanosílice geotérmica presentaron una menor probabilidad de corrosión. Lo anterior es atribuido al alto carácter puzolánico que posee la nanosílice geotérmica, lo cual fue monitoreado mediante difracción de rayos X, observando una disminución notable en el hidróxido de calcio. Se observó también una densificación de la matriz en los concretos con adiciones de nanosílice geotérmica sin cloruros. Sin embargo, el curado a altas temperaturas y la adición de cloruros repercutieron negativamente en los procesos de hidratación de los morteros y concretos, desencadenando fenómenos agresivos que disminuyeron su durabilidad, ya que fueron observados altos niveles de corrosión en varillas de refuerzo así como la formación de fases dañinas, como gel de reacción alcali sílice y formación tardía de etringita. A pesar de ello, los resultados obtenidos hacen ver a la nanosílice geotérmica como un material potencialmente apto para su uso en la elaboración de morteros y concretos cuya implementación a nivel industrial contribuirá de manera positiva en la mitigación de las emisiones de CO2 a la atmósfera, así como en la reducción del impacto ambiental que éste genera en las zonas que es desechado.