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7/21/2019 Nano concreto.docx

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Nano concreto

Introduccin

Einstein fue el primero en comprobar la medida de las molculas, las cuales son de una partcula

por milln en un dimetro, en 1959 fue Richard P. Feynman quien predijo una tecnologa que mundial

que replicara los objetos a nivel nano. Hoy en da la nanotecnologa es una de las investigaciones ms

activas en las reas que comprende la ingeniera Civil y la produccin de materiales de construccin, el

inters en el cemento portland ha crecido cada da an ms, una de las ms activas investigaciones que

lleva acabo el cemento es la hidratacin de partculas de cemento y su uso a tamao nano, tal vez

ingredientes como lo son el Aluminato y las partculas de slice.

Las fronteras de la nanotecnologa se han logrado sobrepasar con la manipulacin de la materia

a nivel molecular, esta tecnologa ha logrado permitir la creacin de partculas y de un tomo por vez,

las posibilidades con la nanotecnologa son enormes y as como tambin son los grandes beneficios que

este nos puede traer.

El concreto es un campo muy amplio, as como este nos brindan muchas oportunidades pueden

presentarse tambin muchas amenazas o peligros, para aquellas oportunidades que se puede

transformar en beneficios de prctica, ingeniera, material cientfico, manufactura arquitectnica, y

distribuidores deben enfocarse en los cambios que este debe tener para mantener el control y

dominancia del sector contractivo. Recientemente las investigaciones han demostrado que el estado de

la materia para los procesos de agregados para alto desempeo, han desarrollado totalmente una nueva

dimensin para el cemento tecnolgico clsico, al igual con los resultados que ha presentado la

nanotecnologa en si para la industria del sector constructivo, gracias a la innovacin del concreto.

Se han presentado nuevas tcnicas y nuevos materiales para la tecnologa del concreto, como

este es el elemento ms utilizado en la industria constructora, este ha tenido que pasar por rigurosas

pruebas de calidad, este juega un papel muy importante y tiene como objetivo principal reforzar las

investigaciones de la nanotecnologa, y reforzar las bases, para ayudar a reforzar e impulsar a utilizar

esta nueva tecnologa para demostrar las ventajas que se obtienen con la tecnologa del concreto.

Definicin de nano concreto

La nanotecnologa se define por su fabricacin de materiales para dispositivos a nivel atmico o

molecular de precisin, como tamaos como una partcula de cabello de 100pm, partcula de una

bacteria de 1m, partculas de clulas 100nm, una partcula de ADN 5nm, y un tomo que mide 0.2nm.

El comportamiento mecnico del concreto de los materiales depende de su estructura de sus

elementos y un fenmeno que ocurre a una escala de nivel micro y nano, como un resultado de la

nanotecnologa ha podido modificar la estructura molecular de los materiales de concreto para mejorar

sus propiedades, mayormente su desempeo mecnico, su estabilidad de volumen, durabilidad y

sustentabilidad del concreto.


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Producto Deshidratado

Producto Hidratado

Propiedades

El nano concreto est definido como concreto hecho de partculas de cemento portland de

menos de 500 nano metros como agente cementante, este tipo de partculas van desde un tamao de

0.2 nanmetros hasta los 100 nanmetros, hasta alcanzar un nivel micro, creando en si un micro

cemento con partculas reducidas de hasta 5 micrmetros, para reducir la necesidad de produccin denano cemento.

El nano concreto ha tenido efectos revolucionarios, permitiendo una mejora en cuanto a costos,

alto desempeo, y durabilidad en la produccin de cemento y concreto en s, esto ha llevado a ideales

de desarrollo auto sostenibles en adicin a la nano ingeniera y materiales del concreto, que pueden

guiar usos del concreto a campos inimaginables, as como la nueva clasificacin de concretos con un sin

nmero de aplicaciones para el rea de transportacin.

La medida promedio de un cemento portland es de 50 micras, en la aplicacin ha permitido

brindar un producto final ms fino y una puesta en menor tiempo, con la nanotecnologa se ha logrado

maximizar el tamao de partculas hasta 5 micras, dando paso as un nuevo tipo de cemento

denominado nano cemento portland, estas partculas pueden ser procesadas en nano tubos, y reactivos

de partculas de nano slices, para as crear cermicas con mayor conductividad, fuerza, resistencia, y

almacenamiento de calor, entre otros productos con ayuda de aplicaciones electrnicas.


