Nanomateriales inteligentes y sus aplicaciones en la industria de la construcción

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El hormigón, el acero, el vidrio y la madera son los materiales más comunes utilizados en el campo de la arquitectura moderna. La siguiente tabla resume algunas propiedades importantes de los materiales anteriores.

material	Módulo de Young (GPa)	Resistencia a la tracción (GPa)	Densidad (g.cm^-3)
concreto	30	0.007	2.3
acero	208	1.0	7.8
vaso	50-90	despreciable	2-8
madera	dieciséis	0.008	0.6

La comparación de estas propiedades con las de los nanotubos de carbono arroja resultados sorprendentes. Los nanotubos de carbono tienen un módulo de Young de 1054 GPa, una resistencia a la tracción de 150 GPa y una densidad de 1,4 g-cm.^-3Así, los nanotubos de carbono son 150 veces más resistentes que el hierro y, al mismo tiempo, unas 6 veces más ligeros. Con base en las estadísticas anteriores, se consideró que la industria de la construcción (en la Encuesta Delphi de 1990 del Reino Unido) era la que más se beneficiaba de la nanotecnología. Sin embargo, la industria de la construcción va a la zaga de otros sectores industriales en términos de inversiones atractivas del sector empresarial grande. La nanotecnología es una tecnología que permite el desarrollo de materiales con propiedades mejoradas o completamente nuevas. Es una extensión de la ciencia y la tecnología ya desarrollada a lo largo de los años para probar la naturaleza de nuestro mundo en una escala mucho más pequeña. Un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro. Las nanopartículas se definen como partículas con al menos una dimensión inferior a 100 nm. El tamaño de las partículas es muy importante. escala de longitud nanométrica, es decir, 10^-9 m, las propiedades del material se ven realmente afectadas. Los nanotubos de carbono y las nanofibras presentan una clase importante de nanomateriales. Están hechos de grafeno. El grafeno se define como una sola capa de átomos de carbono empaquetados en una red de panal. También se puede definir como una malla gallinera a escala atómica formada por átomos de carbono y sus enlaces. Cuando las capas de grafeno se disponen como conos, copas o platos apilados, se conocen como nanofibras de carbono (CNF), y cuando las capas de grafeno se envuelven en cilindros perfectos, se les llama nanotubos de carbono (CNT).

Las capas de grafeno, los nanotubos de carbono y los nanocompuestos de nanofibras de carbono se fabrican agregando nanopartículas a los materiales a granel para mejorar sus propiedades. Los materiales reducidos a nanoescala pueden exhibir repentinamente propiedades muy diferentes a las exhibidas a macroescala, lo que permite aplicaciones únicas. Por ejemplo, un material de cobre opaco se vuelve transparente y un material de platino inerte adquiere propiedades catalíticas. La nanotecnología es un campo de investigación dinámico que abarca muchos campos, incluida la industria de la construcción. El hormigón es el material más utilizado en la industria de la construcción. El hormigón es un material compuesto cementoso compuesto de cemento Portland, arena, piedra triturada, agua y, en ocasiones, aditivos. El interés en el concepto de nanotecnología de los compuestos de cemento Portland crece constantemente. Nano titanio (TiO₂), nanotubos de carbono, nanosílice (SiO₂) y nanoalúmina (Al₂〇₃) se mezcla con cemento Portland. Además, la investigación sobre la producción de nanocemento es limitada. El uso de partículas más finas (mayor área superficial) tiene ventajas en términos de relleno de la matriz de cemento, densificación de la estructura, aumento de la resistencia y aceleración de las reacciones químicas (como la hidratación). Las partículas de nanocemento pueden promover la hidratación del cemento debido a su alta actividad. De manera similar, la incorporación de nanopartículas puede llenar los poros de manera más efectiva, aumentando la resistencia y la durabilidad en general. Por lo tanto, las nanopartículas pueden conducir a la fabricación de una nueva generación de compuestos cementosos con mayor resistencia y durabilidad. Según los investigadores, a continuación se muestra una lista de áreas en las que la industria de la construcción puede beneficiarse de la nanotecnología.

Nanotubos de carbono mucho más fuertes que reemplazan los cables de acero en puentes colgantes y atirantados
Uso de nanosílice para producir compuestos cementosos de alta densidad
Incorporación de nanofibras de carbono resistentes en carreteras de hormigón en zonas nevadas
Fabricación de hormigón fotocatalizador mezclando nano-titania
Uso de partículas de nano-calcita en selladores para proteger estructuras de elementos agresivos del entorno circundante
El uso de nanoarcillas para mejorar la plasticidad y fluidez del hormigón.
La calidad del aire urbano podría mejorar si las estructuras civiles fueran tratadas con nano-TiO₂