El hormigón se produce en una variedad de composiciones, acabados y características de rendimiento para satisfacer una amplia gama de necesidades.
Los diseños de mezclas de hormigón modernos pueden ser complejos. La elección de una mezcla de hormigón depende de las necesidades del proyecto, tanto en términos de resistencia y apariencia, como en relación con la legislación local y los códigos de construcción.
El diseño comienza determinando los requisitos del hormigón. Estos requisitos tienen en cuenta las condiciones climáticas a las que estará expuesto el hormigón durante su uso y la resistencia de diseño requerida. La resistencia a la compresión de un hormigón se determina tomando muestras cilíndricas estándar moldeadas y curadas de manera estándar.
Hay que tener en cuenta muchos factores, desde el costo de los distintos aditivos y agregados hasta las compensaciones entre el "asentamiento" para facilitar la mezcla y la colocación y el rendimiento máximo.
Luego se diseña una mezcla utilizando cemento (Portland u otro material cementante), agregados gruesos y finos, agua y aditivos químicos. También se especificará el método de mezclado, así como las condiciones en las que se puede utilizar.
Esto permite que el usuario del hormigón tenga la seguridad de que la estructura funcionará correctamente.
Se han desarrollado varios tipos de hormigón para aplicaciones especializadas y se les conoce con estos nombres.
Las mezclas de hormigón también se pueden diseñar mediante programas informáticos. Dichos programas ofrecen al usuario la oportunidad de seleccionar su método preferido de diseño de mezcla e ingresar los datos del material para llegar a los diseños de mezcla adecuados.
El hormigón se ha utilizado desde la antigüedad. El hormigón romano normal, por ejemplo, se fabricaba a partir de ceniza volcánica ( puzolana ) y cal hidratada . El hormigón romano era superior a otras recetas de hormigón (por ejemplo, las que consistían solo en arena y cal) [1] utilizadas por otras culturas. Además de la ceniza volcánica para fabricar el hormigón romano normal, también se puede utilizar polvo de ladrillo. Además del hormigón romano normal, los romanos también inventaron el hormigón hidráulico , que fabricaban a partir de ceniza volcánica y arcilla . [ cita requerida ]
Algunos tipos de hormigón que se utilizan para hacer esculturas y jardineras de jardín se denominan piedra compuesta o piedra compuesta . No existe una fórmula única y precisa que diferencie la piedra compuesta de otros hormigones cementados con cal, lo que no sorprende porque el término es anterior a la ciencia química moderna, y está atestiguado desde, al menos, la década de 1790. En el siglo XIX y posteriores, el término piedra artificial ha abarcado varias piedras hechas por el hombre, incluidos numerosos hormigones cementados. [ cita requerida ]
El hormigón regular es el término común para el hormigón que se produce siguiendo las instrucciones de mezclado que se publican comúnmente en los paquetes de cemento, generalmente utilizando arena u otro material común como agregado, y a menudo mezclado en recipientes improvisados. Los ingredientes de cualquier mezcla en particular dependen de la naturaleza de la aplicación. El hormigón regular generalmente puede soportar una presión de aproximadamente 10 MPa (1450 psi ) a 40 MPa (5800 psi), y los usos más livianos, como el hormigón de cegado, tienen una clasificación de MPa mucho menor que el hormigón estructural. Hay muchos tipos de hormigón premezclado disponibles que incluyen cemento en polvo mezclado con un agregado, que solo necesita agua. [ cita requerida ]
Por lo general, se puede preparar un lote de hormigón utilizando 1 parte de cemento Portland, 2 partes de arena seca, 3 partes de piedra seca y 1/2 parte de agua. Las partes se expresan en términos de peso, no de volumen. Por ejemplo, se prepararía 1 pie cúbico (0,028 m3 ) de hormigón utilizando 22 lb (10,0 kg) de cemento, 10 lb (4,5 kg) de agua, 41 lb (19 kg) de arena seca y 70 lb (32 kg) de piedra seca (piedra de 1/2" a 3/4"). Esto produciría 1 pie cúbico (0,028 m3 ) de hormigón y pesaría aproximadamente 143 lb (65 kg). La arena debe ser de mortero o de ladrillo (lavada y filtrada si es posible) y la piedra debe lavarse si es posible. Se deben eliminar los materiales orgánicos (hojas, ramitas, etc.) de la arena y la piedra para garantizar la mayor resistencia. [ cita requerida ]
El hormigón de alta resistencia tiene una resistencia a la compresión superior a 40 MPa (6000 psi). En el Reino Unido, la norma BS EN 206-1 [2] define el hormigón de alta resistencia como hormigón con una clase de resistencia a la compresión superior a C50/60. El hormigón de alta resistencia se fabrica reduciendo la relación agua-cemento (A/C) a 0,35 o menos. A menudo se añade humo de sílice para evitar la formación de cristales libres de hidróxido de calcio en la matriz de cemento, lo que podría reducir la resistencia en la unión cemento-árido.
