Nano-engineered cement

Abstract

El hormigón es ampliamente utilizado en la industria de la construcción debido a su rendimiento deseable, la accesibilidad de sus ingredientes y su bajo costo. Sin embargo, se caracteriza por ser un material quasi-frágil, exhibiendo baja resistencia a la tracción y escasa capacidad de deformación, lo que lo hace más susceptible a grietas y reduce su durabilidad. Con el objetivo de abordar este problema, se han incorporado fibras, tanto micro como macro (polipropileno, nailon, polietileno y barras de acero), al concreto, creando así un material compuesto con mejoras en su rendimiento tanto en tensión como en compresión. A pesar de estas mejoras, las fibras solo logran retrasar el desarrollo de microfisuras y no evitan su inicio a escala nanométrica. Por lo tanto, ha surgido un creciente interés en fusionar las propiedades intrínsecas de las nanoestructuras basadas en carbono (CNS) en la matriz del cemento, dando lugar al desarrollo de cemento nano-modificado (nanocemento). Los materiales modificados a escala nanométrica han demostrado mejoras significativas en sus propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas en comparación con sus homólogos a mayor escala. Sin embargo, una de las principales dificultades en la síntesis del nanocemento radica en lograr una dispersión homogénea de las CNS en la matriz hidráulica del cemento. Los CNS, debido a su hibridación estable sp2, son químicamente inertes e incompatibles con muchos disolventes, lo que dificulta alcanzar una dispersión uniforme. En este trabajo, nuestro objetivo es producir cemento mediante nanoingeniería incorporando directamente CNS en la matriz del cemento a través de dos enfoques: in situ mediante deposición química de vapor (CVD) o utilizando un molino de bolas. En el primer experimento, se crea un compuesto de grafeno/cemento cultivando grafeno directamente en la matriz de cemento mediante CVD. En el segundo experimento, se produce grafeno mediante CVD y luego se muele con cemento para inducir la funcionalización mecánica. Las propiedades estructurales, morfológicas e interacciones superficiales del nanocemento se analizan mediante diversas técnicas analíticas, que incluyen espectroscopia Raman, difracción de rayos X en polvo (XRD), espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS), microscopía electrónica de barrido (SEM), análisis termogravimétrico (TGA) y pruebas mecánicas realizadas con una máquina de ensayo universal (UTM). El objetivo principal de este análisis es evaluar la eficacia en la preparación del compuesto de cemento nano-modificado.