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La nueva mezcla podría duplicar la absorción de carbono del hormigón

WEST LAFAYETTE, Indiana – El hormigón no es glamoroso. Es el caballo de batalla de los materiales de construcción: versátil, duradero y casi universalmente omnipresente, con 30 mil millones de toneladas de concreto producidas cada año. El cemento, un componente del hormigón, produce el 8% de la huella de carbono del mundo.

Buscando reducir ese porcentaje, los ingenieros de la Universidad de Purdue han descubierto una manera de hacer que el hormigón sea más sostenible. Su nueva receta para el hormigón tiene el potencial de reducir drásticamente las emisiones de carbono, creando pilares para un mundo mejor.

Un equipo dirigido por Mirian Velay-Lizancos, profesora asistente de ingeniería civil en Purdue, propone agregar pequeñas cantidades de dióxido de titanio a nanoescala a la pasta de cemento que forma el concreto. El equipo descubrió que el dióxido de titanio, una sustancia en polvo mejor conocida por sus usos en protectores solares, pinturas, plásticos y conservantes de alimentos, mejora la capacidad natural del hormigón para secuestrar dióxido de carbono.

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<span class= Marian Velay Lizancos y sus estudiantes están desarrollando concreto que puede secuestrar dióxido de carbono de manera más exitosa y eficiente que las mezclas tradicionales. (Foto de la Universidad de Purdue / John Underwood)

El equipo descubrió que agregar solo pequeñas cantidades de dióxido de nano-titanio casi duplica la absorción del concreto del problemático gas de efecto invernadero. El estudio apareció recientemente en la revista científica Construction and Building Materials. Hay disponible un video de YouTube del trabajo.

Velay-Lizancos estudia el hormigón y trabaja para convertirlo en un material de construcción más sostenible. El hormigón, una mezcla variable de agua, pasta de cemento y agregados como arena y grava, se inventó hace milenios. Desde entonces, ha cambiado para adaptarse a las necesidades cambiantes de las civilizaciones y a los materiales disponibles. El hormigón de las pirámides necesitaba resistir el calor y el viento. El hormigón de los acueductos romanos necesitaba transportar millones de galones de agua. El hormigón moderno debe ser resistente, duradero, económico y lo más sostenible posible. La fabricación de hormigón es un proceso que consume mucha energía y recursos. El hormigón tradicional absorbe de forma natural el dióxido de carbono, pero no mucho ni muy rápidamente.

"No podemos esperar décadas para que el hormigón absorba el dióxido de carbono producido en su proceso de fabricación", dijo Velay-Lizancos. “Mi equipo está haciendo que el propio hormigón absorba dióxido de carbono más rápido y en mayores volúmenes. No estamos intentando cambiar la forma en que usamos el hormigón; estamos haciendo que el concreto funcione para nosotros ".

La asombrosa cantidad de hormigón que se utiliza hoy en día en todo el mundo (en puentes, carreteras e infraestructura, en edificios y monumentos, presas y sistemas de tuberías) significa que cualquier leve mejora en la huella de carbono del hormigón podría tener efectos masivos en todo el mundo. .

Los cambios que propone el equipo de Velay-Lizancos resultarían en más de un pequeño cambio. Su investigación indica que incluir dióxido de titanio en la mezcla de cemento que se usa para hacer concreto puede duplicar la cantidad de dióxido de carbono que secuestra naturalmente en la misma cantidad de tiempo. Este efecto se suma al efecto fotocatalítico bien estudiado del hormigón, en el que la luz ultravioleta del sol interactúa con el hormigón para ayudar al hormigón a oxidar los gases nocivos de óxido de nitrógeno en nitratos.

“Vivimos en un entorno de construcción”, dijo Velay-Lizancos. “No hay duda de que mejorar la sostenibilidad del hormigón, el material de construcción más utilizado en el mundo, significaría un gran paso para el desarrollo sostenible”.

Inicialmente, Velay-Lizancos y dos de sus estudiantes de doctorado, Carlos Moro y Vito Francioso, estaban estudiando cómo el dióxido de titanio podría interactuar con el cemento para fortalecer el hormigón y cómo la temperatura de curado podría afectar esas interacciones. Notaron que algunas de sus muestras de concreto que incluían dióxido de nano-titanio absorbían dióxido de carbono del aire circundante más rápido que otras muestras.

Investigaciones posteriores revelaron que la adición de dióxido de nano-titanio a la mezcla de concreto disminuyó el tamaño de las moléculas de hidróxido de calcio, haciéndolo mucho más eficiente para absorber dióxido de carbono que otras pastas de cemento. La adición aceleró la tasa de absorción de carbono y aumentó el volumen total de dióxido de carbono que puede absorber.

“Siempre he querido ayudar a los demás, hacer algo significativo, algo impactante”, dijo Velay-Lizancos. “Este trabajo es una forma en que puedo ayudar a otros. Nuestra investigación puede conducir a menores emisiones netas de dióxido de carbono. Saber lo que está haciendo puede ayudar a detener el cambio climático hace que se despierte todos los días con energía para trabajar más duro que el día anterior ”.

Su investigación futura se centrará en más formas de hacer que el hormigón sea más sostenible, más duradero y un material de construcción aún mejor para el futuro.

Acerca de la Universidad Purdue

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Fuente: Mirian Velay-Lizancos mvelayli@purdue.edu

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RESUMEN

Modificación de CO 2 captura y estructura de poros de pasta de cemento endurecida hecha con nano-TiO 2 adición: Influencia de la relación agua-cemento y CO 2 edad de exposición

Carlos Moro, Vito Francioso, Mirian Velay-Lizancos

DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2020.122131

Este artículo estudia los efectos del nano-TiO2 en el secuestro de CO2 de la pasta de cemento endurecido, dependiendo de la relación agua-cemento (a / c) y la estructura de los poros. Se prepararon doce mezclas de pasta de cemento con cuatro porcentajes diferentes de nano-TiO2 (0%, 0.5%, 1%, 2%) y tres p / c (0.45, 0.50, 0.55). Las muestras se expusieron durante 24 horas a un ambiente de CO2 a dos edades diferentes (14 y 28 días). Se realizaron análisis termogravimétricos y escaneos de rayos X 3D de la estructura de los poros en muestras expuestas y no expuestas. Los resultados mostraron que el nano-TiO2 produce una mejora en la absorción de CO2 hasta cierto porcentaje. Este porcentaje máximo depende de la edad de exposición y w / c. Nano-TiO2 produce una reducción de la porosidad y un incremento de la reactividad del hidróxido de calcio (CH), que tienen efectos opuestos sobre la absorción de CO2. Estos dos mecanismos en competencia pueden explicar por qué el nano-TiO2 puede ser beneficioso o perjudicial para la absorción de CO2 en función de la relación a / c y la edad.

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