Las relaciones agua/cemento bajas y el uso de humo de sílice hacen que las mezclas de hormigón sean significativamente menos trabajables, lo que es particularmente probable que sea un problema en aplicaciones de hormigón de alta resistencia donde es probable que se utilicen jaulas de varillas de refuerzo densas. Para compensar la trabajabilidad reducida, se suelen añadir superplastificantes a las mezclas de alta resistencia. Los áridos deben seleccionarse con cuidado para las mezclas de alta resistencia, ya que los áridos más débiles pueden no ser lo suficientemente fuertes para resistir las cargas impuestas sobre el hormigón y hacer que la falla comience en el árido en lugar de en la matriz o en un vacío, como ocurre normalmente en el hormigón normal.
En algunas aplicaciones de hormigón de alta resistencia, el criterio de diseño es el módulo elástico en lugar de la resistencia máxima a la compresión.
El hormigón estampado es un hormigón arquitectónico que tiene un acabado superficial superior. Después de colocar un piso de hormigón, se impregnan endurecedores de suelos (pueden estar pigmentados) en la superficie y se estampa un molde que puede tener textura para replicar una piedra/ladrillo o incluso madera para dar un acabado superficial texturizado atractivo. Después de un endurecimiento suficiente, la superficie se limpia y generalmente se sella para brindar protección. La resistencia al desgaste del hormigón estampado es generalmente excelente y, por lo tanto, se encuentra en aplicaciones como estacionamientos, pavimentos, pasarelas, etc. [ cita requerida ]
El hormigón de alto rendimiento (HPC) es un término relativamente nuevo para el hormigón que cumple con un conjunto de normas superiores a las de las aplicaciones más comunes, pero que no se limitan a la resistencia. Si bien todo el hormigón de alta resistencia también es de alto rendimiento, no todo el hormigón de alto rendimiento es de alta resistencia. Algunos ejemplos de dichas normas que se utilizan actualmente en relación con el HPC son:
El hormigón de alto rendimiento (HPC) es un hormigón que desarrolla una resistencia superior a 50 megapascales (7300 psi) a los 28, 56 o 90 días. Estas resistencias generalmente requieren agregados de roca dura bien calibrados, una proporción bastante alta de cemento más cenizas volantes, aditivos reductores de agua y humo de sílice, con un contenido de agua relativamente bajo. Puede ser necesario un mezclado prolongado para dispersar adecuadamente el humo de sílice, que generalmente se suministra en formato granulado. Las mezclas ricas pueden causar un alto calor de hidratación en colocaciones gruesas, que se puede moderar utilizando una mayor proporción de cenizas volantes, hasta un 30% del contenido de cemento. También se puede utilizar polvo de piedra caliza para aumentar la fluidez. [3] : Cap. 4.3.2.1
El hormigón de ultra alto rendimiento es un nuevo tipo de hormigón que están desarrollando las agencias interesadas en la protección de la infraestructura. El UHPC se caracteriza por ser un material compuesto de cemento reforzado con fibra de acero con resistencias a la compresión superiores a 150 MPa, hasta posiblemente superar los 250 MPa. [5] [6] [7] El UHPC también se caracteriza por la composición de sus materiales constituyentes: típicamente arena de grano fino, sílice pirogénica , pequeñas fibras de acero y mezclas especiales de cemento Portland de alta resistencia. Tenga en cuenta que no hay agregado grande. Los tipos actuales en producción (Ductal, Taktl, etc.) se diferencian del hormigón normal en la compresión por su endurecimiento por deformación, seguido de una falla frágil repentina. Varias agencias gubernamentales y universidades de todo el mundo están realizando investigaciones en curso sobre la falla del UHPC por falla por tracción y corte.
