Resumen ejecutivo
La nanotecnología permite la creación de pavimentos autorreparables y aglutinantes mejorados, lo que podría revolucionar la durabilidad de las carreteras. Las nanofibras de sílice y nanocelulosa son altamente efectivas para promover la autorreparación de microfisuras en materiales cementicios. El aditivo Renolith ofrece un método comercialmente disponible y de eficacia comprobada para dispersar eficientemente nanofibras de sílice y nanocelulosa no aglomerantes en todo el material, facilitando así la autorreparación.
Nanomateriales en las carreteras
En 2016-17, el Programa de Investigación e Innovación Vial de Australia Occidental (WARRIP) investigó el uso de la nanotecnología en aplicaciones de pavimentación de carreteras. Revisión de WARRIP sobre tecnologías futuras para pavimentos encontró:
Hasta la fecha, diversos estudios han evaluado la capacidad de autorreparación mediante varios nanomateriales. Los resultados indican que estos materiales tienen el potencial de sellar microfisuras, evitando así la propagación de macrofisuras.
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La nanotecnología tiene el potencial de mejorar las características de los materiales, la durabilidad y el rendimiento de los pavimentos.
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Nanotecnología abre la puerta a Pavimentos autorreparables y ligantes mejorados que podría ser cambios significativos en la longevidad de nuestro WA carreteras. Esto justifica sin duda la investigación en aplicaciones a gran escala para comprobar si los resultados a nanoescala pueden lograrse en aplicaciones a gran escala.
Nanomateriales y autorreparación
En Revisión cienciométrica que resume el impacto de los nanomateriales en las propiedades de los materiales a base de cemento en estado fresco, endurecido y de durabilidad., Shayan Ali Khan y otros resumieron un conjunto sustancial de evidencia sobre los efectos de autorreparación de los nanomateriales; extractos a continuación:
4.6. Compuestos cementicios autorreparables a base de nanomateriales
El autosanación La capacidad en [materiales a base de cemento] CBM es vital para garantizar la longevidad de las estructuras de ingeniería civil, ya que de manera efectiva previene la formación de microfisuras debido a factores como contracción por secado y tensiones externas [147Cuando se exponen a la humedad, los CBM experimentan reacciones químicas que culminan en la creación de gel de [silicato de calcio hidratado] C─S─H, sellando eficazmente cualquier fractura dentro del material. En el caso de la curación autógena, la inclusión de nanomateriales, como nanoSiO2, inicia el proceso de autorreparación al servir como sitios de nucleación para la formación de geles C─S─H.
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Wengui y otros [149] informó que la incorporación de nano-SiO2 mejora el autosanación eficiencia del material a través de dos mecanismos clave: la precipitación de carbonato de calcio (CaCO₃)3) y la formación de C─S─H.
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La introducción de nanofibras en el cemento y el hormigón actúa como un Autocuración eficaz método, que resulta en la reducción del ancho de las fracturas, al permitir productos de hidratación y carbonato de calcio (CaCO3) para depositarse en sus superficies. Esta técnica de deposición ayuda a cerrar y sellar fisuras dentro del material, mejorando la integridad estructural y la longevidad [152].
Renolito y autocuración
Renolith se ha utilizado en más de 70 millones de metros cuadrados de capas base de pavimento estabilizadas con cemento. No se han reportado fisuras.‘libre de grietas’El comportamiento se explica en gran medida por las propiedades mejoradas que se le confieren al material; en particular, la reducción de la retracción por secado, la mejora de la resistencia a la flexión, el aumento del módulo elástico y el incremento del límite de deformación. Las propiedades mejoradas de los materiales a base de cemento (CBM) obtenidas con el aditivo Renolith han sido objeto de numerosos estudios. Sin embargo, los aspectos de autorreparación del producto aún no se han caracterizado en la literatura técnica.
En términos químicos, Mezcla Renolith 2.0 Se trata de una suspensión coloidal compuesta por una emulsión de látex y una dispersión coloidal estable de nanopartículas de sílice y nanofibras de celulosa que no se aglomeran. Teniendo en cuenta las propiedades de autorreparación de la nanosílice y las nanofibras descritas en la literatura técnica general, resulta lógico que Renolith promueva la autorreparación, tanto autógena como autónoma, de los materiales bioactivos de la celulosa.
Nanocelulosa y nanosílice: su papel en la autorreparación
Le planteamos esta pregunta a Perplexity AI: ¿Qué papel desempeñan la nanosílice y la nanocelulosa en la autorreparación de materiales cementados?La respuesta fue la siguiente:
La nanosílice y la nanocelulosa desempeñan un papel importante en la mejora de las propiedades de autorreparación de los materiales cementicios:
Nanosílice
La nanosílice contribuye a la autorreparación del hormigón mediante:
- Mejorar la microestructura del hormigón mediante el refinamiento de la estructura de poros en fases hidratadas.[1].
- Mejorar las propiedades generales del hormigón, incluidas sus capacidades de autorreparación.[1].
- Actúa como agente autorreparador primario cuando se encapsula con otros materiales como la nanocelulosa.[2].
Nanocelulosa
La nanocelulosa mejora la autorreparación en materiales cementicios mediante:
- Incrementar la densidad y la resistencia del hormigón a la vez que se reduce la deformación por retracción.[3].
- Mejora de la hidratación del cemento debido a sus propiedades superficiales hidrófilas.[4].
- Formación de enlaces de hidrógeno entre la nanocelulosa y la matriz de cemento, facilitando una mejor adhesión.[4].
- Creación de canales entre las partículas de cemento sin reaccionar y las soluciones de los poros, aumentando el grado de hidratación.[4].
- Actuando como núcleo para los productos de hidratación del cemento, rellenando los poros para crear una microestructura compacta.[1].
- Controlar la progresión de las microfisuras gracias a la forma de sus partículas.[1].
Cuando se combinan, la nanosílice y la nanocelulosa pueden actuar sinérgicamente para mejorar las propiedades de autorreparación del hormigón. Por ejemplo, se utilizaron nanocelulosa de durián (DNC) y urea-formaldehído (UF) para encapsular sílice, creando un compuesto (DNC-UF@SiO2) que mostró un mejor rendimiento mecánico y una menor absorción de agua que la SiO2 encapsulada únicamente con UF.[2]. Este material autorreparable encapsulado e incrustado en hormigón demostró un potencial de reparación significativo, superando a las muestras de control.[2].
La adición de estos nanomateriales puede dar lugar a mejores propiedades mecánicas, una mayor capacidad de sellado de grietas y una mayor durabilidad a largo plazo de los materiales cementicios.
Conclusión
La nanotecnología permite la autorreparación de pavimentos y la mejora de los ligantes, lo que podría revolucionar la durabilidad de las carreteras. Las nanofibras de sílice y nanocelulosa son altamente efectivas para promover la autorreparación de microfisuras en materiales cementicios. Renolith 2.0 está disponible comercialmente y ofrece un método probado para dispersar eficazmente nanofibras de nanocelulosa y nanosílice no aglomerantes en todo el material mediante métodos de construcción convencionales, como la estabilización in situ. Esto proporciona un enfoque práctico para facilitar la autorreparación autógena y autónoma de los pavimentos. Se requiere más investigación para caracterizar mejor el mecanismo de autorreparación del aditivo Renolith 2.0 en combinación con diferentes ligantes cementicios y materiales de pavimentación.
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