Nanotecnología como estrategia de durabilidad en cementos verdes
Metodologia del Proyecto
El proyecto VERNADUR se desarrolló mediante una metodología experimental rigurosa, diseñada para establecer relaciones causales entre la composición de los materiales, los procesos fisicoquímicos de hidratación y los mecanismos de degradación en cementos ecoeficientes.
El enfoque metodológico combina análisis multiescala (micro, meso y macro) con técnicas avanzadas de caracterización estructural, química y electroquímica, garantizando la reproducibilidad de los resultados.
Diseño experimental y fases de trabajo
El plan de trabajo se estructuró en cuatro fases principales, cada una orientada a verificar hipótesis específicas y a generar datos comparables entre materiales de referencia y formulaciones modificadas:
- Selección y preparación de materiales base:
Se emplearon ocho arcillas comerciales españolas y una brasileña, caracterizadas por difracción de rayos X, análisis térmico diferencial (ATD/TG) y fluorescencia de rayos X. Se controló el tratamiento térmico en el rango de 650–800 °C para determinar la influencia de la calcinación sobre la reactividad puzolánica. - Diseño de mezclas cementicias:
Se formularon pastas, morteros y hormigones con sustituciones parciales de clínker (30 %) combinando arcillas calcinadas, metacaolín y escoria siderúrgica. Se incorporaron nano-adiciones (nanosílice, nanoalúmina y óxido de grafeno) en proporciones controladas entre 1 % y 4 % en peso. - Ensayos de durabilidad y comportamiento mecánico:
Se determinaron resistencias a compresión, resistividad eléctrica, difusión de cloruros, carbonatación acelerada y ataque combinado por sulfatos, según normas ASTM, NT Build y UNE. Se establecieron correlaciones entre la microestructura y las propiedades macroscópicas. - Validación y análisis de resultados:
Los resultados se interpretaron mediante técnicas de análisis multivariante, comparación estadística y modelización de correlaciones entre composición, fase hidratada y durabilidad.
Técnicas de caracterización y análisis
La caracterización de las muestras se realizó mediante un conjunto de técnicas complementarias, permitiendo una interpretación integral de los fenómenos involucrados en la hidratación y la degradación:
- Difracción de rayos X (DRX): identificación de fases cristalinas y cuantificación de productos de hidratación.
- Análisis térmico diferencial y termogravimetría (ATD/TG): determinación de procesos endotérmicos y exotérmicos asociados a la deshidratación y carbonatación.
- Espectroscopía infrarroja (FTIR): detección de enlaces Si–O y Al–O en los geles C–S–H y C–A–S–H.
- Resonancia magnética nuclear (RMN) de Si y Al: estudio de la estructura molecular de las fases hidratadas y de la coordinación del aluminio.
- Microscopía electrónica de barrido (SEM/EDS): observación de la morfología de los geles y análisis puntual de la distribución de nano-aditivos.
- Porosimetría por intrusión de mercurio: cuantificación del volumen, tamaño y conectividad de poros.
- Ensayos electroquímicos: determinación de potenciales de corrosión, densidad de corriente y coeficientes de migración de cloruros.
Estas técnicas se complementaron con mediciones de resistividad, pH y contenido de agua combinada, proporcionando una descripción completa del estado físico y químico de cada sistema estudiado.
Criterios de validación y reproducibilidad
Para garantizar la validez científica de los resultados, todos los ensayos se realizaron siguiendo protocolos normalizados y procedimientos reproducibles. Cada serie experimental se replicó al menos tres veces, y los resultados se analizaron estadísticamente para determinar desviaciones estándar y coeficientes de variación. Se establecieron criterios de aceptación basados en la coherencia interna entre resultados mecánicos, químicos y electroquímicos.
Los parámetros críticos de proceso —como la temperatura de calcinación, la proporción de aditivos y las condiciones de curado— se mantuvieron controlados mediante instrumentos calibrados y registros continuos. La trazabilidad de los datos se documentó íntegramente para permitir la comparación con otros estudios en el ámbito internacional.
Síntesis metodológica final
La metodología aplicada en VERNADUR integra enfoques de ciencia de materiales y ingeniería de durabilidad en un marco experimental coherente, capaz de relacionar los mecanismos moleculares con el desempeño macroscópico del material. El uso simultáneo de arcillas calcinadas optimizadas y nanoaditivos funcionales permitió diseñar una estrategia de estudio que abarca desde la estructura química de las fases hidratadas hasta la respuesta estructural del hormigón.
Este enfoque sistemático garantiza la fiabilidad de las conclusiones obtenidas y sienta las bases para el desarrollo de cementos sostenibles de nueva generación, con propiedades durables y compatibles con los objetivos de transición ecológica planteados por la Unión Europea.
Preguntas frecuentes · Metodología
¿Cómo se estructuró la metodología experimental del proyecto?
La metodología se organizó en cuatro fases: caracterización de arcillas, formulación de morteros y hormigones, incorporación de nano-adiciones y evaluación de la durabilidad frente a cloruros, carbonatación y sulfatos.
¿Qué técnicas analíticas se aplicaron para estudiar la microestructura?
Se emplearon difracción de rayos X, termogravimetría (ATD/TG), resonancia magnética nuclear de ²⁹Si y ²⁷Al, espectroscopía Raman y microscopía electrónica de barrido (MEB).
¿Cómo se evaluó la durabilidad de los materiales?
Mediante ensayos de penetración de cloruros, carbonatación acelerada y resistencia a sulfatos, cuantificando coeficientes de difusión y grado de deterioro microestructural.
¿Qué variables experimentales resultaron más determinantes?
El tratamiento térmico de las arcillas y la superficie específica de las partículas fueron factores críticos para optimizar la hidratación y la resistividad del material.
¿Qué resultados aportaron las mezclas ternarias con escoria y metacaolín?
Las mezclas ternarias con escoria y metacaolín mostraron sinergias significativas, mejorando la resistencia mecánica y reduciendo la permeabilidad frente a cloruros y CO₂.
¿Cómo se garantizó la validez de los resultados?
Los resultados se validaron mediante repetición de ensayos, control de reproducibilidad interlaboratorio y comparación con los datos obtenidos por los grupos internacionales asociados.