El hormigón microreforzado de ultra alto rendimiento es la próxima generación de UHPC. Además de la alta resistencia a la compresión, durabilidad y resistencia a la abrasión del UHPC, el UHPC microreforzado se caracteriza por una ductilidad extrema, absorción de energía y resistencia a los productos químicos, al agua y a la temperatura. [8] La malla de microacero tridimensional, multicapa y continua supera al UHPC en durabilidad, ductilidad y resistencia. El rendimiento de las fibras discontinuas y dispersas en el UHPC es relativamente impredecible. El UHPC microreforzado se utiliza en construcciones resistentes a explosiones, balísticas y terremotos, revestimientos estructurales y arquitectónicos y fachadas complejas.
Ducon fue uno de los primeros en desarrollar el UHPC microreforzado, [9] [10] que se ha utilizado en la construcción del nuevo World Trade Center en Nueva York. [11] [12] [13]
Los agregados cerámicos con una densidad inferior a la del agua se utilizan para el hormigón estructural de baja densidad. Estos agregados pueden incluir arcillas expandidas y pizarras, preferiblemente con absorción de agua inferior al 10%. Para el hormigón estructural sólo se utilizan agregados gruesos de baja densidad, con arena natural como agregado fino. Sin embargo, se utilizan porcentajes inferiores para hormigones de densidad moderada. [3] : Cap 4, 3, 2, 2
El hormigón puede desarrollar altas resistencias a la compresión y a la tracción, mientras que la contracción y la fluencia siguen siendo aceptables, pero generalmente será menos rígido que las mezclas convencionales. La ventaja más obvia es la baja densidad, pero estos hormigones también tienen baja permeabilidad al agua y mayor aislamiento térmico. La resistencia a la abrasión por hielo es similar al hormigón normal. Las desventajas son que la absorción de agua por los agregados puede ser relativamente alta y la consolidación vibratoria puede hacer que el agregado de baja densidad flote. Esto se puede evitar minimizando la vibración y utilizando mezclas fluidas. La baja densidad tiene ventajas para las estructuras flotantes. [3] : Ch 4, 3, 2, 2
En Japón, se descubrió que los defectos del hormigón se debían principalmente a una alta relación agua-cemento para aumentar la trabajabilidad. La mala compactación se produjo principalmente por la necesidad de una construcción rápida en los años 1960 y 1970. Hajime Okamura imaginó la necesidad de un hormigón que fuera muy trabajable y que no dependiera de la fuerza mecánica para la compactación. Durante los años 1980, Okamura y su estudiante de doctorado Kazamasa Ozawa en la Universidad de Tokio desarrollaron el hormigón autocompactante (HAC), que era cohesivo, pero fluido y tomaba la forma del encofrado sin necesidad de utilizar ninguna compactación mecánica. El HAC se conoce como hormigón autocompactante en los Estados Unidos.
El SCC se caracteriza por lo siguiente:
El SCC puede ahorrar hasta un 50% en costos de mano de obra debido a un vertido un 80% más rápido y un menor desgaste del encofrado .
En 2005, los hormigones autocompactantes representaron entre el 10% y el 15% de las ventas de hormigón en algunos países europeos. En la industria del hormigón prefabricado en los EE. UU., el hormigón autocompactante representa más del 75% de la producción de hormigón. 38 departamentos de transporte en los EE. UU. aceptan el uso de hormigón autocompactante para proyectos de carreteras y puentes.
