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» » » » Cómo hacer un cemento más fuerte y menos contaminante


Referencia: EurekAlert.org .
Contacto: Andrew Carleen, 25 sept. 2014

El hormigón es el material de construcción más utilizado en el mundo, y uno de los contribuyentes principales al calentamiento global, su producción supone la décima parte de las emisiones de gases de efecto invernadero generado por la industria. Ahora, un nuevo estudio sugiere una forma en el que esas emisiones podrían reducirse a más de la mitad, y el resultado sería un material más fuerte y perdurable.

China inauguró en 2011el puente marino más largo del mundo. El proyecto ha llevado 4 años terminarlo y ha supuesto la construcción de 5.200 pilares, con un costo de unos US$ 1.500 millones. Alcanza una longitud de 42,4 kilómetros y cruza la bahía de Jiaozhou para comunicar la ciudad costera de Qingdao con el suburbio de Huangdao.
Los resultados provienen del análisis molecular más detallado hecho hasta ahora de la compleja estructura de hormigón, que es una mezcla de arena, grava, agua y cemento. El cemento se fabrica mediante la cocción del material rico en calcio, en general calizo, con un material rico en sílice, habitualmente la arcilla, a temperaturas de 1500 ºC, produciendo una masa dura llamada "clinker". Ésta se muele hasta formar un polvo. La descarbonatación de la piedra caliza, y el calentamiento de cemento, son responsables de la mayor parte de la producción de gases de efecto invernadero del material.

El nuevo análisis sugiere que reduciendo la proporción de calcio y silicato no sólo reduciría las emisiones, pero que en realidad produciría un cemento mejor y más fuerte. Estos hallazgos se describen en la revista Nature Communications por el investigador senior Roland Pellenq del MIT, los profesores Krystyn Van Vliet, Franz-Josef Ulm, Sidney Yip, y Markus Buehler y ocho co-autores del MIT y del CNRS, en Marsella, Francia.

"El cemento es el material más utilizado del planeta", dice Pellenq, señalando que su uso actual se estima en tres veces el del acero. "No hay otra solución que albergue la humanidad de una manera tan durable. Convertir líquido en piedra en tan sólo 10 horas, con esa facilidad y a temperatura ambiente. Esa es la magia del cemento."

En los cementos convencionales, explica Pellenq, la ratio de calcio a sílice oscila entre aproximadamente 1,2 a 2,2, siendo el estándar aceptado de 1,7. Pero las estructuras moleculares resultantes nunca han sido comparados en detalle. Pellenq y sus colegas construyeron una base de datos de todas estas formulaciones químicas, encontrando que la mezcla óptima no era la utilizada normalmente a día de hoy, sino más bien una relación de aproximadamente 1,5.

Conforme esta ratio varía, dice, la estructura molecular del material se va endureciendo progresivamente desde una estructura cristalina bien ordenada a una desordenada estructura vítrea. Ellos encontraron que la proporción de 1,5 partes de calcio por cada parte de sílice viene a ser "una proporción mágica", señala Pellenq, porque en ese punto el material puede lograr "dos veces la resistencia del cemento normal y una resistencia mecánica a la fractura, con algo de diseño molecular a escala."

Estos hallazgos, añade, se "validan con una gran cantidad de datos experimentales". Dado que se estima que las emisiones relacionadas para la producción del hormigón se estima que representan del 5 al 10 por ciento de las emisiones de gases de efecto invernadero industriales, cualquier reducción en el contenido de calcio de la mezcla del cemento tendrá un impacto sobre el CO2". De hecho, dice, las emisiones de carbono podrían reducirse a tan sólo un 60 por ciento.

Además, en general mejora la resistencia mecánica, continúa Pellenq, porque el material sería más vítreo y menos cristalino, “no habría tensiones residuales en el material, por lo que sería más resistente a la fractura."

Este trabajo es la culminación de cinco años de investigación por un equipo de colaboración del MIT y el CNRS, donde Pellenq es director de investigación. Las dos instituciones tienen un laboratorio conjunto en el MIT llamado Ciencia de Materiales Multi-escala para la Energía y el Medio Ambiente, a cargo de Pellenq y Ulm, que es director del Concrete Sustainability Hub del MIT, y está auspiciado por Energy Initiative del MIT.

Debido a su mejorada resistencia a la tensión mecánica, Pellenq dice que la formulación revisada podría ser de particular interés para las industrias del petróleo y del gas, donde el cemento alrededor de las cubiertas es crucial para prevenir las fugas y explosiones. "Un cemento más resistente es algo que sin duda debe considerarse."

Hasta ahora, el trabajo se ha mantenido a un nivel molecular de análisis, "A continuación, tenemos que asegurarnos de que estas propiedades a nanoescala se traducen igualmente a mesoescala", es decir, a la escala de ingeniería de aplicaciones de infraestructuras, vivienda y otros usos.


- Fuente: Massachusetts Institute of Technology .
- The Concrete Sustainability Hub is supported by the Portland Cement Association and the Ready Mixed Concrete Research and Education Foundation.
- Imagen: China inauguró en 2011el puente marino más largo del mundo. El proyecto ha llevado 4 años terminarlo y ha supuesto la construcción de 5.200 pilares, con un costo de unos US$ 1.500 millones. Alcanza una longitud de 42,4 kilómetros y cruza la bahía de Jiaozhou para comunicar la ciudad costera de Qingdao con el suburbio de Huangdao. http://actualidad.loquenosabias.com/
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