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Mejoramiento de las propiedades mecánicas del concreto diant

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Sebastian rodriguez

on 20 November 2014

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Transcript of Mejoramiento de las propiedades mecánicas del concreto diant

Mejoramiento de las propiedades mecánicas del concreto mediante el uso de la nanotecnología.
Características del concreto:
Usos del concreto y mortero:
Elementos estructurales que soportaran esfuerzos de carga a la compresión y a la flexión.
cimentaciones, pavimentos, columnas, puentes, represas, vigas,losas de piso, adoquines, etc.

si se requiere que soporte cargas que impliquen flexión este deberá ser reforzado con acero.
Cal: conocida también como óxido de calcio (CaO) o rocas con más del 75% de carbonato de calcio (CaCO3). Por ejemplo: piedra caliza, mármol y greda.
• Sílice: desde el punto de vista químico es dióxido de silicio (SiO2). Los minerales que
poseen sílice se les conoce como silicatos y son los componentes sintéticos de mayor
importancia en el cemento.
• Yeso: químicamente es sulfato de calcio anhidro (CaSO4) y en el proceso de fabricación se adiciona en forma hidratada, o sea CaSO4.2H2O.
• Alúmina: realmente es óxido de aluminio III (Al2O3). Al combinar oxígeno con aluminio se forman los aluminatos, que son componentes básicos de las arcillas.

material calcáreo + material arcilloso + calor = clinker
clinker + yeso = cemento Portland
Conclusiones
Objetivos de la investigación.

Objetivo general

Investigar los avances actuales en aditivos nanotecnológicos aplicables al mejoramiento de las propiedades mecánicas del concreto.

Objetivos específicos

Definir de manera general el funcionamiento de estos materiales o aditivos en el comportamiento de las mezclas de concreto.


Indicar la efectividad que tienen los distintos productos tecnológicos para mejorar la relación resistencia-peso.

Indicar cuales son las ventajas y desventajas del uso de aditivos en el mejoramiento de los concretos.
La nanosílice consiste en nanopartículas de sílice modificadas químicamente para permitirles estar en solución, ser estables, tener aún mejores propiedades que la microsílice, y con la ventaja adicional de no contaminar; ni al medio ambiente ni a los operadores, y de carecer de sus desventajas de aglomeración y retracción.

No requiere cuidados ni precauciones especiales y se trata como cualquier otro aditivo líquido para el hormigón.
NANO AEROGELES RETICULADOS DE POLIUREA
En el caso de los aerogeles reticulados (entrecruzados), estos son unos polímeros que se adicionan a la mezcla de concreto, con lo cual se logra llenar los poros capilares que quedan en el concreto una vez que este se ha deshidratado completamente.

Esto ayuda a mejorar la resistencia a la compresión, la permeabilidad y la durabilidad del concreto, ya que se evita que sustancias que deterioran el material, como los sulfatos, puedan penetrar al mismo por estos poros.
Composición del Concreto:
El concreto u hormigón es un material que se obtiene al mezclar conglomerante (cemento),
agregados (arena y piedra), agua y en algunos casos también aditivos.





Historia y Evolución del cemento.
El uso de materiales cementantes data de tiempos muy antiguos.
Los primeros cementos eran naturales, no eran sometidos a ningún tipo de proceso de fabricación.
Egipcios
Griegos y Romanos hicieron los primeros concretos de la historia basados en cal + agua + arena y piedra triturada.
En 1756 John Smeaton logró descubrir las propiedades cementantes de una mezcla de cenizas volcánicas con caliza y altas cantidades de material arcilloso.
El prototipo del cemento moderno fue obtenido por Isaac Johnson en 1845, el cual quemó una mezcla da caliza y arcilla a temperaturas entre los 1300ºC y los 1500ºC, generando un material conocido como clinker.
Este producto representa la reacción necesaria para lograr un compuesto concaracterísticas cementantes.

concreto con nanopartículas de sílice.
Las propiedades mecánicas de morteros de cemento con nanopartículas de sílice han sido analizadas y los resultados experimentales mostraron aumentos en las resistencias a compresión y flexión de morteros que contienen estas nanopartículas.

Los estudios indican que las partículas de nanosílice proporcionaron el llenado de los poros y disminuyeron el contenido de hidróxido de calcio dentro de los productos de la hidratación. Son estos los efectos que producen la mejora en las propiedades mecánicas de los morteros de cemento con nanopartículas.