Esta tecnología emergente es posible gracias al uso de plastificantes de policarboxilatos en lugar de los antiguos polímeros basados en naftaleno y modificadores de viscosidad para abordar la segregación de agregados.
Se está investigando el hormigón al vacío, que se fabrica utilizando vapor para producir un vacío dentro de un camión mezclador de hormigón y liberar burbujas de aire en el interior del hormigón. La idea es que el vapor desplace el aire que normalmente se encuentra sobre el hormigón. Cuando el vapor se condensa en agua, creará una baja presión sobre el hormigón que extraerá aire del mismo. Esto hará que el hormigón sea más resistente debido a que habrá menos aire en la mezcla. Una desventaja es que la mezcla debe realizarse en un recipiente hermético.
La resistencia final del hormigón aumenta en un 25 % aproximadamente. El hormigón al vacío se endurece muy rápidamente, de modo que los encofrados se pueden retirar en 30 minutos después de su vertido, incluso en columnas de 6 m de altura. Esto tiene un valor económico considerable, en particular en una fábrica de prefabricados, ya que los encofrados se pueden reutilizar a intervalos frecuentes. La resistencia de adherencia del hormigón al vacío es un 20 % mayor aproximadamente. La superficie del hormigón al vacío está completamente libre de picaduras y la parte superior de 1/16 de pulgada es muy resistente a la abrasión. Estas características son de especial importancia en la construcción de estructuras de hormigón que van a estar en contacto con agua que fluye a gran velocidad. Se adhiere bien al hormigón viejo y, por lo tanto, se puede utilizar para renovar losas de carreteras y otros trabajos de reparación.
El hormigón proyectado (también conocido por el nombre comercial Gunite ) utiliza aire comprimido para disparar hormigón sobre (o dentro de) un marco o estructura. La mayor ventaja del proceso es que el hormigón proyectado se puede aplicar por encima de la cabeza o en superficies verticales sin encofrado. A menudo se utiliza para reparaciones de hormigón o colocación en puentes, presas, piscinas y en otras aplicaciones donde el encofrado es costoso o la manipulación e instalación de materiales es difícil. El hormigón proyectado se utiliza con frecuencia contra superficies verticales de suelo o roca, ya que elimina la necesidad de encofrado . A veces se utiliza para el soporte de rocas, especialmente en túneles . El hormigón proyectado también se utiliza para aplicaciones donde la filtración es un problema para limitar la cantidad de agua que ingresa a un sitio de construcción debido a un nivel freático alto u otras fuentes subterráneas. Este tipo de hormigón se utiliza a menudo como una solución rápida para la erosión de los tipos de suelo suelto en las zonas de construcción.
Existen dos métodos de aplicación para el hormigón proyectado.
Para ambos métodos se pueden utilizar aditivos como aceleradores y refuerzos de fibra. [14]
En el hormigón de cal , hormigón de cal u hormigón romano, el cemento se reemplaza por cal . [15] Una fórmula exitosa fue desarrollada a mediados del siglo XIX por el Dr. John E. Park . [16] La cal se ha utilizado desde la época romana, ya sea como hormigón de cimentación en masa o como hormigón ligero utilizando una variedad de agregados combinados con una amplia gama de puzolanas (materiales cocidos) que ayudan a lograr una mayor resistencia y velocidad de fraguado. El hormigón de cal se utilizó para construir arquitectura monumental durante y después de la revolución del hormigón romano , así como una amplia variedad de aplicaciones como pisos, bóvedas o cúpulas. Durante la última década, ha habido un renovado interés en el uso de cal para estas aplicaciones nuevamente.
Beneficios ambientales
Beneficios para la salud
El hormigón permeable , utilizado en pavimentos permeables , contiene una red de agujeros o huecos, para permitir que el aire o el agua se muevan a través del hormigón.
Esto permite que el agua se drene naturalmente a través de él y puede eliminar la infraestructura normal de drenaje de aguas superficiales y permitir la reposición de aguas subterráneas cuando el hormigón convencional no lo hace.
