Un sellador penetrante a base de nanomateriales desarrollado por investigadores de la Universidad Estatal de Washington puede proteger mejor el concreto de la humedad y la sal, los dos factores más dañinos en la infraestructura de concreto en ruinas de los estados del norte.

Un sellador penetrante a base de nanomateriales desarrollado por investigadores de la Universidad Estatal de Washington puede proteger mejor el concreto de la humedad y la sal, los dos factores más dañinos en la infraestructura de concreto en ruinas de los estados del norte.

El nuevo sello mostró una mejora del 75 % en la repelencia al agua y una mejora del 44 % en la reducción del daño causado por la sal en estudios de laboratorio en comparación con un sello comercial. El trabajo podría proporcionar una forma adicional de abordar el desafío del envejecimiento de los puentes y las aceras en los EE. UU.

«Nos enfocamos en uno de los principales culpables que afectan la integridad y durabilidad del concreto, a saber, la humedad», dijo Xianming Shi, profesor de la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental que dirigió el trabajo. «Si puede mantener el concreto seco, la gran mayoría de los problemas de durabilidad desaparecerán».

Shi y el estudiante graduado Zhipeng Li publicaron recientemente su trabajo en Revista de Materiales en Ingeniería Civil y han solicitado una patente provisional.

Gran parte de la infraestructura crítica del país, como el sistema de carreteras de los EE. UU., se construyó entre las décadas de 1950 y 1970 y ahora está llegando al final de la vida útil para la que fue diseñado. Desde fines de la década de 1990, la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles ha proporcionado una credencial de infraestructura de EE. UU. de cuatro años que constantemente tiene calificaciones bajas o reprobatorias. Alrededor del 8% de los aproximadamente 600.000 puentes en los EE. UU. se consideran estructuralmente deficientes, y una de cada cinco millas de pavimento de la carretera está en malas condiciones. El problema se ve agravado en climas fríos por los múltiples ciclos de congelación y descongelación y por el mayor uso de sales descongelantes en las últimas décadas, que pueden degradar el concreto.

«El concreto, incluso si parece roca sólida, es básicamente una esponja cuando lo miras bajo un microscopio», dijo Shi. «Es un material compuesto altamente poroso y no homogéneo».

Los selladores tópicos han surgido como una herramienta para proteger el concreto, y muchas agencias estatales de transporte los están utilizando para proteger las cubiertas de los puentes en particular, que parecen sufrir los peores daños causados ​​por la sal. Los selladores en el mercado ofrecen cierto nivel de protección, pero la humedad a menudo puede filtrarse en el concreto, dijo Shi.

En su estudio, los investigadores agregaron dos nanomateriales, óxido de grafeno y nanoarcilla de montmorillonita, a un sellador comercial a base de siliconato. Los nanomateriales densificaron la microestructura del hormigón, dificultando la penetración del agua líquida. También formaron una barrera contra la entrada de vapor de agua y otros gases que tienden a penetrar en el hormigón. El nanomaterial también protegió al hormigón de los ataques físicos y químicos de las sales de deshielo. El sello de penetración está diseñado para ser multifuncional, ya que también puede servir como ayuda para el curado del hormigón fresco.

El sellador WSU es a base de agua y no utiliza solventes orgánicos, lo que significa que es más amigable con el medio ambiente y más seguro para los trabajadores, agregó Shi.

«Tradicionalmente, cuando se cambia de un solvente orgánico a agua, se ha sacrificado el rendimiento del sello», dijo. “Hemos demostrado que el uso de nanomateriales mitiga esta reducción del rendimiento”.

Los investigadores realizaron un análisis de mercado preliminar con representantes de la industria y están investigando formas de optimizar aún más los sellos. Están investigando cómo los selladores a base de nanomateriales pueden ayudar a proteger el concreto del daño microbiano o la abrasión, el desgaste diario que daña el material en áreas de mucho tráfico. Planean realizar demostraciones a escala piloto e implementar un experimento con infraestructura real en el campus de WSU o en la ciudad de Pullman durante los próximos dos años.

El trabajo fue apoyado por el Centro Nacional para la Durabilidad y Extensión de la Vida de la Infraestructura de Transporte liderado por WSU y la Oficina de Comercialización de WSU.


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