Análisis y evaluación nano, micro y macro estructural de geopolímeros multifuncionales para su uso en Ultra Thin Composites Pavements (etapa cero)

Abstract

Due to constantly changing social demands, there is ongoing interest in construction materials innovation (e.g. functional and smart nano-materials) that would be capable of exceeding the limitations presented by currently available materials in relation to environmental impacts, economy and durability. The synthesis route, reactivity, physical, mechanical, optical, and electrical behavior of construction materials changes drastically at the nanometric level; increasing systematically developments and application of the new construction materials, opening an universe of possibilities for civil engineering where structural unity stems from investigations at molecular and nanometric levels, leading to understanding of molecular rules that will lead to new advances over next decades. This work focuses on the synthesis of new geopolymeric nanocements materials, its nano and micro structural characterization and its correlation with their macro structural behavior. On this “cero” phase we propose a solid technological application (Ultra-Thin Composite Pavements) as preliminary finishing product; looking for combination between applied research and technological innovation (Creation of Knowledge Value). The specific area of investigation was materials nanotechnology for the construction industry at subspecialties of: nano-functionality (smart nanomaterials) and Nano-Green Chemistry. At this “cero” phase which had an intensive investigation period of two and a half years within a multidisciplinary working team and public and private inter-institutional collaborators, the synthesis of new geopolymeric nanocements with mechanical behavior comparable with actual Portland cements was successfully achieved. Further, it was possible to correlate structural behavior with the nano structural one from a series of studies as: TEM, SEM, AFM, DRX, FTIR, UV-Vis, IES, indentations, mechanical and physical properties such as elasticity modules, Poisson relations and rupture modules.

En la actualidad, y ante la situación cambiante constantemente de la sociedad, se está apostando en el campo de investigación, mediante grupos multidisciplinarios, la innovación de nuevos materiales de construcción (nano-materiales funcionales e inteligentes) capaces de superar las limitaciones que presentan los actuales en cuanto al impacto ambiental, economía y durabilidad. El comportamiento físico, mecánico, óptico, eléctrico, reactividad, ruta de síntesis, etc. de los materiales de construcción cambian drásticamente a niveles nanométricos; incrementando de manera sistemática los desarrollos y aplicaciones de los nuevos materiales para construcción, abriendo un universo de posibilidades para la Ingeniería civil, en donde en una unidad estructural comienza la investigación a niveles moleculares y nanométricos del comportamiento de sistemas estructurales los cuales rigen y gobernaran los nuevos avances de las próximas décadas. El presente trabajo de investigación se enfoca a la síntesis de nuevos nanocementos geopoliméricos, su caracterización nano y micro estructural y su correlación con el comportamiento macro estructural. En esta etapa “cero”, proponer una aplicación tecnológica sólida (Ultra-Thin Composite Pavements) como producto preliminar terminado, buscando combinar la investigación aplicada, con la innovación tecnológica (creación del valor del conocimiento). El área específica de investigación fue la nanotecnología de materiales para la construcción, en sus sub-especialidades de: nano-funcionalidad (nanomateriales inteligentes) y Nano green Chemistry. En esta etapa “cero” la cual tuvo un periodo de investigación intensivo de dos años y medio con un equipo multidisciplinario y con colaboraciones inter-institucionales públicas y privadas se logró satisfactoriamente sintetizar nuevos nanocementos geopoliméricos con resistencias mecánicas comparadas con los cementos portland actuales, y se logró correlacionar el comportamiento estructural con el nano estructural a partir de una serie de estudios: TEM, SEM, AFM, DRX, FTIR, UV-Vis, IES, indentaciones, propiedades mecánicas y físicas tales como los módulos de elasticidad, relaciones de poisson y módulos de ruptura.