Se forma dejando fuera parte o la totalidad del agregado fino (finos). El agregado grueso restante se une con una cantidad relativamente pequeña de cemento Portland . Cuando fragua, normalmente entre el 15% y el 25% del volumen del hormigón son huecos, lo que permite que el agua drene a unos 5 gal/ft2 / min (70 L/m2 / min) a través del hormigón.
El hormigón permeable se instala vertiendo el hormigón en moldes, luego se nivela para nivelar (no alisar) la superficie y luego se compacta o apisona en su lugar. Debido al bajo contenido de agua y la permeabilidad al aire , entre 5 y 15 minutos después del apisonado, el hormigón debe cubrirse con un plástico de polietileno de 6 milésimas de pulgada, o se secará prematuramente y no se hidratará ni curará adecuadamente.
El hormigón permeable puede reducir significativamente el ruido, ya que permite que el aire se comprima entre los neumáticos del vehículo y la carretera para escapar. Este producto no se puede utilizar actualmente en las principales carreteras estatales de EE. UU. debido a las altas clasificaciones de psi requeridas por la mayoría de los estados. El hormigón permeable se ha probado hasta 4500 psi hasta el momento.
El hormigón celular producido mediante la adición de un agente incorporador de aire al hormigón (o un agregado liviano como agregado de arcilla expandida o gránulos de corcho y vermiculita ) a veces se denomina hormigón celular , hormigón celular liviano, hormigón de densidad variable, hormigón celular y hormigón liviano o ultraliviano , [17] [18] que no debe confundirse con el hormigón celular curado en autoclave , que se fabrica fuera del sitio utilizando un método completamente diferente.
En la obra de 1977 A Pattern Language: Towns, Buildings and Construction , el arquitecto Christopher Alexander escribió en el patrón 209 sobre "Buenos materiales":
El hormigón normal es demasiado denso, pesado y difícil de trabajar. Una vez fraguado , no se puede cortar ni clavar. Y su superficie es fea, fría y dura al tacto, a menos que se cubra con acabados caros que no formen parte integral de la estructura.
Y, sin embargo, el hormigón, en alguna forma, es un material fascinante. Es fluido, resistente y relativamente barato. Se consigue en casi todas partes del mundo. Un profesor de ciencias de la ingeniería de la Universidad de California, P. Kumar Mehta, ha descubierto recientemente una forma de convertir las cáscaras de arroz abandonadas en cemento Portland. [...] ¿Hay alguna forma de combinar todas estas buenas cualidades del hormigón y, además, tener un material que sea ligero, fácil de trabajar y con un acabado agradable? Sí la hay. Es posible utilizar toda una gama de hormigones ultraligeros que tienen una densidad y una resistencia a la compresión muy similares a las de la madera. Son fáciles de trabajar, se pueden clavar con clavos comunes, cortar con una sierra, perforar con herramientas para trabajar la madera y reparar fácilmente. [...]
Creemos que el hormigón ultraligero es uno de los materiales a granel más fundamentales del futuro.
La densidad variable se describe normalmente en kg por m 3 , donde el hormigón regular es 2400 kg/m 3 . La densidad variable puede ser tan baja como 300 kg/m 3 , [17] aunque a esta densidad no tendría integridad estructural en absoluto y funcionaría como relleno o solo como aislamiento. La densidad variable reduce la resistencia [17] para aumentar el aislamiento térmico [17] y acústico al reemplazar el hormigón pesado denso con aire o un material ligero como arcilla, gránulos de corcho y vermiculita. Hay muchos productos de la competencia que utilizan un agente espumante que se parece a la crema de afeitar para mezclar burbujas de aire con el hormigón. Todos logran el mismo resultado: desplazar el hormigón con aire.
