Lo más difícil del hormigón podría ser el problema de cómo fabricar el omnipresente material de construcción de una manera respetuosa con el medio ambiente. Resultados de laboratorio recientes en la Universidad de Princeton indican que el desafío de hacer concreto más ecológico puede eventualmente resquebrajarse.

El hormigón plantea preocupaciones sobre el cambio climático porque la fabricación de su componente principal, Cemento Portland, es responsable de hasta el 8 por ciento de las emisiones humanas de dióxido de carbono. Peor aún desde el punto de vista medioambiental, Los meteorólogos predicen que la producción de cemento Portland se duplicará en los próximos 30 años.

Hay posibles reemplazos para el cemento Portland. Una opción, llamados materiales activados por álcalis, promete realizar la misma función y reducir las emisiones de carbono relacionadas con el cemento hasta en un 90 por ciento. Los estudios han demostrado que los materiales activados por álcalis son tan fuertes como el cemento Portland. Pero hay relativamente pocos datos a largo plazo sobre la durabilidad del cemento más verde, una pregunta clave para alguien que construye una estructura que dure décadas o más.

Los investigadores de Princeton y otras instituciones han estado trabajando para abordar la falta de información sobre los nuevos reemplazos de cemento. Claire White, un profesor asistente de ingeniería civil y ambiental y el Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente, dijo que puede ser un desafío en el laboratorio simular con precisión la durabilidad a largo plazo del hormigón. Pero la información es fundamental para que la industria adopte el material.

"Una de las razones por las que los materiales activados por álcalis no se utilizan ampliamente es la falta de estándares de prueba a nivel nacional, "Dijo White.

En años recientes, El grupo de investigación de White ha utilizado diferentes métodos para medir la durabilidad a largo plazo de las alternativas de cemento y proponer formas de eliminar las debilidades de los materiales. En un informe, su equipo observó pequeñas grietas que se desarrollan a medida que envejecen algunos materiales activados por álcalis; debido a que las grietas pueden disminuir notablemente la resistencia con el tiempo, los investigadores propusieron agregar pequeñas cantidades de nanopartículas de óxido de zinc para reducir el agrietamiento.

"Hemos estado usando y estudiando cementos Portland durante casi 200 años, por lo que comprendemos mucho sobre cómo se deterioran con el tiempo y en diferentes condiciones ambientales, "dijo María Juenger, un profesor en el departamento de civil, ingeniería arquitectónica y ambiental en la Universidad de Texas-Austin. Por otra parte, Juenger dijo:"los materiales activados por álcalis son una nueva bestia, y debemos esforzarnos mucho en estudiar su durabilidad antes de usarlos en estructuras [porque] las fallas imprevistas pueden ser costosas ".

En un artículo publicado el 15 de junio en la Revista de la Sociedad Americana de Cerámica , El equipo de investigación de White describe un enfoque novedoso para evaluar la permeabilidad del material activado por álcalis. La permeabilidad es una debilidad crítica para cualquier cemento porque los productos químicos como el dióxido de carbono, Los sulfatos o cloruros que se introducen en una estructura de hormigón pueden debilitar el hormigón y corroer el acero utilizado como refuerzo en la mayoría de los edificios modernos.

La permeabilidad es una medida importante de la durabilidad de un cemento, pero es muy difícil medir con precisión en un laboratorio, White explicó. Esto se debe a que los métodos más comunes de prueba de permeabilidad requieren que los investigadores traten previamente el cemento o utilicen alta presión para forzar el líquido a través de una muestra. Ambos hacen que la prueba sea menos representativa de las condiciones del mundo real.

Para resolver este problema, El equipo de investigación de White utilizó un método llamado prueba de flexión de vigas, que no se usa típicamente para medir la permeabilidad. En la prueba, un cilindro horizontal de cemento se apoya en ambos extremos mientras se aplica una fuerza hacia abajo contra el punto medio del lado superior del cilindro, haciendo que se desvíe. Midiendo la forma en que el cilindro responde a la deflexión a lo largo del tiempo, los investigadores pudieron calcular cómo se mueve el líquido a través de los poros diminutos dentro del cemento.

En una serie de pruebas, Catherine Eiben, un ex estudiante de posgrado en el laboratorio de White, midió la permeabilidad del material activado por álcali elaborado a partir de una solución de hidróxido de sodio y escoria, un subproducto de la producción de hierro. Anna Blyth, un senior en ascenso, realizó otra serie de mediciones utilizando el material, pero alteró la solución para que el material contuviera sílice soluble. Los investigadores encontraron que la primera versión del material activado por álcalis era más permeable que el cemento Portland; pero la versión de sílice tenía una permeabilidad notablemente menor.

"Fue muy emocionante", dijo Blyth, quien realizó las pruebas como parte de su investigación independiente de pregrado. "El trabajo que realiza la profesora White en su laboratorio tiene implicaciones importantes para la industria y, con suerte, ayudará a hacer posible la creación de estándares y códigos para abordar la implementación de sustitutos ecológicos del cemento Portland".

White dijo que los hallazgos son un paso alentador. Pero dijo que no despeja completamente el camino para el nuevo tipo de cemento. Si bien la permeabilidad es una medida clave de durabilidad, las muestras con baja permeabilidad pueden sufrir otros problemas potenciales.

"El tipo de material que se comporta realmente bien en la permeabilidad, los que tienen tamaños de poro muy pequeños, a veces son vulnerables a las microfisuras. ", dijo." Sabemos que eso es cierto para estos cementos de escoria activados por silicato ".

White dijo que el trabajo futuro en su laboratorio planea abordar la cuestión del craqueo.

"Queremos desarrollar nuevos métodos para obtener datos precisos sobre cómo se comportarán estos materiales a lo largo del tiempo, ", dijo." Esto ayudará con la implementación de alternativas sostenibles en la industria de la construcción ".