Como es un material de construcción básico utilizado en todo el mundo, el cemento está sujeto a una amplia gama de condiciones, tanto fisiológicas como meteorológicas, sin importar si son causadas por temperaturas extremas y humedad, presión, etc. Es posible encontrarcondiciones que van desde -80 ºC, en lugares como las bases científicas en la Antártida, hasta varios cientos de grados en infraestructuras cercanas a fuentes de calor o en el caso de incendios, por ejemplo.
Estas variaciones en la humedad y la temperatura se traducen en procesos físicos que implican la evaporación o congelación del agua contenida en la pasta de cemento, que a menudo causan tensiones e incluso microgrietas dentro del cemento. Caracterizar la respuesta a estos fenómenos que afectan el agua confinada enlos poros más pequeños del cemento "son muy importantes ya que una gran proporción del agua, aproximadamente el 30%, se encuentra en estos espacios pequeños, por lo que en gran medida contribuye a las propiedades finales del material", explicó Hegoi Manzano, uninvestigador en el departamento de Física de la Materia Condensada de la UPV / EHU y autor del estudio en colaboración con un grupo de investigación de la Universidad de Tohoku en Japón.
Dada la complejidad que implica estudiar el comportamiento del agua ubicada en poros tan pequeños de aproximadamente 1 nanómetro de tamaño por medio de canales experimentales, los investigadores recurrieron a métodos de simulación molecular que "imitan" las interacciones entre los átomos que forman el"para explicar cómo se comportan en conjunto y las propiedades a las que se traducen estas interacciones", explicó. El rango de temperatura que estudiaron fue de -170 ºC a 300 ºC.
Tensiones en ambos extremos
En los resultados obtenidos en las simulaciones pudieron observar que en ambos extremos de la temperatura "se producen cambios de volumen significativos debido a la física del agua. A través de efectos totalmente opuestos llegamos a las mismas consecuencias", comentó. A altas temperaturas, elel agua se evapora y desaparece de los poros. En estas condiciones, la presión ejercida por el material en sí mismo puede hacer que los poros vacíos colapsen y se creen microgrietas que, en casos particularmente graves, podrían hacer que el material colapse.
En el otro extremo, a temperaturas extremadamente bajas, lo que sucede es que el agua se congela y, por lo tanto, se expande ". En estas condiciones, debe destacarse que el agua congelada no logra formar hielo debido al pequeño espacio en el que se encuentralocalizado; las moléculas de agua no pueden ordenarse a sí mismas para formar una estructura de hielo cristalino ", enfatizó. Pero la expansión que sufre es suficiente para crear tensiones en el cemento y también causar microgrietas.
La información extraída de este estudio puede usarse para "modificar la formulación del cemento para las infraestructuras que se ubicarán en ambientes con temperaturas extremas. Tomemos, por ejemplo, una compañía petrolera: conociendo las tensiones y fuerzas que pueden existircreados en el cemento, tendrían la oportunidad de cambiar ciertos factores de diseño, como los aditivos agregados al cemento para compensar la expansión o el colapso del material en los pozos de petróleo. Esa sería la aplicación ideal del trabajo ", concluyóManzano.
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Materiales proporcionado por Universidad del País Vasco . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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