Las aplicaciones del hormigón espumado incluyen:
Los gránulos de corcho de desecho se obtienen durante la producción de tapones de botellas a partir de la corteza tratada del alcornoque . [20] Estos gránulos tienen una densidad de aproximadamente 300 kg/m 3 , inferior a la de la mayoría de los agregados livianos utilizados para fabricar hormigón liviano. Los gránulos de corcho no influyen significativamente en la hidratación del cemento, pero el polvo de corcho puede hacerlo. [21] Los compuestos de cemento de corcho tienen varias ventajas sobre el hormigón estándar, como conductividades térmicas más bajas, densidades más bajas y buenas características de absorción de energía. Estos compuestos pueden estar hechos de densidad de 400 a 1500 kg/m 3 , resistencia a la compresión de 1 a 26 MPa y resistencia a la flexión de 0,5 a 4,0 MPa. [ cita requerida ]
El hormigón compactado con rodillo , a veces llamado hormigón laminado , es un hormigón rígido con bajo contenido de cemento que se coloca utilizando técnicas tomadas de los trabajos de movimiento de tierras y pavimentación. El hormigón se coloca sobre la superficie que se va a cubrir y se compacta en el lugar utilizando rodillos grandes y pesados que se utilizan normalmente en el movimiento de tierras. La mezcla de hormigón alcanza una alta densidad y se cura con el tiempo hasta convertirse en un bloque monolítico resistente. [22] El hormigón compactado con rodillo se utiliza normalmente para pavimentos de hormigón, pero también se ha utilizado para construir presas de hormigón, ya que el bajo contenido de cemento hace que se genere menos calor durante el curado que lo que se suele hacer con los vertidos de hormigón masivos colocados de forma convencional. [ cita requerida ]
El uso de vidrio reciclado como agregado en el hormigón se ha vuelto popular en los tiempos modernos, y se están llevando a cabo investigaciones a gran escala en la Universidad de Columbia en Nueva York. Esto mejora enormemente el atractivo estético del hormigón. Los resultados de investigaciones recientes han demostrado que el hormigón elaborado con agregados de vidrio reciclado ha demostrado una mejor resistencia a largo plazo y un mejor aislamiento térmico debido a las mejores propiedades térmicas de los agregados de vidrio. [23]
Estrictamente hablando, el asfalto también es un tipo de hormigón, en el que los materiales bituminosos sustituyen al cemento como aglutinante. [ cita requerida ]
Este tipo de hormigón es capaz de desarrollar una alta resistencia en pocas horas tras su fabricación. Esta característica presenta ventajas como la posibilidad de retirar el encofrado de forma temprana y avanzar en el proceso de construcción con gran rapidez, reparando firmes que quedan totalmente operativos en apenas unas horas. La resistencia máxima y la durabilidad pueden variar respecto a la del hormigón estándar, dependiendo de los detalles de la composición.
Si bien el " hormigón asfáltico recubierto de caucho " es común, el hormigón de cemento Portland recubierto de caucho ("PCC recubierto de caucho") todavía se encuentra en pruebas experimentales, a partir de 2009. [24] [25] [26] [27]
El nanohormigón contiene partículas de cemento Portland que no superan los 100 μm. [28] Es un producto de la mezcla de alta energía (HEM) de cemento, arena y agua. [ cita requerida ]
El hormigón polímero es un hormigón que utiliza polímeros para unir el agregado. El hormigón polímero puede ganar mucha resistencia en poco tiempo. Por ejemplo, una mezcla de polímero puede alcanzar 5000 psi en solo cuatro horas. El hormigón polímero es generalmente más caro que los hormigones convencionales. [ cita requerida ]
El cemento geopolimérico es una alternativa al cemento Portland común y se utiliza para producir hormigón geopolimérico añadiendo agregados regulares a una lechada de cemento geopolimérico. Está hecho de compuestos de polímeros de aluminosilicato inorgánico (Al-Si) que pueden utilizar desechos industriales reciclados (por ejemplo, cenizas volantes , escorias de alto horno ) como insumos de fabricación, lo que da como resultado hasta un 80% menos de emisiones de dióxido de carbono. Se dice que el hormigón geopolimérico logra una mayor resistencia química y térmica, y mejores propiedades mecánicas, tanto en condiciones atmosféricas como extremas.
