Nanosilice

Nuevos Materiales y Sistemas para la Ejecución M.R.A. 2o11-2o12
José Benito Rodríguez Cheda Roi Ríos López

NANO-

NANOTECNOLOGÍA
NANOMATERIALES

NANOSÍLICE

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

MICRA: milésima parte de un milímetro
NANO: milésima parte de una micra

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

NANOTECNOLOGÍA:
Es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través
del 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
NANOTECNOLOGÍA
Gracias al su carácter transversal y multidisciplinar, las fuentes de aplicación de la nanotecnología son múltiples, destacando las
siguientes:

NANOBIOTECNOLOGÍA/NANOMEDICINA: NANOMATERIALES: NANOELECTRÓNICA:
Liberación de fármacos Defensa Aeronáutica Computación cuántica
Síntesis de fármacos Cosmética Espintrónica
Diagnóstico Bienes de consumo Almacenamiento de datos
Ingeniería de tejidos Impresión/Empaquetado Fotónica
Biomimetismo Catalizadores Nanohilos y nanotubos
Energía Dispositivos de un solo electrón
Construcción Paneles solares
Automoción Pantallas

NANOSÍLICE
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 del
electrón (10-15 metros)…aparecen propiedades nuevas que permiten el desarrollo de materiales y dispositivos con funcionalidades y
características completamente nuevas.

Por lo tanto, en esta área se incluyen agregados atómicos (clusters) y partículas de hasta 100nm de diámetro, fibras con diámetros
inferiores 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
que es la “huella dactilar” de las moléculas

Nanopartículas con diferentes geometrías.

Cada filamento de la imagen está formado por cientos de nanotubos

NANOSÍLICE
NANOMATERIALES
La importancia de los nanomateriales no solo está en su tamaño, situado entre la escala macroscópica y la escala atómica, que bien da
lugar 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 de
producción. ( 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 los
átomos 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 tamaño
nanométrico pueden presentar propiedades completamente diferentes a piezas de un tamaño mayor. Si, por ejemplo, partiendo una
lámina 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 muy
inestables y explotan con facilidad.

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

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En lo que concierne al Estado Español la comisión Europea ha financiado, en la etapa 2oo8-2o11, las siguientes directrices de trabajo
en nanotecnología:
MATERIALES NANOESTRUCTURADOS:
Cerámicas nanoestructuradas como bio-implantes, imanes permanentes de alta temperatura para aviones…
NANOPARTÍCULAS y NANOPOLVOS:
Energía: células solares
Biomedicina: insulina inhalada Material nanoestructurado
Ingenierías: sensores químicos
Artículos de consumo: textiles repelentes de agua y suciedad
Medio ambiente: tratamiento de agua
Electrónica: partículas magnéticas para memorias de alta densidad Nanopolvos

NANOCÁPSULAS:
Cosméticos, fluidos magnéticos, componentes de adhesivos…
MATERIALES NANOPOROSOS:
Nanocápsulas
Membranas con control de poro a nivel atómico, aislantes, purificación de aguas…

NANOFIBRAS: Cristal nanoporoso

Filtros, tejidos, biosensores, órganos artificiales…

FULLERENOS: Nanofibras
Lubricantes, reforzado de polímeros y fibras textiles, catalizadores… Fullereno

NANOTUBOS DE CARBONO:
Polímeros conductores, cerámicas altamente tenaces, puntas nanoscópicas

Nanotubo de carbono

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NANOMATERIALES Nanohilos

NANOHILOS:
Sensores, detectores, LEDs…

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

ELECTRÓNICA MOLECULAR:
Transistores, conmutadores, rectificadores moleculares…

Electrónica molecular

QUANTUM DOTS:
Láseres semiconductores, fotosensores optimizados…

Quantum dots
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…

Papel electrónico

NANOSÍLICE
NANOSILICE: NANO ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE
DESCRIPCIÓN:
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.

Nanosílice a 100 nm Tamaño microsilice-nanosilice

NANOSÍLICE
APLICACIONES:
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:
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
PROPIEDADES:
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

Mejora el acabado y la textura de la superficie del hormigón

Evita la formación de coqueras y nidos de grava

NANOSÍLICE
CARÁCTERÍSTICAS TÉCNICAS:
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

NANOSÍLICE
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS:
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%

MÉTODO DE APLICACIÓN:

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.

NANOSÍLICE
EFECTOS EN EL HORMIGÓN:
Efecto químico:
Más producción de gel de CSH (silicato cálcico hidratado).
Efecto puzolánico

La nanosílice es en sí misma una productora de
nanocemento. La sílice produce partículas de CSH, que
es el “pegamento” del hormigón y lo que lo mantiene
cohesionado a todas sus partículas. Se producen
partículas de CSH de entre 5nm y 250nm, lo que
refuerzan la estructura del hormigón a un nivel mil
veces más pequeño.

Acelera la velocidad de hidratación

NANOSÍLICE

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.

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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

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Efecto físico:
50 Mpa en 3 días

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

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NANOSILICE VS 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”.

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.

NANOSÍLICE
MICROSILICE:
Sin embargo, sus desventajas siempre han sido dos:

- Su alto precio

- Su contaminación al medio ambiente y a sus operadores

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
NANOSILICE:

NANOSÍLICE
CEMENTO-MICROSILICE-NANOSILICE:

NANOSÍLICE
COMPARATIVA DE DIFERENTES MEZCLAS DE CEMETOS:

NANOSÍLICE
CONSISTENCIA:

NANOSÍLICE
RESISTENCIA A COMPRESIÓN:

NANOSÍLICE
RESISTENCIA A FLEXION:

NANOSÍLICE
RESISTENCIA A TRACCIÓN:

NANOSÍLICE
CONCLUSIONES DE LA COMPARATIVA:
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.

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
EJEMPLO DE UTILIZACION DE NANOSILICE:
CUPULA DE UN TANQUE DE GAS LICUADO (CARTAGENA):
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.

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

NANOSÍLICE
PRUEBAS INICIALES. BUENA TRABAJABILIDAD EN EL PROTOTIPO:

NANOSÍLICE
TRAS 24h SE ANALIZA LA SUPERFICIE DEL ACABADO:

La nanosílice mejora la reología del hormigón de baja consistencia.

No se forman fisuras

Buen acabado

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PROPIEDADES MECANICAS. TESTIGOS DE HORMIGON:

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

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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/

www.cognoscibletechnologies.com

http://www.aidico.es/

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

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