CDT Publicado en un artículo de la revista Construction and Building Materials , un equipo de científicos de China, EE. UU. y el Reino Unido han propuesto un enfoque novedoso para crear cemento inteligente.
Fuente: AZO Materials
Los compuestos cementosos se han utilizado durante siglos en la industria de la ingeniería civil. Si bien las propiedades mecánicas y físicas, como la durabilidad, son un requisito central de estos materiales, en los últimos años ha habido un interés creciente en la investigación para dotarlos de propiedades funcionales.
Esto ha llevado al campo de los compuestos cementosos inteligentes. Entre las diversas funcionalidades requeridas por los ingenieros civiles, las propiedades conductoras de electricidad tienen varios beneficios, como el monitoreo de la salud del edificio, el blindaje electromagnético y las capacidades de deshielo. Los compuestos cementosos inteligentes pueden mejorar la resiliencia, la seguridad y el rendimiento de por vida de las estructuras. Esto disminuye los costos de mantenimiento y mejora la huella de carbono de las nuevas estructuras.
Se han investigado varios materiales para su uso, como aditivos conductores de electricidad para compuestos cementosos inteligentes. Estos incluyen negro de humo, nanotubos de carbono, fibras de carbono y grafeno. La incorporación directa a la matriz cementosa ha sido el enfoque comúnmente utilizado en estos estudios.
La incorporación de estos materiales directamente a las matrices cementosas tiene el efecto de disminuir la resistividad eléctrica. Los estudios han informado mejoras en varios órdenes de magnitud, pero existe un problema crítico con este enfoque. Estas mejoras se obtienen a costa de la resistencia mecánica del material compuesto. Además, los procesos son costosos, consumen mucha energía y tiempo.
Lograr una conductividad eléctrica satisfactoria también requiere grandes proporciones de estos materiales. La mezcla directa en estas concentraciones provoca una mayor viscosidad y una menor trabajabilidad de la mezcla final. Esto puede afectar propiedades como la durabilidad y la resistencia en los compuestos endurecidos finales. Por lo tanto, se necesita una nueva estrategia para aprovechar el potencial de los compuestos cementosos inteligentes.
El estudio
Este estudio ha propuesto una nueva estrategia que potencialmente puede superar los problemas con los procesos de mezcla convencionales. Lograr un método de bajo costo que mantenga las propiedades mecánicas y físicas de los materiales cementosos y mejore su conductividad eléctrica, es una preocupación clave en este campo de la ciencia de los materiales.
este nuevo enfoque, implica el uso de agregados finos que están recubiertos con materiales conductores a base de grafeno. En primer lugar, se aplicó una capa uniforme de óxido de grafeno a la arena y luego se recoció a 300o C. El proceso de recocido redujo el óxido de grafeno a óxido de grafeno reducido. Luego se emplearon tratamientos con microondas para reducir aún más el recubrimiento a grafeno.
Los investigadores evaluaron la humectabilidad y la conductividad del grafeno, el óxido de grafeno y el óxido de grafeno reducido. Los resultados de este análisis informaron la optimización del proceso. Además, se evaluaron la eficiencia del recubrimiento y los efectos del nanomaterial sobre las propiedades físicas de las partículas del agregado.
Los autores analizaron y evaluaron la resistencia mecánica, la fluidez, la microestructura y la absorción de agua de los morteros cementosos preparados. Finalmente, se evaluaron la piezorresisividad y la resistividad eléctrica del mortero compuesto preparado.
Resultados del estudio
Los resultados del estudio demostraron que el nuevo enfoque podría producir morteros compuestos de cemento con propiedades eléctricas adecuadas sin un efecto negativo en las propiedades mecánicas y físicas del producto final. Recubrir las partículas de arena en lugar de incorporar directamente nanomateriales en el mortero proporciona beneficios significativos para producir compuestos cementosos inteligentes.
El enfoque novedoso establecido en el estudio imbuye el mortero cementoso con capacidades de autodetección mejoradas, así como con una resistividad eléctrica reducida. Además, se observó una fluidez ligeramente mejorada, lo que soluciona los problemas de viscosidad del mortero que enfrentan los procesos de preparación convencionales. Además, no hubo una reducción notable en la absorción de agua o la resistencia mecánica.
El análisis SEM reveló una cobertura de aproximadamente el 62% de las superficies de partículas de arena con grafeno. El espesor medio del recubrimiento fue de alrededor del 8,8%. Las pruebas de compresión también confirmaron que el recubrimiento desarrollado en el estudio le da al mortero respuestas piezoeléctricas confiables a la carga de compresión.
El enfoque de nano-recubrimiento no se basa en la química del aglutinante. Esto significa que se puede implementar universalmente, en diferentes compuestos cementosos con materiales aglutinantes convencionales o no convencionales.
En resumen
En resumen, el estudio ha demostrado un enfoque que mejora los métodos convencionales de preparación de compuestos cementosos inteligentes. Un proceso simple y eficiente, el método del autor se puede aplicar fácilmente a operaciones a escala industrial, lo que tiene beneficios significativos para las industrias de la construcción y la ingeniería civil.
Los autores han presentado una estrategia prometedora para mejorar los morteros de cemento e impartir funcionalidades avanzadas como conductividad eléctrica y capacidades de autodetección. Sin embargo, aún deben superarse algunos desafíos antes de que este proceso pueda considerarse para aplicaciones comerciales. Es necesario realizar más investigaciones sobre la optimización de la eficiencia y la calidad del recubrimiento en estudios futuros.
Cargando...