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Propiedades de la Nano Estructura

Cuando los xidos de Carbn alcanzan las temperaturas de los 400 grados centgrados, esta

procede a ser retenida de manera mecnica mediante nano tubos de carbn que permiten que este no

sobrepase esta temperatura gracias a sus propiedades, muchas de las cermicas son procesadas en

temperaturas mayores a los 400 grados centgrados, pero las fibras de carbn no pueden ser utilizadasen este proceso.

A nivel micro se utiliza una analoga entre el concreto reforzado y el concreto con compuestos

de fibras, y es que la fibras para el concreto reforzado tambin puede usado eficazmente con fibras

pequeas y cortas a nivel micro y nano. Como por ejemplo una cierta cantidad de fibras para refuerzo

de concreto requiere un 0.5% de acero para una matriz de concreto, pero solo se requiere un 0.5% de

tubos de nano carbn para realizar un concreto de Alto Desempeo, pero hay que tomar en cuenta que

los tubos de nano carbn brindan propiedades mecnicas y elctricas.

Hasta el concreto de la ms alta calidad posee capilaridades y micro fisuras, esto permite que el

agua pase atreves de su estructura, el paso del agua y la humedad es posible gracias a algo llamado

Absorcin Capilar, incluso en los concretos ms densos del ms alto estndar no elimina la absorcin de

Agua por sus capilares y permeabilidad. El concreto en si inherentemente siempre va absorber la

humedad y contaminantes solubles de su alrededor.

Se puede afirmar la utilidad de la nanotecnologa por su contenido de nano partculas e

ingredientes como nano partculas de agua, y nano inclusores de aires, no obstante para dar una

verdadera afirmacin de del uso de la nanotecnologa, se tiene que habilitar un control de cantidad y

localizacin de estos ingredientes dentro del producto final, la escala de varios constituyentes de este

material de concreto son de tamao molecular, si pudiramos crear qumicamente o de manera

mecnica las herramientas para el control de los nano poros a escala, y el posicionamiento de los calcios

y slices, se podra brindar un mayor hidratacin con mucho mayor efectividad.

La nano escala del concreto es fundamental para la investigacin de la relacin entre las cenizas

volantes y el cemento portland en gel, utilizando un proceso tecnolgico de procesos de dispersin de

neutrones.

La nano tecnologa nos ha brindado un acercamiento a como se realiza la hidratacin de las

partculas de cemento, y la reactividad de las nano estructuras de cemento con la hidratacin que

desarrolla sus superficies y en cada grano de cemento individualmente.

La Nano Escala del concreto ayuda a enfermedades del concreto como la reactividad Alcali-Silice

( ASR ) y el Retardo de una formacin Etringita, Las dificultades que se presentan dentro de las

carreteras y puentes de concreto, son exploradas a nivel molecular usando tecnologa de dispersin

molecular y otros procesos.


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Se ha demostrado que se requiere un mejor control sobre el tiempo que se da para el fraguado

del concreto, la evolucin de los perfiles de hidrogeno demuestra las rupturas o micro fisuras

presentadas en la superficie segn el tiempo transcurrido, esta informacin puede ser utilizada para el

estudio del concreto y su fraguado en una funcin de tiempo, temperatura, qumicos del cemento, entre

otros factores, como por ejemplo investigaciones del NRRA ha determinado que la hidratacin del

concreto a 30 grados centgrados es de aproximadamente de una hora y media.

La desintegracin de la superficie libera silicatos acumulados a los solutos de su alrededor,

cuando este se integra al calcio para producir el gel de hidratos slices de calcio, lo cual une todos los

granos de cemento y asienta el concreto, esto resuelve un debate cientfico que ha existido durante

siglos, las superficies de 20 nanmetros de grosor acta como una capa semipermeable que permite

que el agua traspase los granos de cemento y sus iones de calcio formando una reaccin de gel slice,

causando as un hinchamiento en el cemento.

