Se ha demostrado que los nanocristales de celulosa derivados de subproductos industriales aumentan la resistencia del hormigón, que representa un posible aditivo renovable para mejorar el material de construcción omnipresente.

Los nanocristales de celulosa (CNC) podrían refinarse a partir de subproductos generados en el papel, bioenergía, industrias de la agricultura y la pulpa. Se extraen de estructuras llamadas microfibrillas de celulosa, que ayudan a dar a las plantas y los árboles su alta resistencia, ligereza y resistencia. Ahora, Los investigadores de la Universidad de Purdue han demostrado que los nanocristales de celulosa pueden aumentar la resistencia a la tracción del hormigón en un 30 por ciento.

"Este es un abundante, material renovable que se puede cosechar a partir de materias primas de celulosa de baja calidad que ya se producen en diversos procesos industriales, "dijo Pablo Zavattieri, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Civil Lyles.

Los nanocristales de celulosa podrían usarse para crear una nueva clase de biomateriales con una amplia gama de aplicaciones, como el fortalecimiento de materiales de construcción y componentes automotrices.

Los resultados de la investigación se publicaron en febrero en la revista Compuestos de cemento y hormigón . El trabajo fue realizado por Jason Weiss, El profesor de Ingeniería Civil Jack y Kay Hockema de Purdue y director del Laboratorio de Materiales de Pankow; Robert J. Moon, un investigador del Laboratorio de Productos Forestales del Servicio Forestal de los Estados Unidos; Jeffrey Youngblood, profesor asociado de ingeniería de materiales; el estudiante de doctorado Yizheng Cao; y Zavattieri.

Un factor que limita la resistencia y durabilidad del concreto actual es que no todas las partículas de cemento se hidratan después de mezclarse. dejando poros y defectos que obstaculizan la resistencia y durabilidad.

"Entonces, en esencia, no estamos usando el 100 por ciento del cemento, "Dijo Zavattieri.

Sin embargo, los investigadores han descubierto que los nanocristales de celulosa aumentan la hidratación de la mezcla de hormigón, permitiendo que más de él cure y potencialmente alterando la estructura del concreto y fortaleciéndolo. Como resultado, se necesita menos hormigón.

Los nanocristales de celulosa tienen aproximadamente de 3 a 20 nanómetros de ancho por 50-500 nanómetros de largo, o aproximadamente 1/1, 000th del ancho de un grano de arena, lo que los hace demasiado pequeños para estudiarlos con microscopios ópticos y difíciles de medir con instrumentos de laboratorio. Vienen de una variedad de fuentes biológicas, principalmente árboles y plantas.

El hormigón se estudió utilizando varias técnicas analíticas y de imagen. Debido a que las reacciones químicas en el endurecimiento del hormigón son exotérmicas, algunas de las pruebas midieron la cantidad de calor liberado, lo que indica un aumento de la hidratación del hormigón. Los investigadores también plantearon la hipótesis de la ubicación precisa de los nanocristales en la matriz de cemento y aprendieron cómo interactúan con las partículas de cemento tanto en el hormigón fresco como en el endurecido. Se demostró que los nanocristales forman pequeñas entradas para que el agua penetre mejor en el hormigón.

La investigación encaja con los objetivos de P3Nano, una asociación público-privada que apoya el desarrollo y el uso de nanomateriales a base de madera para una amplia gama de productos comerciales.

"La idea es apoyar y ayudar a Purdue a seguir avanzando en la tecnología CNC-Cement para pruebas de campo a gran escala y el potencial de comercialización, "Dijo Zavattieri.