¿El concreto autorreparable jugará alguna vez un papel importante en la construcción?

Los pilares de hormigón desmoronados en un puente exponen los refuerzos de acero a la corrosión (Foto: James / Adobe Stock)

El concreto autorreparable promete revolucionar el mantenimiento de las estructuras de concreto, reduciendo drásticamente las facturas de reparación al rellenar las grietas a medida que se forman.

Si bien se está investigando mucho la tecnología hasta ahora, su uso en proyectos del mundo real sigue siendo limitado.

Pero siguiendo los avances recientes en la tecnología y los proyectos de investigación en todo el mundo, ¿podría eso estar a punto de cambiar?

¿Qué forma podría tomar la tecnología y qué usos podría tener?

¿Y cuánto tiempo pasará antes de que el concreto autorreparable comience a desempeñar un papel importante en la construcción?

Diferentes técnicas de hormigón autocurativo

Hay cuatro técnicas diferentes principales para promover la autocuración en el concreto:

1. Cápsulas: Se pueden agregar cápsulas que contienen varios agentes curativos a las mezclas de concreto. A medida que se forman grietas en el concreto, las cápsulas se rompen para liberar los agentes curativos, sellando las grietas nuevamente. Las cápsulas pueden estar hechas de materiales como la gelatina que se disuelve para liberar materiales como el silicato de sodio. El silicato de sodio reacciona con hidróxido de calcio en agua. Juntos forman un gel de hidrato de silicato de calcio, que es el principal producto de la hidratación del cemento. Una desventaja de la técnica es que una vez que las cápsulas se rompen, el concreto no puede autocurarse más.
2. Bacterias: el concreto se puede mezclar con ciertos tipos de bacterias latentes infundidas en partículas de agregado, junto con nutrientes. A medida que se forman grietas y el agua penetra en el concreto, los nutrientes se disuelven. Proporcionan una fuente de alimento para las bacterias, lo que hace que produzcan carbonato de calcio para rellenar las grietas.
3. Polímeros con memoria de forma: los polímeros con memoria de forma se pueden construir en el concreto en pequeños canales o atados a refuerzos dentro de él. A medida que el hormigón se agrieta y los polímeros se estiran, un sistema de cables calefactores hace que se contraigan de nuevo y devuelven la forma a la estructura.
4. Vascular: los canales creados artificialmente en el concreto permiten que las bombas bombeen agentes curativos al concreto a medida que se daña, sellando las grietas nuevamente. Mientras que en iteraciones anteriores, esto implicaba colocar bombas en el exterior de la estructura para bombear los agentes curativos, los investigadores han pasado a redes minivasculares más avanzadas. Estos asumen la forma de unidades tetraédricas impresas en 3D con ligamentos huecos. Almacenan, protegen y liberan agentes curativos bacterianos cuando las tensiones mecánicas en el hormigón superan un cierto umbral.

Todavía hay solo unas pocas empresas, como Basilisk en los Países Bajos, que ofrecen comercialmente hormigón autorreparable.

Pero eso podría cambiar a medida que avanza la tecnología. Kevin Paine, profesor de materiales de infraestructura en la Universidad de Bath, ha estado involucrado en el concreto autorreparable durante aproximadamente una década. Eso ha sido a través de dos proyectos financiados por el Reino Unido llamados Materials for Life y Resilient Materials for Life. Los programas también involucran a las universidades de Cardiff, Cambridge y Bradford. El Prof. Paine se especializa en encapsular diferentes tipos de bacterias.

Él dice: “Estamos en una etapa en la que las principales tecnologías ahora están avanzadas y no hay ninguna razón por la que no puedan usarse en la construcción. La pregunta es, ¿pueden ampliarse?”.

Aplicaciones del hormigón autorreparable

Independientemente de las técnicas, el hormigón autorreparable generalmente solo es capaz de sellar grietas de hasta 1 mm de ancho. Si bien eso no parece significativo, hace que la tecnología sea útil para prolongar la vida útil de las estructuras.

