El nuevo hormigón que cambiará la construcción: más resistente y capaz de detectar grietas por sí solo

Ahora, investigadores del Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) y la Universidad de Melbourne, en Australia, han presentado un estudio que avala el uso de óxido de grafeno para fabricar hormigón impreso en 3D. Éste será más resistente y fácil de imprimir que el convencional, además de tener la capacidad de conducir electricidad, lo que permitirá la creación de "muros inteligentes" capaces de detectar y monitorizar la aparición de cualquier grieta, por pequeña que sea.

Así lo recoge un artículo publicado en la revista especializada Additive Manufacturing Letters, en el que se detalla el proceso de adición del óxido de grafeno (GO, por sus siglas en inglés) a la mezcla de cemento para obtener este hormigón especialmente diseñado para su impresión en 3D. Así, gracias a este nanomaterial, muy habitual en baterías y aparatos electrónicos, se consigue la conductividad eléctrica y un aumento de la resistencia del hormigón de hasta un 10%.

Proceso de fabricación

El GO es la forma de grafeno más utilizada comercialmente, principalmente por lo fácil que es de manipular y producir, además de su solubilidad en agua. Contiene moléculas de oxígeno e hidrógeno a lo largo de su superficie, también conocidos como grupos funcionales, que permiten mantener unidas las láminas de grafeno y facilitan su interacción con otras moléculas. 

Este nanomaterial ya se usa como aditivo para mejorar muchas de las características del hormigón, como su impermeabilidad, su resistencia mecánica o incluso para acelerar el tiempo de fraguado. Sin embargo, hasta la fecha no se había utilizado ni puesto a prueba en hormigón específicamente pensado para ser utilizado por las impresoras 3D capaces de construir casas o puentes. 

El equipo de investigación con una muestra de hormigón impreso en 3D RMIT University Omicrono

En el caso de la investigación dirigida por el ingeniero y profesor asociado del RMIT Jonathan Tran, el GO tiene una doble función: mejorar la resistencia del hormigón impreso en 3D y proporcionar a los muros la capacidad de actuar como sensores para detectar y controlar pequeñas grietas.

Para lograr el primer objetivo es fundamental la propia composición del aditivo. "El óxido de grafeno tiene grupos funcionales en su superficie, que son como 'puntos pegajosos' que pueden agarrarse a otras cosas", explica Tran. "Estos 'puntos pegajosos' están formados principalmente por varios grupos funcionales que contienen oxígeno, y que desempeñan un papel crucial a la hora de facilitar enlaces más fuertes con otros materiales como el cemento. Esta fuerte unión puede mejorar la resistencia general del hormigón".

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Para comprobar estas nuevas propiedades, el equipo dirigido por Tran probó dos mezclas diferentes con distintas dosis de óxido de grafeno. La sorpresa surgió cuando comprobaron que una dosis más baja de GO, en concreto del 0,015% del peso del cemento, consiguió mejores resultados que una dosis mayor, en este caso del 0,03%.

Así, quedó claro que un exceso de óxido de grafeno podría afectar negativamente no sólo a la resistencia y durabilidad del hormigón, sino también a su capacidad para ser extruido por las impresoras 3D. "El hormigón es una mezcla cuidadosamente equilibrada. Añadir demasiado óxido de grafeno puede alterar este equilibrio, en particular el proceso de hidratación, que es crucial para la resistencia del hormigón", aseguró Tran.

Casas impresas en 3D Serendix Omicrono

El exceso también podría afectar creando una estructura con más huecos entre las capas de hormigón, o facilitando la aglomeración en lugar de una extensión uniforme, lo que podría crear puntos débiles que serían peligrosos para la estabilidad estructural a largo plazo. 

El hormigón impreso en 3D utilizado en la construcción, ya sea usando un brazo robótico o una estructura de pórtico (o combinando ambas técnicas), va añadiendo capa sobre capa para dar forma a la estructura diseñada por los arquitectos. Eso puede dar lugar a uniones débiles entre cada capa, algo que podría mejorar sensiblemente con la medida justa de óxido de grafeno, según las conclusiones del estudio.

Detectar grietas

El otro foco de la investigación de los técnicos del RMIT tiene que ver con el potencial de este hormigón de crear edificios inteligentes, con paredes capaces de actuar como sensores y controlar así la aparición de cualquier defecto o rotura.

Actualmente, para detectar grandes grietas en estructuras de hormigón, algo fundamental en rascacielos o en infraestructuras como puentes, se utilizan sensores ultrasónicos o acústicos. Sin embargo, suelen ser equipos muy voluminosos y no lo suficientemente sensibles como para identificar grietas más pequeñas.

Capas de hormigón con óxido de grafeno RMIT University Omicrono

"La adición de óxido de grafeno crea la posibilidad de un circuito eléctrico en estructuras de hormigón, lo que podría ayudar a detectar problemas estructurales, cambios de temperatura y otros factores ambientales", indica Tran.

La investigación en todo caso está en una fase inicial, pero los investigadores consideran este método como un posible gran paso adelante de la construcción con hormigón impreso en 3D, que en última instancia puede ofrecer edificios más baratos y sostenibles. 

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"Con el hormigón impreso en 3D", indican los investigadores, "no sólo se ahorra tiempo, dinero y mano de obra, sino que también se pueden crear estructuras más complejas y reutilizar algunos residuos de la construcción en materiales a base de cemento".

Por eso es crucial cualquier intento por mejorar sus propiedades, para lo que Tran y su equipo ya están preparando el siguiente paso: estudiar la conductividad eléctrica del óxido de grafeno en el hormigón y poner a prueba su viabilidad como posible material inteligente.

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