Reaccin del concreto con los Alcali-Silicatos Reactivos

ASR esto ocurre cuando un cemento lcali reacciona con un slice de un agregado particular,

esto provocara como resultado un gel lcali Slice, en todo caso de que hubiera suficiente humedad en

la mezcla l se expandir provocando daos significantes a los materiales, el ASR debilita nuestro

concreto hasta tal punto en que es vulnerable a cualquier fuerza externa, esto es conocido como el SIDA

del concreto, este reaccin causa severos daos fsicos y Qumicos, este se envuelve en una fase de

transformacin que va daando las capas de la estructura del concreto a nano escala.

De acuerdo a investigaciones del ASR la aplicacin de la dispersin de neutrones y la

inhabilitacin de la espectroscopia de positrones para medir la a nano y sub nano escala cambia la

funcin del gel de la microestructura del concreto en su temperatura y su humedad relativa.

Sntesis del nano cemento usando nano partculas

Sntesis de cemento usando nano partculas, es un proyecto apoyado por el National Science

Foundation (US), han sintetizado el cemento portland tipo I utilizando nano partculas y la ha comparado

con el cemento comercial, para evaluar sus propiedades y diferencias se han utilizado equipos como el

(SEM) Microscopio Escner de Electrones, (XRD) Difraccin de Rayos X, estos equipos han sido utilizados

para evaluar la morfologa y estructura del Silicato Tricalcico (C3S), conglomerados de nano partculas de

estructuras cristalinas, que contienen componentes de tri y di Alcali-silice como por ejemplo el oxido de

cobre presente como componente en el cemento Sintetizado, las pruebas han demostrado que el nano

concreto presenta un hidratacin ms temprana en los cementos sintetizados que el cemento portland.

Los Nanos tubos de carbn se han fabricado para utilizarse como fibras compuestas que pueden

heredar sus grandes propiedades, como por ejemplo, este puede ser mezclado con Aluminio-Slices,

para producir una pequea malla muy resistente y conductiva, este compuesto puede ser utilizado para

dar una mayor durabilidad, resistencia, mayores temperaturas y superficies de baja friccin, las

partculas de estas estn entre una tamao de 50 a 100 nanmetros, y se puede refinar el proceso de


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produccin para maximizar el tamao de las partculas entre unos 5 a 10 nanmetros, se logra alcanzar

una reduccin de hasta 10 veces el tamao estndar.

Segn su mdulo elstico y su comportamiento de compresin y tensin, comparten un modulo

de fuerza en varias maneras, estos valores pueden ser utilizados en forma experimental y terica, las

pequeas dimensiones de estos tubos, estos pequeos tubos se han convertido en un gran reto para elrea experimenta. Microscopios de Alta Resolucin han ayudado a la innovacin en el rea del

desarrollo de la manipulacin de la nano tecnologa, estos mdulos se reportaron entre 270 a 3600 GPa,

con una prediccin terica hasta de 5000 GPa, asumiendo un grosor de los nano tubos de carbono de

0.34 nanmetros.

Resistencias a la Tensin tiene un porcentaje de fallo de hasta un 12% con una resistencia

desde los 10 a 63 GPa. Resistencias a flexin se encontraron dentro de un rango de 1.72 ms o menos de

0.64 GPa.

Para la produccin de nano concreto

Ingredientes Para Tubos de Nano Carbn

Minerales Qumicos Reductores de Agua Nano Cemento Nano Slice Nano partculas de Vidrio.


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Ingredientes Para Rellenos Reductores de Encogimiento Partculas de Cemento.

Ingredientes Para Fibras

Fibras Metlicas Tubos de Nano carbn Fibras de Vidrio Woollaslastonita Fibras de Polmeros Membrana flexible Fibras de Cermicas para altas temperaturas.

Propiedades del Nano concreto

Altas Resistencias a la compresin, de 15 a 75 MPa al primer dia, 40 a 90 MPa a los 28 das, y120 MPa a los 120 das.

Tiene una gran trabajabilidad con pequeas relaciones agua cemento. No es necesario utilizar Superplastificantes. Se rellenan los micro poros y los micro espacios con facilidad Se ahorra hasta en 45% en valor monetario.

Conceptos fundamentales de la hidratacin del nano cemento.

Con la ayuda de la sntesis de nano cementos como se mencion anteriormente, se ha logrado

reducir las partculas con gran magnitud, esto se da gracias a una sntesis qumica o gracias a

separadores de nano partculas. La mayor problemtica que presenta este es la hidratacin de las

estructuras de nano concreto, y en esto juega un papel muy importante en lo que es la hidratacin de la

pasta del nano cemento como tal, y para esto se debe considerar.