El Prof. Paine explica: “La belleza del concreto autorreparable es que está tratando de reparar grietas que normalmente no repararía porque son demasiado pequeñas. Con concreto normal, debe esperar a que la reparación sea bastante grande antes de poder hacer algo al respecto. Mientras que el hormigón autorreparable puede resolver los problemas incluso antes de que surjan.

The Materials for Life project tested different self-healing concrete techniques on Costain’s Heads of the Valleys project in Wales. (Image courtesy of Cardiff University)

“A menudo hablamos de esto como biomimético, así que hablamos de algo que hace el cuerpo humano. El cuerpo humano es muy bueno para curar cortes finos. Pero si se corta por completo, necesitará que alguien lo repare, y lo mismo ocurre con el concreto. La autocuración funciona a una escala particular”.

Él espera que el concreto autorreparable sea particularmente útil para las estructuras de retención de agua, donde una grieta de cualquier tamaño es una mala noticia. “En ese escenario, debe diseñar el concreto de modo que, si ocurre una grieta, no sea muy grande, lo que significa que necesita mucho refuerzo. Con concreto autorreparable, esa grieta se llenará sola, lo que significa que puede ahorrar mucho en acero”, dice.

Los puentes, que también están expuestos a cantidades significativas de humedad, son otra área en la que ve potencial. El mantenimiento es costoso y genera tiempo de inactividad cuando el puente no se puede utilizar.

Mientras tanto, el experto en ingeniería sostenible, el profesor Yan Zhuge de la Universidad de Australia Meridional UNISA, está desarrollando una solución de hormigón autorreparable para tuberías de alcantarillado . El ácido de las bacterias oxidantes del azufre en las aguas residuales, junto con las cargas excesivas y las fluctuaciones de temperatura, agrietan las tuberías. El Prof. Zhuge está trabajando en microcápsulas llenas de lodo de alumbre, un subproducto de las plantas de tratamiento de aguas residuales, y polvo de hidróxido de calcio como agentes curativos. La Universidad estima que la solución podría ahorrar 1.400 millones de dólares australianos en costos anuales de mantenimiento.

¿Se generalizará alguna vez el hormigón autorreparable?

El Prof. Zhuge estima que pasará otra década antes de que el concreto autorreparable se use comúnmente en aplicaciones comerciales. Mientras tanto, su propio proyecto está a tres años de su finalización.

Pero el Prof. Paine ya confía en que la tecnología en la que él y sus colegas en el Reino Unido han estado trabajando está lista. Ahora busca expandirse en asociación con empresas de biotecnología y empresas que producen mezclas.

“Tenemos bacterias que creemos que son mejores que las bacterias utilizadas en otros lugares. Sabemos que funcionan, solo necesitamos encontrar empresas que puedan producir kilogramos de esporas, en lugar de los gramos que podemos producir nosotros. Hay empresas de construcción a las que les gustaría probarlo y poner en marcha proyectos de demostración”, dice.

No obstante, hay obstáculos que superar antes de su adopción generalizada. Al igual que con todos los productos nuevos, será necesario que las empresas lo utilicen con éxito antes de que otros hagan lo mismo. Y también requerirá el desarrollo de nuevos estándares.

Más allá de eso, los profesionales de la construcción deberán aprender a equilibrar las propiedades de autorreparación del concreto con la cantidad de refuerzo que incluyen en las estructuras. “No creo que ningún ingeniero tenga un problema particular al agregar un componente autorreparable al concreto. Pero pueden tener más miedo de optimizar el hormigón porque es autocurativo. Es posible que les preocupe eliminar los refuerzos y querrán orientación y códigos de práctica sobre cuánto pueden eliminar”, dice.

Pero a más largo plazo, él cree que el concreto autorreparable se volverá omnipresente en ciertas aplicaciones.

Concluye: “La gente probablemente dejará de hablar de él como hormigón autorreparable. Simplemente se convertirá en concreto que tiene una cierta mezcla. La gente realmente ya no habla de hormigón impermeable. Se espera que al concreto usado en los sótanos se le agregue una mezcla impermeabilizante. En el futuro, nadie pensará demasiado en tener un elemento de autorreparación agregado al concreto. Se convertirá en un estándar”.