Nanosilice

NANOSÍLICE

Nuevos Materiales y Sistemas para la Ejecución

José Benito Rodríguez Cheda

M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López

NANOMATERIALES

NANOTECNOLOGÍA

NANO-

NANOSÍLICE

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López

NANO- :

MICRA: milésima parte de un milímetro

NANO: milésima parte de una micra

El espesor del pelo humano es de unas 60-120 micras

Es un prefijo del Sistema Internacional de Unidades que indica un factor de 10-9

NANOTECNOLOGÍA:

Es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a travésdel control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala.

Fabricar a escala “nano” significa poder acceder y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. De esta forma, la nanotecnología aborda directamente la posibilidad de diseñar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas.

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López

NANOTECNOLOGÍA

NANOBIOTECNOLOGÍA/NANOMEDICINA:

Liberación de fármacosSíntesis de fármacosDiagnósticoIngeniería de tejidosBiomimetismo

NANOMATERIALES:

Defensa AeronáuticaCosméticaBienes de consumoImpresión/EmpaquetadoCatalizadoresEnergíaConstrucciónAutomoción

NANOELECTRÓNICA:

Computación cuánticaEspintrónicaAlmacenamiento de datosFotónicaNanohilos y nanotubosDispositivos de un solo electrónPaneles solaresPantallas

Gracias al su carácter transversal y multidisciplinar, las fuentes de aplicación de la nanotecnología son múltiples, destacando las siguientes:

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López

NANOMATERIALES

El término Nanomateriales engloba todos aquellos materiales desarrollados con al menos una dimensión en la escala nanométrica(nanoescala). Cuando esta longitud es, además, del orden o menor que alguna longitud física crítica, tal como la longitud de Fermi delelectrón (10-15 metros)…aparecen propiedades nuevas que permiten el desarrollo de materiales y dispositivos con funcionalidades ycaracterísticas completamente nuevas.

Por lo tanto, en esta área se incluyen agregados atómicos (clusters) y partículas de hasta 100nm de diámetro, fibras con diámetrosinferiores a 100 nm, láminas delgadas de espesor inferior a 100 nm, nanoporos y materiales compuestos.

La composición del material puede ser cualquiera, si bien las más importantes son silicatos, carburos, nitruros, óxidos, boruros,seleniuros, teluros, sulfuros, haluros, aleaciones metálicas, intermetálicos, metales, polímeros orgánicos y materiales compuestos.

Las nanoestrellas amplifican la señal óptica

Cada filamento de la imagen está formado por cientos de nanotubos

Nanopartículas con diferentes geometrías.

Las nanoestrellas amplifican la señal ópticaque es la “huella dactilar” de las moléculas

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López

NANOMATERIALES

La importancia de los nanomateriales no solo está en su tamaño, situado entre la escala macroscópica y la escala atómica, que bien dalugar a propiedades nuevas como mejora de otras ya existentes. Estos materiales tienen además la potencialidad de ser disruptivos,pudiendo dar lugar a tecnologías que sustituyan otras ya existentes con costes muy inferiores, tanto de materias primas como deproducción. ( Como puede ser el caso de la utilización de microsílice o nanosílice).

Las propiedades de los materiales dependen de cómo están ordenados los átomos que los constituyen. Según se configuren losátomos de carbono, por ejemplo, podemos tener carbón o diamante.Cuando se manipula la materia a escala atómica o molecular, aparecen nuevas características y propiedades. Piezas de un tamañonanométrico pueden presentar propiedades completamente diferentes a piezas de un tamaño mayor. Si, por ejemplo, partiendo unalámina de aluminio se extraen pequeños fragmentos, éstos seguirán comportándose como el aluminio, aunque sean muy pequeños.Ahora bien, si las piezas de aluminio son del orden de nanómetros, se comportan de una manera totalmente diferente: son muyinestables y explotan con facilidad.

Molécula de Carbono 60 Según se ordenen los átomos de carbono a escala nanométrica se obtienendistintos materiales como grafito, diamante, fullereno o nanotubo.

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López

NANOMATERIALESEn lo que concierne al Estado Español la comisión Europea ha financiado, en la etapa 2oo8-2o11, las siguientes directrices de trabajoen nanotecnología:

Material nanoestructurado

MATERIALES NANOESTRUCTURADOS:

Cerámicas nanoestructuradas como bio-implantes, imanes permanentes de alta temperatura para aviones…

NANOPARTÍCULAS y NANOPOLVOS:

Energía: células solaresBiomedicina: insulina inhaladaIngenierías: sensores químicosArtículos de consumo: textiles repelentes de agua y suciedadMedio ambiente: tratamiento de aguaElectrónica: partículas magnéticas para memorias de alta densidad

NANOCÁPSULAS:

Nanopolvos

NANOCÁPSULAS:

Cosméticos, fluidos magnéticos, componentes de adhesivos…

MATERIALES NANOPOROSOS:

Membranas con control de poro a nivel atómico, aislantes, purificación de aguas…

NANOFIBRAS:

Filtros, tejidos, biosensores, órganos artificiales…

FULLERENOS:

Lubricantes, reforzado de polímeros y fibras textiles, catalizadores…

NANOTUBOS DE CARBONO:

Polímeros conductores, cerámicas altamente tenaces, puntas nanoscópicas

Nanocápsulas

Cristal nanoporoso

Nanofibras

Fullereno

Nanotubo de carbono

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López

NANOMATERIALES Nanohilos

NANOHILOS:

Sensores, detectores, LEDs…

DENDRÍMEROS:

Células artificiales, liberación controlada y dirigida de fármacos, tóners de impresoras láser…

ELECTRÓNICA MOLECULAR:

Transistores, conmutadores, rectificadores moleculares…

Dendrímero

Transistores, conmutadores, rectificadores moleculares…

QUANTUM DOTS:

Láseres semiconductores, fotosensores optimizados…

LÁMINAS DELGADAS:

Desarrollos basados en Si policristalino para papel electrónico (ebook), pieles artificiales, telas y ropas inteligentes, láminas sensibles al espectro de luz para recubrimiento de cristales y ventanas…

Electrónica molecular

Quantum dots

Papel electrónico

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López

NANOSILICE: NANO ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE

El Nanosilice es un nano aditivo en estado líquido, a base de partículas de tamaño nanométrico. Es una gran reductor de agua, de alta actividad. Las reacciones químicas en el hormigón convierten las nano partículas de sílice en nano partículas de cemento.

DESCRIPCIÓN:

Nanosílice a 100 nm Tamaño microsilice-nanosilice

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


Por su elevado poder de plastificación junto con su capacidad para favorecer la evolución de resistencias, sobre todo a edades muy tempranas, lo hace ideal para:

APLICACIONES:

Hormigón prefabricado, pretensado, postesado y armado

Hormigón Fast Track (reparación de pavimentos rígidos en carreteras)

Hormigón de Altas Prestaciones

Hormigón ligero de baja densidad

Todas las aplicaciones del microsilice

Pozo petrolífero

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


Gran poder plastificante y reductor de agua

Incremento del desarrollo de alta resistencia inicial y final

Permeabilidad nula o casi nula. Aumento de la durabilidad del hormigón

No produce retrasos de fraguado

Ideal para hormigón Fast Track

Evita la segregación y la excesiva exudación

PROPIEDADES:

Mejora el acabado y la textura de la superficie del hormigón

Evita la formación de coqueras y nidos de grava

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


Al eliminar toda la sílice en polvo y su gran absorción de agua, nos permite eliminar superplastificantes en el hormigón

No contiene cloruros, por lo que no induce a la corrosión.

Hormigones de altas prestaciones: 70MPa R28

Cono de 78 a 50cm en 2 horas con R1 de 44 Mpa y 80Mpa a R28

Aumenta en más del 50% la resistencia a flexotracción

Evita en gran medida las eflorescencias

CARÁCTERÍSTICAS TÉCNICAS:

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


Aspecto físico: Líquido turbio ligeramente viscoso

Color: café claro

pH, a 20oC: 5.00 ± 1 (ácido)

Densidad, 20oC: 1.03 ± 0.02 gr/ml

Viscosidad, 20oC: 13 ± 2 sec

Contenido en cloruros: <0.01%

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS:

Se utiliza en dosis del 1 al 3% sobre el peso del cemento.

Debe agregarse una vez estén mezclados los áridos con el cemento y después de echar el agua correspondiente. Amasar de 10 a 12 minutos. No adicionar sobre una masa seca de cemento y áridos.

Puede ser utilizado en conjunto con otros aditivos.

En la producción, colocación y curado del hormigón se deben seguir las reglas de buena práctica habitualmente usadas.

MÉTODO DE APLICACIÓN:

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


Efecto químico:

Más producción de gel de CSH (silicato cálcico hidratado). Efecto puzolánico

EFECTOS EN EL HORMIGÓN:

La nanosílice es en sí misma una productora denanocemento. La sílice produce partículas de CSH, quees el “pegamento” del hormigón y lo que lo mantienecohesionado a todas sus partículas. Se producenpartículas de CSH de entre 5nm y 250nm, lo querefuerzan la estructura del hormigón a un nivel milveces más pequeño.

Acelera la velocidad de hidratación

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López



Efecto físico:

Incrementa el tamaño de las cadenas de silicatos, rellenando los poros e incrementando las propiedades mecánicas de morteros y hormigones.Este efecto es mayor a edades tempranas debido a la portlandita disponible al inicio del fraguado.

