Nanotecnología como estrategia de durabilidad en cementos verdes
Objetivos del proyecto VERNADUR
VERNADUR (TED2021-130734B-I00) es un proyecto de investigación desarrollado en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid, dentro de la convocatoria Proyectos Estratégicos Orientados a la Transición Ecológica y Digital 2021.
Su propósito es optimizar la durabilidad de cementos ecoeficientes mediante la incorporación de arcillas calcinadas y nanoadiciones funcionales -como nanosílice, nanoalúmina y óxido de grafeno- que permitan reducir el contenido de clínker y, en consecuencia, la huella de carbono asociada a la producción de materiales cementicios.
Objetivos del proyecto VERNADUR
El proyecto VERNADUR (TED2021-130734B-I00) tiene como finalidad desarrollar nuevas estrategias científicas para mejorar la durabilidad y sostenibilidad de cementos ecoeficientes mediante el uso combinado de arcillas calcinadas, escorias siderúrgicas y nano-adiciones. Estos objetivos se enmarcan en la línea de investigación orientada a reducir la huella de carbono del cemento y a optimizar su comportamiento frente a los agentes de degradación más comunes en las infraestructuras de hormigón armado.
El planteamiento del proyecto se estructura en una serie de objetivos específicos, que abarcan desde el análisis fundamental de los procesos de hidratación y reacción, hasta la aplicación práctica de las formulaciones desarrolladas. Cada objetivo se acompaña del grado de cumplimiento obtenido a lo largo de la ejecución del proyecto.
Objetivos científicos específicos
Objetivo 1. Análisis de los productos de hidratación del clínker y su modificación por arcillas calcinadas
Estudiar los cambios en la composición y morfología de los productos de hidratación del clínker derivados de la presencia de arcilla calcinada y caliza, identificando la formación de monocarboaluminatos y hemicarboaluminatos. El trabajo permitió determinar la influencia de los iones cloruro en la desestabilización de los carboaluminatos y su efecto sobre la carbonatación interna del material.
Objetivo 2. Influencia del contenido de caolín en la hidratación y la durabilidad
Definir cómo el contenido de caolín y el tratamiento térmico afectan los procesos de hidratación, la trabajabilidad y la durabilidad sin comprometer las propiedades mecánicas.
Se evaluaron nueve arcillas con distintas morfologías y se comprobó que el tratamiento térmico optimizado mejora hasta un 60 % la resistencia mecánica y duplica la resistividad a 60 días de curado.
Objetivo 3. Resistencia a la penetración de cloruros y carbonatación
Evaluar la resistencia del material frente a la difusión de cloruros y la carbonatación acelerada, determinando coeficientes efectivos y aparentes. Los materiales obtenidos mostraron un comportamiento similar o mejor que los de referencia, con menor avance del frente de carbonatación y coeficientes de difusión reducidos.
Objetivo 4. Efecto de los iones sulfato en los mecanismos de degradación
Analizar la influencia de los iones sulfato en la degradación de matrices con arcillas calcinadas, considerando su interacción con los carbonatos en los carboaluminatos.
Se observó que los sulfatos pueden inducir procesos de autocarbonatación interna que afectan a la estabilidad de las fases sulfoalumínicas, especialmente en presencia simultánea de cloruros.
Objetivo 5. Adsorción iónica y deterioro microestructural
Estudiar la capacidad de las arcillas calcinadas para adsorber iones agresivos (Cl⁻, SO₄²⁻) y su relación con el deterioro de la matriz. Se identificó que la superficie específica de las arcillas influye directamente en la resistividad del material, aunque el parámetro que determina el comportamiento final requiere aún evaluación petrográfica detallada.
Objetivo 6. Evaluación del efecto de la nanosílice
Determinar en qué medida la adición de nanosílice modifica las prestaciones durables del material al reducir el tamaño y la conectividad de los poros de la matriz. Los resultados mostraron mejoras significativas en la resistencia a la penetración de cloruros y en la densificación del sistema cementicio.
Objetivo 7. Interacción de la nanoalúmina con los aluminatos del metacaolín
Investigar la interacción entre la nanoalúmina y los aluminatos presentes en el metacaolín, y su efecto sobre la formación de carboaluminatos y la capacidad de combinación de cloruros. Los ensayos demostraron cambios estructurales en las cadenas Si–Al–Si y alteraciones en la coordinación del aluminio, confirmadas mediante análisis ATD/TG, DRX, IR y RMN.
Objetivo 8. Influencia del óxido de grafeno en la carbonatación
Analizar cómo la incorporación de nano-óxido de grafeno afecta el proceso de carbonatación en materiales con sustitución del 30 % de clínker. Los resultados evidenciaron una mayor resistencia a la carbonatación acelerada y la capacidad del material de mantener el acero en estado pasivo durante la exposición prolongada.
Resumen de objetivos y grado de cumplimiento
| N.º | Descripción resumida del objetivo |
|---|---|
| 1 | Estudio de los productos de hidratación y su modificación por arcillas calcinadas |
| 2 | Influencia del caolín y del tratamiento térmico en la durabilidad y la hidratación |
| 3 | Evaluación de la resistencia frente a cloruros y carbonatación |
| 4 | Análisis del efecto de los iones sulfato en la degradación |
| 5 | Capacidad de adsorción iónica y deterioro microestructural |
| 6 | Efecto de la nanosílice en la reducción de poros y mejora durable |
| 7 | Interacción de la nanoalúmina con los aluminatos del metacaolín |
| 8 | Influencia del óxido de grafeno en el proceso de carbonatación |
El conjunto de resultados alcanzados demuestra la coherencia entre los objetivos científicos planteados y los resultados experimentales obtenidos, respaldando la solidez del enfoque metodológico y la relevancia del proyecto en el ámbito de los materiales cementicios sostenibles.
Preguntas frecuentes · Objetivos
¿Cuáles son los objetivos científicos fundamentales del proyecto VERNADUR?
El proyecto busca definir la relación entre la composición química, la morfología y los procesos de hidratación en cementos ecoeficientes, estableciendo modelos predictivos de durabilidad frente a agentes agresivos.
¿Qué metas específicas se han planteado durante el desarrollo del proyecto?
Optimizar la sustitución del clínker mediante arcillas calcinadas y escorias, estudiar la influencia de las nano-adiciones en la microestructura y mejorar la resistencia frente a carbonatación y penetración de cloruros.
¿Cómo se mide el grado de cumplimiento de los objetivos?
El cumplimiento se evalúa mediante indicadores cuantitativos: coeficientes de difusión de cloruros, velocidad de carbonatación, resistividad eléctrica y resistencia a compresión.
¿Qué resultados demuestran el logro de los objetivos principales?
Los materiales desarrollados presentan comportamientos mecánicos y durables superiores a los de referencia, con resistividades duplicadas y mayor resistencia frente a la corrosión por cloruros.
¿Qué limitaciones o retos se han identificado en la consecución de los objetivos?
Las principales limitaciones se relacionan con la dispersión homogénea de nanoalúminas y la necesidad de aditivos específicos para mezclas con alta demanda de agua de amasado.
¿Qué líneas de investigación futura se derivan del proyecto?
Se plantea continuar la investigación en la aplicación del óxido de grafeno como inhibidor pasivo de la corrosión, la integración de sensores embebidos y la valorización industrial de residuos arcillosos calcinados.