Hormigones similares se han utilizado no sólo en la Antigua Roma (véase Hormigón romano ), sino también en la antigua Unión Soviética en los años 1950 y 1960. En Ucrania todavía hay edificios en pie después de 45 años. [ cita requerida ]
Las aplicaciones de alta temperatura, como hornos de mampostería y similares, generalmente requieren el uso de un cemento refractario ; los hormigones a base de cemento Portland pueden dañarse o destruirse por temperaturas elevadas, pero los hormigones refractarios son más capaces de soportar tales condiciones. Los materiales pueden incluir cementos de aluminato de calcio , arcilla refractaria , ganister y minerales con alto contenido de aluminio. [ cita requerida ]
Las investigaciones en curso sobre mezclas y componentes alternativos han identificado mezclas potenciales que prometen propiedades y características radicalmente diferentes.
Los investigadores de la Universidad de Michigan han desarrollado compuestos de cemento de ingeniería (ECC), un hormigón flexible reforzado con fibra. El compuesto contiene muchos de los ingredientes utilizados en el hormigón normal, pero en lugar de agregado grueso incluye fibras a microescala. [29] La mezcla tiene una propagación de grietas mucho menor que no sufre el agrietamiento habitual y la consiguiente pérdida de resistencia a altos niveles de tensión de tracción. Los investigadores han podido llevar las mezclas más allá del 3 por ciento de deformación, más allá del punto más típico del 0,1 por ciento en el que se produce la falla. Además, la composición del material favorece la autocuración . Cuando se producen grietas, el cemento seco adicional en el hormigón queda expuesto. Reacciona con agua y dióxido de carbono para formar carbonato de calcio y reparar la grieta. [30] [31]
Los investigadores han intentado secuestrar el CO2 en el hormigón mediante el desarrollo de materiales avanzados. Un enfoque consiste en utilizar silicato de magnesio ( talco ) como alternativa al calcio. Esto reduce la temperatura necesaria para el proceso de producción y disminuye la liberación de dióxido de carbono durante la cocción. Durante la fase de endurecimiento, se secuestra carbono adicional. [32] [33] [34] [35] [36]
Un enfoque relacionado es la carbonatación mineral (CM). Produce agregados de carbonato estables a partir de materiales que contienen calcio o magnesio y CO2 . Los agregados estables se pueden utilizar para hormigón o para producir bloques de construcción neutros en carbono, como ladrillos u hormigón prefabricado. [32] [37] [38] [36] CarbonCure Technologies utiliza CO2 residual de las refinerías de petróleo para fabricar sus ladrillos y su mezcla de cemento húmedo, compensando hasta el 5% de su huella de carbono. [32] [36] Solidia Technologies cuece sus ladrillos y hormigón prefabricado a temperaturas más bajas y los cura con gas CO2 , afirmando que reduce sus emisiones de carbono en un 30%. [32] [36]
Otro método de carbonatación mineral a base de calcio se ha inspirado en la biomimética de las estructuras de calcio que se producen de forma natural. Ginger Krieg Dosier de bioMASON ha desarrollado un método para producir ladrillos sin encender hornos ni liberar carbono de forma significativa. Los ladrillos se cultivan en moldes durante cuatro días mediante un proceso de precipitación de calcita inducida microbiológicamente . La bacteria Sporosarcina pasteurii forma calcita a partir de agua, calcio y urea , incorporando CO2 de la urea y liberando amoníaco para fertilizante. [32] [39]
Un equipo de investigación ha descubierto una forma de utilizar una forma de microalgas llamadas cocolitóforos para producir carbonato de calcio en masa mediante la fotosíntesis a un ritmo más rápido que los corales. Pueden sobrevivir en agua caliente, fría, salada y dulce. La técnica tiene el potencial de absorber más CO2 del que emite. Entre 1 y 2 millones de acres de estanques abiertos podrían proporcionar suficientes microalgas para satisfacer el consumo de cemento de Estados Unidos. El equipo afirma que el material puede sustituirse inmediatamente en los procesos de producción existentes. [40]
