Investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI se unieron a colegas del Laboratorio Suizo de Ciencia de Materiales para estudiar un signo degenerativo del envejecimiento en el concreto: la llamada reacción de agregado alcalino AAR. En el curso de AAR,Se forma un material que ocupa más espacio que el concreto original y, por lo tanto, gradualmente agrieta el concreto desde dentro a medida que pasan las décadas.
Los investigadores ahora han explorado la estructura exacta de este material. Se las arreglaron para demostrar que sus átomos están dispuestos de manera extremadamente regular, convirtiéndolo en un cristal. También demostraron que la estructura de este cristal es una estructura llamada silicato en lámina.Esta estructura específica nunca se había observado antes. Los investigadores hicieron su descubrimiento gracias a las mediciones en el Swiss Light Source SLS en PSI. Los resultados de la investigación podrían ayudar al desarrollo de concreto más duradero en el futuro.
Un problema global
AAR es una reacción química que afecta las estructuras de concreto al aire libre en todo el mundo. Ocurre cuando el concreto está expuesto al agua o la humedad. Por ejemplo, numerosos puentes y hasta el veinte por ciento de las paredes de las presas en Suiza se ven afectados por AAR.Con AAR, los ingredientes básicos en el concreto son en realidad el problema: el cemento, el componente principal del concreto, contiene metales alcalinos como el sodio y el potasio. Cualquier humedad que se infiltre en el concreto, proveniente por ejemplo del agua de lluvia, reacciona con estosmetales alcalinos, que conducen a una solución alcalina.
El segundo ingrediente principal en el concreto es la arena y la grava, que a su vez están compuestas de minerales, como el cuarzo o el feldespato. Químicamente hablando, estos minerales son los llamados silicatos. El agua alcalina reacciona con estos silicatos y forma unllamado hidrato de silicato de calcio alcalino. Esto es capaz de absorber más humedad, lo que hace que se expanda y rompa gradualmente el concreto desde adentro. Todo este proceso se conoce como AAR.
AAR ocurre extremadamente lento, de modo que las grietas son inicialmente pequeñas e invisibles a simple vista. Sin embargo, en el transcurso de tres o cuatro décadas, las grietas se ensanchan significativamente y eventualmente ponen en peligro la durabilidad de toda la estructura de concreto.
Un nuevo cristal
Incluso si los procesos químicos involucrados en AAR se conocen desde hace mucho tiempo, nadie ha identificado la estructura física del hidrato de silicato de calcio alcalino formado en el curso de AAR. Los investigadores de PSI y Empa ahora han logrado llenar este vacío de conocimiento.estudió la sustancia de un puente suizo construido en 1969, que ha sido afectado en gran medida por AAR. Los investigadores de Empa recortaron una muestra de material del puente y molieron un pequeño pedazo hasta que quedaron con una muestra delgada como una oblea.solo 0,02 milímetros de grosor. La muestra fue llevada al Swiss Light Source SLS e irradiada con un haz de rayos X extremadamente estrecho, cincuenta veces más delgado que un cabello humano. Realizando las llamadas mediciones de difracción y un análisis de datos complejo, los investigadores del PSIeventualmente pudieron determinar la estructura cristalina del material con precisión milimétrica.
Descubrieron que el hidrato de silicato de calcio alcalino tiene una estructura cristalina de silicato laminar previamente indocumentada. "Normalmente, descubrir una estructura cristalina no catalogada significa que puedes nombrarla", explica Rainer Dähn, el primer autor del estudio. "Perotiene que ser un cristal que se encuentra en la naturaleza, por lo tanto, no obtuvimos ese honor ", dice el investigador con una sonrisa. Andreas Leemann, Jefe del Grupo de Tecnología de Concreto en Empa, tuvo la idea para el estudio actual. Los investigadores de PSIluego trajeron a la mesa su conocimiento del método del haz de rayos X. "En principio, es posible agregar materiales orgánicos al concreto que puedan reducir la acumulación de tensión", explica el científico de materiales Leemann. "Nuestros nuevos resultadosproporcionar una base científica para estas consideraciones y podría allanar el camino para el desarrollo de nuevos materiales ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorios federales suizos de ciencia y tecnología de materiales EMPA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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