Un milmetro cubico luego de su hidratacin ser igual a dos milmetros cbicos despus de suhidratacin.

Los 3 componentes ms importantes de la mezcla sern silicato de calcio hidratado querepresentara el 50% a 60% del volumen de la mezcla, la portlandita este ser un 20% a 25% y los

calcio sulfo-aluminatos que representaran de un 15% a 20%.

Los silicatos de calcio se forman en capas de menos de 2 nanmetros y entre ellas hay unaespeciacin de 0.5 a 2.5 nanmetros.


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Los hidrxidos de calcio o portlandita producen normalmente una cristalizacin de 1000nanmetros.

Para el nano cemento hidratado se debe considerar el agua adicionada, para una buena pasta semas de 6 capas de molculas de agua de 1.5 nanmetros de grosor, los excedentes se pueden

remover o secar con un ambiente con 30% de humedad relativa.

Los Vacos capilares son de entre 10 a 1000 nanmetros, pero en una buena pasta hidratada conuna baja relacin agua cemente el tamao normalmente de los capilares son de 100

nanmetros.

El calor de hidratacin es fuertemente influido por el tamao de las partculas del cemento, estepuede variar entre unos 320 m2/kg en cementos normales hasta unos 900 m2/kg en cementos

para concretos de alta resistencia.

Beneficios del Nano concreto

Reduccin de la contaminacin del concreto debido a las pequeas partculas slidas de microslice.

Menores Costos de construccin en sitio. Altas resistencias ante Compresin. Provee una mayor trabajabilidad. Eliminacin de uso de SuperPlastificantes. Reduccin de los peligros causados por la silicosis.

Recubrimiento para Nano concreto

Los recubrimientos para el concreto son barreras que protegen nuestra estructura interna,

contra la abrasin, ataques qumicos, variaciones hidrotermales, y para mejorar la apariencia de esta, la

mayora de los recubrimientos en la actualidad se encuentran dentro del rango del micrmetro.

Nuevos materiales y tcnicas son desarrolladas con el fin de lograr revestimientos a nivel

manomtrico, que sean ms durables y generen menos calor, los recubrimientos podran ser auto

limpiables y auto curables, en la mayora de los casos estas nuevas tcnicas desarrolladas son evaluadas

experimentalmente, con mejores paramentos en durabilidad expuesto en varias condiciones, resistente

a la abrasin, resistente a la friccin, resistente a altas temperaturas y con caractersticas elctricas.

La relacin entre el recubrimiento y los materiales juega un papel muy importante en cuanto a

la durabilidad del sistema, los modelos pueden volverse muy complejos por que la interaccin de estos

con la materia prima con la interface, pero muy poco es conocido del desempeo de esta interface,como sus propiedades mecnicas, hidrotermales, y fuerzas magnticas para los nano recubrimientos.

Pequeos recubrimientos tienden a fallar por agrietamiento, de laminacin y descorcha miento,

se prefiere plantear modelos estables para el anlisis de la iniciacin y crecimiento de las fisuras, y los

factores que contribuyen para su degradacin. Se cree el conocimiento base para el anlisis del grosor

de recubrimiento de paredes se puede obtener o desarrollar mediante modelos analticos, la mayora de

los recubrimientos tienen a acumular suciedad reduciendo su esteticismo, tambin el depsito de


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ciertos materiales degradan la materia prima de la superficie con el tiempo, ciertos estudios ha

intentado estudiar este nano recubrimiento dndole caractersticas similares a las hojas de loto,

hidrofobicas y repeliendo las partculas de suciedad que viajan con el agua.

Conclusiones

Grandes cantidades de fondos y esfuerzos han sido utilizados para desarrollar la nanotecnologa,incluso en los campos del cemento y el concreto, puede que este solo sea una pequeo campo

en la nanotecnologa, pero todos los esfuerzos e investigaciones en el rea han sido para el

desarrollo de nuevas tcnicas y nuevos materiales, para brindar nuevos mtodos de

construccin ms seguros y ms eficientes

Actualmente los esfuerzos estn enfocados en comprender la hidratacin de las partculas decemento, los nano slices, y otros sensores, para brindar una nica oportunidad de desarrollar

un nano cemento que pueda guiarnos a una contribucin de mayor magnitud.

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