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López



Efecto físico:

Hormigón de alta resistencia (>50MPa) con menos de 350 kg de cemento por cm 3

Mezcla más homogénea

Incrementa la viscosidad de la pasta de cemento sin perder trabajabilidad

Misma cantidad de cemento que el hormigón convencional

Adición de menos de 1% de nanosílice

Hormigón con Nanosílice Hormigón normal

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López



Efecto físico:

50 Mpa en 3 días

Reducción del costo en torno a 1€/m3 respecto a una mezcla convencional de las mismas características

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López

NANOSILICE VS MICROSILICE

Es uno de los productos para el hormigón más ampliamente usados en todo el mundo por más de 80 años. Sus propiedades han permitido obtener hormigones de alta resistencia, impermeables a los ataques del agua y los agentes químicos.

MICROSILICE:

Es sabido que un nanomaterial correctamente diseñado y desarrollado produce resultados mejores y más económicos que los materiales tradicionales, gracias a la estabilización y refuerzo de propiedades de la materia a un nivel mil veces más pequeño que el antiguo nivel “micro”.

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


Sin embargo, sus desventajas siempre han sido dos:

- Su alto precio

- Su contaminación al medio ambiente y a sus operadores

MICROSILICE:

Estos últimos, tienen que tomar precauciones especiales, porque al ser el microsílice un material cien veces

más fino que el humo del tabaco (humo de sílice) puede producir silicosis si las condiciones no son las óptimas.

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


NANOSILICE:

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


CEMENTO-MICROSILICE-NANOSILICE:

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


COMPARATIVA DE DIFERENTES MEZCLAS DE CEMETOS:

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


CONSISTENCIA:


NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


RESISTENCIA A COMPRESIÓN:


NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


RESISTENCIA A FLEXION:


NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


RESISTENCIA A TRACCIÓN:


NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


En los hormigones de alta resistencia (H-70), el nanosílice tiene un 88% más de rendimiento que el microsílice, cemento adicional y superplastificantes. En promedio bastan 9.43 Kg de nanosílice frente a 73 Kg de todos los anteiores juntos.

Su costo por uso es más económico que usar cualquier combinación de los anteriores.

Tiene de 0 a 1% de inclusión de aire.

Posee una plasticidad que evita el uso de superplastificantes.

Alt a trabajabilidad a niveles reducidos de agua/cemento.

Fácil homogeneización. Al reducir los tiempos de mezclado permite a las plantas hormigoneras aumentar su producción.

CONCLUSIONES DE LA COMPARATIVA:

Dependiendo de los cementos y de las formulaciones, proporcionan resistencias de entre 15MPa y 75MPa a 1 día, 40MPa a 90MPa a 28 días y 48MPa y 120 Mpa a 120 días.

Cumple la normativa ISO 14001 de respeto al medio ambiente y a la salud de las personas. Evita los peligros de silicosis a sus operadores y carece de contaminación al medio ambiente.

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López

EJEMPLO DE UTILIZACION DE NANOSILICE:

REQUERIMIENTOS:

-Tanque de gas: Alta resistencia, pero con ausencia de retracciones y fisuras

-Estructura inclinada de 30 grados: Baja consistencia (7cm) para evitar segregación o presión extrema en el encofrado pero buena trabajabilidad.

-Buen acabado superficial

PROPUESTAS:

-Reducir la cantidad de cemento para disminuir el riesgo de aparción de fisuras debidas a retracciones plásticas.

CUPULA DE UN TANQUE DE GAS LICUADO (CARTAGENA):

plásticas.

-Uso de nanosílice para compensar la menor cantidad de cemento, y mejorar la reología y docilidad del hormigón de baja consistencia

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


PRUEBAS INICIALES. BUENA TRABAJABILIDAD EN EL PROTOTIPO:


NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


TRAS 24h SE ANALIZA LA SUPERFICIE DEL ACABADO:


La nanosílice mejora la reología del hormigón de baja consistencia.

No se forman fisuras

Buen acabado

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López


PROPIEDADES MECANICAS. TESTIGOS DE HORMIGON:


Respecto a los ensayos de compresión, porosidad y permeabilidad de agua bajo presión, los testigos superaron los requerimientos.

NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López



NANOSÍLICE



M.R.A. 2o11-2o12

Roi Ríos López

BIBLIOGRAFÍA WEB:

http://www.nanospain.org

http://www.agenciasinc.es/Noticias/Estudian-el-cemento-atomo-a-atomo

http://www.imcyc.com/revistacyt/oct10/tecnologia.htm

http://www.acciona.es/

http://www.ulmen.es

http://esp.sika.com/

http://www.nano.org.uk/http://www.nano.org.uk/

www.cognoscibletechnologies.com

http://www.aidico.es/

http://www.mondragon.edu/cnm08/

Nanosilice

Technology

Transcript of Nanosilice