La elaboración de morteros de alta resistencia y su comportamiento mecánico bajo cargas de compresión axial se desarrolla a fin de aportar como un material base, en las nuevas tecnologías de fabricación digital (TFD), que no es más que un conjunto de tecnologías que permiten materializar modelos, directamente desde un archivo digital CAD 3D.
El comportamiento mecánico de una buena dosificación de mortero es importante en el desarrollo de las TFD, considerando su eficacia y buscando una solución como mortero sostenible de alto rendimiento y calidad.
Qué es el bicarbonato de sodio
El Bicarbonato de Sodio (NaHCO₃), también conocido como hidrogenocarbonato de sodio, es un compuesto químico inorgánico que se presenta comúnmente como un polvo cristalino blanco.
Se clasifica como una sal ácida derivada del ácido carbónico. Este compuesto es altamente versátil y esencial en diversas prácticas debido a su estabilidad y baja toxicidad relativa.
El término “Bicarbonato de Sodio” sin una designación de grado (como P.A. o Técnico) se refiere a un reactivo químico para uso general. Como reactivo químico general, el Bicarbonato de Sodio cumple con la necesidad de tener un compuesto fiable y económico disponible para las operaciones diarias.
Usos del bicarbonato de sodio
En el entorno de un laboratorio químico o biológico, el Bicarbonato de Sodio es un reactivo de uso frecuente para la gestión de derrames y la neutralización.
Además de su rol como neutralizante de ácidos, puede emplearse en la preparación de soluciones tampón, donde ayuda a mantener un pH estable en medios acuosos, siendo fundamental en protocolos que requieren un control riguroso de las condiciones de reacción o de cultivo.
En Chile, el Bicarbonato de Sodio es un insumo de gran relevancia en el sector académico, siendo un componente básico en los laboratorios de química de enseñanza media y universitaria.
A nivel industrial, este compuesto se emplea en procesos que requieren un control de pH o una fuente de dióxido de carbono. Sus usos abarcan desde la limpieza y desodorización en instalaciones industriales hasta su incorporación en procesos de formulación que necesitan un agente leudante o un neutralizante suave.
¿Qué cocina no tiene en sus estanterías bicarbonato de sodio?
Morteros de alta resistencia y fabricación digital
La evaluación de las propiedades físicas y mecánicas del mortero se realizó junto con el análisis de las propiedades físicas y químicas del agregado fino a emplear.
Por lo que se realizó un estudio de comportamiento mecánico bajo cargas de compresión en probetas, con 4 mezclas de mortero con arena de río de la provincia de Pastaza correspondiente a las minas Santa Isabel y Trópico de Capricornio, cemento Portland tipo I y HE, incluido bicarbonato de sodio.
El análisis contempló el comportamiento del material a corto plazo y a largo plazo.
| Periodo de evaluación | Edades consideradas |
|---|---|
| Corto plazo | 6, 9, 12 y 24 horas |
| Largo plazo | 7, 14, 21 y 28 días |
El comportamiento mecánico de una buena dosificación de mortero es importante en el desarrollo de las TFD, considerando su eficacia y buscando una solución como mortero sostenible de alto rendimiento y calidad.
Las nuevas tecnologías de fabricación digital permiten materializar modelos directamente desde un archivo digital CAD 3D, por lo que el material base debe presentar un comportamiento suficientemente controlado durante las etapas de colocación, endurecimiento y desarrollo de resistencia.
¿En qué consiste la fabricación digital?
Componentes del mortero estudiado
El hormigón se fabrica mezclando cemento con áridos, una mezcla granulada de materiales como piedra y arena.
En el estudio se emplearon arena de río de la provincia de Pastaza correspondiente a las minas Santa Isabel y Trópico de Capricornio, cemento Portland tipo I y HE, incluido bicarbonato de sodio.
| Componente o condición | Descripción |
|---|---|
| Agregado fino | Arena de río de la provincia de Pastaza |
| Procedencia del agregado | Minas Santa Isabel y Trópico de Capricornio |
| Cementos | Cemento Portland tipo I y HE |
| Aditivo incorporado | Bicarbonato de sodio |
| Ensayo | Cargas de compresión en probetas |
Carbonatación, dióxido de carbono y cemento
Como material de construcción, el concreto u hormigón tiene muchas ventajas: es resistente, fácil de fabricar y barato.
