Nanomateriales que duplican la vida del hormigón

Ingenieros del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) están patentando un método que se espera que duplique la vida útil del hormigón. La clave, según el equipo de investigadores, reside en un aditivo a nanoescala que reduce la velocidad de penetración del cloruro y de los iones de sulfato. Una reducción en el transporte de iones se traduce en reducciones en los costes de mantenimiento y los catastróficos daños en las estructuras de hormigón. La nueva tecnología podría ahorrar miles de millones de euros y muchas vidas.

El hormigón ha existido desde la época de los romanos, y es hora de mejorarlo aún más. La infraestructura de los Estados Unidos usó hormigón para construir millones de kilómetros de carreteras y 600.000 puentes, muchos de los cuales están en mal estado. En 2007, el 25 por ciento de los puentes de EE.UU. se calificaron como estructuralmente deficientes o funcionalmente obsoletos, de acuerdo con la Administración Federal de Carreteras. Las infraestructuras dañadas también afectan directamente a un gran número de estadounidenses a través de los propios presupuestos. La Sociedad Americana de Ingenieros Civiles estima que los estadounidenses gastan 54 mil millones de dólares cada año en reparar los daños causados por las malas condiciones de las carreteras.

La infiltración del cloruro y de los iones de sulfato provoca daños estructurales internos con el paso del tiempo, lo cual ocasiona grietas, debilitando así el hormigón.

Los anteriores intentos de mejorar la vida de hormigón se han centrado en su producción con una mayor densidad, así como un hormigón con menos porosidad, pero, por desgracia, estas formulaciones tienen una mayor tendencia a producir grietas. Los ingenieros del NIST tomaron un enfoque diferente, en la que se duplica la vida del material a través de un proyecto llamado VEREDICT, cuyas siglas traducidas al español significan reforzadores en reducción de la viscosidad en la difusión de tecnología del hormigón. En lugar de cambiar el tamaño y la densidad de los poros en el hormigón, optaron por cambiar la viscosidad en el hormigón a través de métodos basado en la microescala para reducir la velocidad a la que los cloruros y sulfatos penetran en el hormigón.

El equipo de ingenieros se inspiró en los aditivos de la industria de procesamiento de alimentos utilizada para espesar productos alimenticios, e incluso probaron un aditivo popular llamado “goma xanthum” que espesa los aliños para ensaladas, salsas y le da a los helados su textura característica.

A través del estudio de una serie de aditivos, los ingenieros determinaron que el tamaño de la molécula del aditivo jugaba un papel fundamental para que actuase como una barrera de difusión. Las moléculas más grandes, como el éter de la celulosa y la goma xanthum aumentan la viscosidad, pero no las tasas de corte de difusión. Las moléculas más pequeñas (menores de 100 nanómetros) frena la difusión de iones. Según explicaban los ingenieros: “Cuando en el aditivo, las moléculas presentes son de gran tamaño en una concentración baja, es fácil para los iones de cloruro replegarse a su alrededor, pero cuando tienes una mayor concentración de moléculas más pequeñas aumenta la viscosidad de la solución, lo que hace que sea más eficaz en impedir la difusión de los iones”.

Los investigadores del NIST han demostrado que los aditivos pueden ser mezclados directamente en el hormigón con las actuales mezclas químicas, pero incluso se puede alcanzar un mejor rendimiento cuando los aditivos se mezclan en el hormigón por saturación de absorbentes, arena ligera. La investigación continúa sobre otros materiales que los ingenieros tratan de mejorara partir de este resultado mediante la reducción de la concentración y del coste de los aditivos necesarios para duplicar la vida útil del hormigón.

Más información: National Institute of Standards and Technology (NIST)