El hormigón desarrollado con nanosílice tiene una resistencia un 81% superior al ser comparado al hormigón normal
El cemento es un material comercial de fácil adquisición que posee propiedades adhesivas y cohesivas, el cual tiene la capacidad de aglutinar
agregados y formar un producto final que dependiendo de los componentes podría ser concreto o mortero.
Los cementos tipo hidráulico son los más comunes, es el producto obtenido por la combinación de un material calcáreo (piedra caliza, conchas, mármol, etc.) y un material
arcilloso en el cual la sílice es el constituyente más importante (arcilla o
escoria de altos hornos), efectuándose su cocción a unos 1500 ºC en grandes hornos giratorios, hasta la formación de bolas nodulizadas duras llamadas clinker o escoria. En este proceso se dan varias etapas en función de la temperatura, donde suceden reacciones químicas complejas.
Durable.
Económico.
Resistente.
Impermeable.
Trabajable.
¿Alguna pregunta?
Componentes Principales del cemento.
Hierro: está presente como materia prima del cemento en dos formas, ya sea hematina (FeO) o magnetita (Fe2O3).
• Álcalis: los óxidos alcalinos más importantes del cemento son el de sodio (Na2O) y el de
potasio (K2O).
• Magnesio: su participación no es deseada, sin embargo está presente debido a los carbonatos de magnesio que componen parte de la material prima y se le encuentra en forma de óxido (MgO).
NANOPARTÍCULAS DE DIÓXIDO DE TITANIO (Nano-TiO2)
Se logró determinar que conforme se aumentaba la cantidad de nano-TiO2, aumentaba la resistencia a la compresión, no obstante, la máxima resistencia se alcanza alrededor del 1% de nano-TiO2 añadida a la mezcla; con 2% la resistencia decrece.
Dicha investigación también se refiere a el comportamiento de la trabajabilidad del concreto con la adición de nano-TiO2. Un buen concreto es aquel que presenta una buena resistencia a la compresión en estado endurecido y una buena trabajabilidad en estado fresco.
La trabajabilidad del concreto puede definirse como la propiedad que determina el esfuerzo requerido para manipular un volumen de concreto fresco. Incluye aspectos como el transporte, colocación, compactación del concreto.
NANOPARTÍCULAS DE ÓXIDO DE ALUMINIO (Nano-Al2O3)
las resistencias aumentan conforme aumenta la cantidad de nano-Al2O3 presentes en la mezcla. No obstante se pudo comprobar que la cantidad óptima de nano-Al2O3 es de alrededor del 3%, ya que a porcentajes mayores, las resistencias más bien disminuyen.

Cuando una cantidad adecuada de nano-Al2O3 es adicionada a la mezcla del mortero, las nanopartículas se distribuyen uniformemente dejando una distancia óptima entre cada nanopartícula, esto ayuda a que se acelere el proceso de hidratación de las partículas de cemento.
Es notable, según las distintas referencias analizadas que el aprovechamiento de las nanopartículas es considerable para el incremento de algunas de las propiedades tales como resistencia a la compresión, a la tensión, mejoramiento de la permeabilidad y por ende el mejoramiento al ataque de sulfatos.

En algunos casos, cuando requiere mejorar alguna propiedad mecánica del concreto, lográndose de manera exitosa, sin embargo otra de las propiedades se ve directamente afectada, ya sea de manera positiva o negativa.

Por otra parte, debido a esta metodología de mejoramiento de la relación de resistencia-peso (tecnologia de ultima generación), los costos para trabajar con esta son muy elevados, desde procesos tecnológicos para la síntesis de las partículas hasta la aplicación de diferentes tipos de energía para la dispersión homogénea de las partículas por toda la masa cerámica (concreto).
También cabe resaltar que en Costa Rica por la existencia de poca y muy reciente investigación acerca de nanotecnología aplicada a la industria de concreto, esta tecnología es poco utilizada en el país, ya que se necesitan muchos recursos para fortalecer los conocimientos de dichos materiales, y su comportamiento en la construcción costarricense.




NANOTUBOS DE CARBONO (CNTs)
(Carbon nanotubes)
los nanotubos de carbono son como canales tubulares con diámetros comprendidos entre (0.4 y 10) nm o (4 a 100) nm.

Como gran parte de la nanotecnología aplicada al concreto la aplicación de los nanotubos de concreto es totalmente o en parte similar a los aditivos, en donde la adición de esta sustancia se realiza como un porcentaje en peso de cemento.
Debido a la gran resistencia a la tracción, torsión, y baja densidad, los nanotubos ayudan con el incremento de la resistencia a compresión del concreto comparado con otros concretos comunes, en donde el enlace entre partículas se mejora ayudando al proceso de cementación, brindado por los cristales generados por el proceso de hidratación del concreto durante el proceso de fragua.

Conceptos importantes:
El término fraguado se refiere específicamente al paso del estado fluido al rígido de una pasta de cemento.
Los nanomateriales son una clase de materiales (sean cerámicos, metales, semiconductores, polímeros, o bien una combinación de estos), en donde sus dimensiones se encuentran entre 1 y 100nm.
Reacción de Hidratación: Reacción del agua con otro compuesto. En este caso con cemento Tipo I de uso general.
Curado: El curado se refiere al conjunto de procesos necesarios para garantizar el agua de hidratación óptima en la mezcla de concreto, lo cual se logra evitando la evaporación o pérdida de agua en la misma, o adicionando agua con el fin de reponer cualquiera de estos efectos.
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