El dióxido de carbono se emite al cocer el material y por la reacción química que tiene lugar cuando la mezcla se expone al calor.
La ejecución de eso, sin embargo, involucra el uso de tecnología que debe adoptarse a nivel de planta hormigonera para así, inyectar el CO2 en la fase de producción del material.
Pese a que se trata de un atributo natural del hormigón, en especial del material ya endurecido, ocurre que la carbonatación o secuestro de CO2, puede debilitar al material y disminuir el ambiente alcalino de su interior, corroyendo a su armadura y, finalmente, impactando de forma negativa en su desempeño.
Incorporación del bicarbonato de sodio
La clave en este nuevo proceso es la adición de un producto que se encuentra en todas las casas: bicarbonato de sodio.
Los investigadores descubrieron que, añadiendo un sustituto del bicarbonato sódico, se puede mineralizar hasta 15% de la cantidad total de dióxido de carbono asociado a la producción de cemento durante las primeras fases.
Y si bien la idea de la carbonatación del hormigón durante sus primeras edades no es nueva, los hallazgos realizados por el equipo destacan la capacidad del hormigón para secuestrar carbono antes del curado, cualidad subestimada.
La incorporación del bicarbonato de sodio se relaciona así con la búsqueda de un mortero sostenible de alto rendimiento y calidad, capaz de responder a las exigencias mecánicas y, al mismo tiempo, aprovechar procesos vinculados con la mineralización del dióxido de carbono.
Endurecimiento y rendimiento mecánico
Un efecto que apareció en la investigación es que el hormigón resultante se endurece más rápido gracias a una fase compuesta no descrita anteriormente, sin afectar su rendimiento mecánico.
Además, el «nuevo» hormigón fragua más rápidamente sin perder ni un ápice de sus prestaciones mecánicas.
El compuesto, mezcla de carbonato de calcio e hidrato de calcio y silicio, “es un material completamente nuevo”, dijo el académico.
“Además, gracias a su formación, doblar el desempeño mecánico del hormigón en sus etapas tempranas”.
Estos resultados se relacionan especialmente con las edades iniciales de evaluación, que en el estudio de los morteros comprendieron 6, 9, 12 y 24 horas.
El comportamiento a largo plazo se examinó a los 7, 14, 21 y 28 días, con el propósito de evaluar la evolución de las propiedades mecánicas durante el endurecimiento.
Importancia de la dosificación y los ensayos
La elaboración de morteros de alta resistencia requiere estudiar la dosificación y el comportamiento mecánico bajo cargas de compresión axial.
La evaluación de las propiedades físicas y mecánicas del mortero, a la vez las propiedades físicas y químicas del agregado fino a emplear, permite analizar la respuesta del material de forma más completa.
El estudio de comportamiento mecánico se llevó a cabo bajo cargas de compresión en probetas, con 4 mezclas de mortero.
La comparación entre mezclas permite observar el efecto de los componentes empleados y determinar su posible utilidad como material base en tecnologías de fabricación digital.
La resistencia, el endurecimiento temprano y la conservación del rendimiento mecánico son factores relevantes cuando el mortero debe integrarse en procesos de fabricación directamente vinculados con modelos digitales CAD 3D.
Alcance del desarrollo
Para los investigadores, este hallazgo es decidor.
Sin embargo, puntualizó que esta aún es una investigación en curso.
La capacidad del hormigón para secuestrar carbono antes del curado constituye una cualidad subestimada, mientras que el endurecimiento más rápido puede favorecer el desarrollo de materiales destinados a nuevas tecnologías de fabricación digital.
La investigación reúne el uso de cemento Portland tipo I y HE, arena de río procedente de las minas Santa Isabel y Trópico de Capricornio, bicarbonato de sodio y ensayos de compresión en diferentes edades.
De este modo, el mortero con bicarbonato de sodio se estudia como una alternativa de material sostenible de alto rendimiento y calidad, con atención simultánea a sus propiedades físicas, químicas y mecánicas.
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