Otro enfoque consiste en desarrollar hormigón ligero biorreceptivo que pueda utilizarse para crear paredes vivas resistentes a la desecación. Los investigadores de la Escuela de Arquitectura Bartlett están desarrollando materiales destinados a favorecer el crecimiento de plantas poiquilohidratadas como algas , musgos y líquenes (organismos que no tienen ningún mecanismo para evitar la desecación). Una vez establecida, la combinación de nuevos materiales y plantas puede mejorar potencialmente la gestión de las aguas pluviales y absorber los contaminantes. [41]
Se ha añadido dióxido de titanio a las mezclas de hormigón para reducir el smog . Un fotocatalítico de luz natural entre el titanio de este hormigón y el smog reduce la acumulación de bacterias y suciedad en la superficie. También se puede utilizar para descomponer los dióxidos de nitrógeno creados por los procesos industriales. [42]
El hormigón de yeso es un material de construcción utilizado como base para suelos [43] en construcciones con estructura de madera y hormigón para resistencia al fuego , [43] reducción de sonido, [43] calefacción radiante , [44] y nivelación de suelos. Es una mezcla de yeso , cemento Portland y arena . [43] Una de sus ventajas es su ligereza. Pesa menos que el hormigón normal manteniendo una resistencia a la compresión y unos costes comparables. También es fácil de trabajar y nivelar, lo que permite una instalación más rápida y una mayor productividad. El uso de hormigón de yeso para suelos con calefacción radiante se hizo popular en la década de 1980 con la introducción de los tubos de plástico PEX, que no son susceptibles a la corrosión del hormigón.
El hormigón celular ligero o cemento espumado, también conocido como hormigón celular ligero, es un material a base de cemento que incorpora burbujas de aire estables para crear un producto ligero y altamente aislante. A diferencia del hormigón con aire incorporado, que introduce pequeñas burbujas de aire a través de un aditivo durante la mezcla, el hormigón celular reemplaza los agregados gruesos con estas burbujas de aire, lo que da como resultado una diferencia significativa en la densidad, ya que el hormigón celular suele oscilar entre 400 kg/m3 y 1600 kg/m3, mientras que el hormigón con aire incorporado mantiene su densidad. El hormigón celular se produce mezclando cemento o cenizas volantes, arena, agua y una espuma aireada sintética, que proporciona estabilidad a las burbujas de aire, a diferencia del hormigón con aire incorporado, que se produce incorporando aditivos especializados directamente en la mezcla de hormigón. El hormigón celular ofrece excelentes propiedades de aislamiento térmico y acústico, lo que lo hace adecuado para aplicaciones como aislamiento, relleno de huecos y rehabilitación de zanjas. Su naturaleza liviana también lo hace más fácil de manipular y transportar en comparación con el hormigón tradicional. El hormigón celular se puede moldear fácilmente en varias formas y tamaños, lo que permite aplicaciones versátiles. Sus propiedades lo hacen adecuado para aislamiento, relleno de huecos y otras aplicaciones de construcción donde se desea reducción de peso y aislamiento térmico.
El hormigón con aire incorporado es un tipo de hormigón que incorpora intencionadamente pequeñas burbujas de aire (de 10 a 500 micrómetros de diámetro) mediante la adición de un agente incorporador de aire durante el proceso de mezclado. Estas burbujas de aire mejoran la trabajabilidad del hormigón durante la colocación y mejoran su durabilidad cuando se endurece, especialmente en regiones propensas a ciclos de congelación-descongelación . A diferencia del hormigón celular, que es ligero y se crea mediante la introducción de burbujas de aire estables mediante un agente espumante, el hormigón con aire incorporado mantiene su densidad (el aire se compone de un 6-12 % en volumen) al tiempo que mejora la durabilidad, la trabajabilidad y la resistencia a los ciclos de congelación-descongelación. Los principales beneficios del hormigón con aire incorporado incluyen una mejor trabajabilidad durante la colocación, mayor resistencia al agrietamiento y al daño superficial, mayor durabilidad contra daños por fuego y resistencia general. Además, los huecos de aire en el hormigón con aire incorporado actúan como amortiguación interna, absorbiendo energía durante el impacto y aumentando la resistencia a las fuerzas físicas, aumentando así su durabilidad general.
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