El Grafeno, el material que revolucionara la construcion

Por Ana Díaz VN | El material podría ser agregado al acero para aumentar su vida útil

(Última Actualización: marzo 17, 2018)

Publicado a las 05:56 PM CST en Oct 14,2017 | Actualizado a las 05:56 PM CST en Oct 14,2017


El acero es hoy por hoy uno de los materiales más utilizados en la Construcción Civil. Se trata de una aleación metálica compuesta básicamente de un 98% de Hierro y hasta un 2% de Carbono. Los trazos de otros elementos, como Silicio, Azufre, Fósforo y Cromo, se pueden añadir, dependiendo de la aplicación deseada. El acero exhibe un desempeño muy satisfactorio en términos de resistencia, pero su principal desventaja es la susceptibilidad a la corrosión.

La corrosión del acero puede afectar su integridad estructural, disminuyendo su resistencia a las solicitudes externas, afectando la vida útil y la durabilidad de la estructura. Se estima que más del 30% del acero producido en el mundo hoy se utiliza para la reposición de piezas, partes de equipos e instalaciones que se deterioran por la corrosión.

Las manifestaciones patológicas más comunes en estructuras de acero son causadas principalmente por la acumulación de humedad, deficiencia de drenaje de las aguas pluviales y ausencia de protección contra el proceso de corrosión. La tasa de corrosión media para el acero al carbono en agua de mar (un ambiente muy corrosivo) es de 130 mm / año.

Nanomateriales

Definicion y Ejemplos de estos nuevos materiales

En este contexto, varias investigaciones se han llevado a cabo en el sentido de encontrar un material que pueda sustituir el acero. Se han hecho estudios sobre el uso de materiales cerámicos o poliméricos de alta tecnología. Sin embargo, estos materiales no poseen las propiedades mecánicas necesarias para las aplicaciones donde se usa acero.

Estudios recientes muestran que un nanomateria como el Grafeno, podría ser agregado al acero para aumentar su vida útil estructural de veinte a cincuenta veces, además de disminuir los costos preventivos con anticorrosivos y mantenimientos periódicos.

El grafeno está constituido por átomos de carbono conectados entre sí en un arreglo bidimensional, formando una hoja a escala nanométrica de átomos bien organizados. Esta estructura, que parece sensible y frágil, puede ser uno de los materiales más resistentes jamas hechos.

Con respecto al acero, el grafeno es hasta seis veces más ligero, menos denso y dos veces más duro. En cuanto a la tracción, es diez veces más resistente y su rigidez de flexión es trece veces mayor, teniendo así una fuerza cien veces mayor que una hoja de acero de espesor similar. Los esfuerzos de tracción comprueban que el grafeno puede ser alargado en hasta un 23% de su longitud inicial sin que se agriete o fracture.

El grafeno viene sorprendiendo por su versatilidad y variedad en posibles aplicaciones.

Los estudios muestran que el grafeno es eficiente para el revestimiento de estructuras metálicas, ya que protege y mantiene inalteradas las propiedades de las piezas. Las pruebas revelan que las placas de acero se corroen rápidamente cuando se sumergen en salmuera (uno de los agentes más agresivos para la corrosión). Las placas que están recubiertas con un compuesto a base de grafeno quedan protegidas por más de un mes . El revestimiento a base de grafeno forma una película hidrofóbica y ligeramente conductora de electricidad, lo que evita la corrosión, repeliendo el agua y retardando las reacciones electroquímicas.

La producción de nanocompuestos poliméricos con grafeno combinado con un polímero  es la clave para producir un revestimiento de alta eficiencia. Los polímeros generalmente poseen alta resistencia química, pero exhiben propiedades mecánicas poco atractivas, como baja elasticidad y resistencia mecánica , en comparación con los metales y cerámicas. La adición del grafeno mejora las propiedades del polímero, pudiendo generar nuevos materiales con alto rendimiento y multifuncionalidades. La incorporación de materiales nanométricos en una matriz polimérica combina la ligereza, la flexibilidad y la transparencia de los polímeros con las propiedades nanometricas. Esta tecnología ya se aplica en las industrias automovilística, aeronáutica, aeroespacial y de envases.

Actualmente, la corrosión de estructuras de acero en plataformas petroleras offshore ha sido inhibida por el recubrimiento de las estructuras metálicas con tintas anticorrosivas a base de epoxi, un polímero termofijo que se endurece en presencia de un agente catalizador. Los sistemas epoxi presentan alta resistencia química, bajo tiempo de secado y buenas propiedades mecánicas, lo que puede ser reforzado por las propiedades físico-químicas del grafeno.

Una de las desventajas asociadas a la aplicación del grafeno es la dificultad de su producción a gran escala y el elevado costo de obtención, alrededor de $ 100,00 / g (cien dólares por gramo). Sin embargo, por tratarse de un material manométrico de baja densidad, la adición del grafeno al polímero se da en pequeña cantidad, en torno de 0,3 a 1% en masa. Esta cantidad es suficiente para mejorar la resistencia y contribuir a una mayor supervivencia de las estructuras metálicas. Considerando que las estructuras metálicas tendrán una vida útil más larga, la utilización de grafeno puede ser viable a medio plazo.

El recubrimiento de estructuras metálicas con nanocompuestos a base de grafeno es una alternativa prometedora para el desarrollo de la Construcción Civil, pudiendo llevar a la disminución de costos de proyectos y al aumento de la resistencia de los materiales empleados.


Referencias & Fuentes

domtotal.com |Grafeno, nanotecnologia aplicada à construção civil

noticiasdelaciencia.com | Grafeno para fabricar acero inoxidable con menor toxicidad

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