Estudio: el óxido de grafeno hace que el hormigón impreso en 3D sea más resistente e inteligente

Un nuevo estudio realizado por la Universidad RMIT y la Universidad de Melbourne ha revelado que añadir óxido de grafeno, un nanomaterial muy utilizado en electrónica, al cemento puede mejorar la resistencia y la capacidad de impresión del hormigón impreso en 3D y dotarlo de conductividad eléctrica.

Esto podría permitir la creación de muros «inteligentes» capaces de detectar y controlar pequeñas grietas en los edificios.

Casos de uso del óxido de grafeno en el hormigón 

El estudio, publicado en Additive Manufacturing Letters, es el primero que investiga los efectos del óxido de grafeno en la imprimibilidad y las propiedades de compresión del hormigón impreso en 3D.

Se descubrió que la adición de óxido de grafeno, que es una forma de grafeno con átomos de oxígeno unidos a su superficie, aumentaba la resistencia del hormigón hasta en un 10%.

Jonathan Tran, profesor asociado del RMIT que supervisó la investigación, afirmó que tanto él como su equipo estaban entusiasmados con el potencial del óxido de grafeno para crear edificios «inteligentes» en los que las paredes pudieran actuar como sensores para detectar y controlar pequeñas grietas.

Explicó que los métodos actuales para detectar grietas en estructuras de hormigón, como los sensores ultrasónicos o acústicos, no son destructivos y se utilizan mucho. Aun así, tenían limitaciones para detectar pequeñas grietas en fases tempranas.

Un circuito eléctrico

Añadiendo óxido de grafeno al hormigón se puede crear un circuito eléctrico en la estructura de hormigón que ayude a detectar problemas estructurales, cambios de temperatura y otros factores ambientales.

Tran también afirmó que el óxido de grafeno puede hacer que el hormigón impreso en 3D sea más viable en el sector de la construcción, lo que podría repercutir positivamente en los costes y la sostenibilidad.

Las estructuras de hormigón tradicionales se fabrican utilizando encofrados, en los que se crea un molde antes de verter hormigón fresco en él. Este proceso requiere mucha mano de obra, tiempo y dinero, y a menudo genera muchos residuos.

El hormigón impreso en 3D podría ahorrar tiempo, dinero y mano de obra, crear estructuras más complejas y reutilizar algunos residuos de la construcción en materiales a base de cemento.

¿Oxido de grafeno para la rigidez estructural?

Sin embargo, el hormigón impreso en 3D tenía un inconveniente: utilizaba la impresión capa por capa, lo que podía dar lugar a uniones más débiles entre cada capa. Pero Tran dijo que añadir óxido de grafeno al hormigón facilitaba su extrusión, creando una mejor unión entre capas, lo que también podría ayudar a maximizar la resistencia.

Explicó que el óxido de grafeno tiene grupos funcionales en su superficie, como puntos pegajosos que pueden agarrarse a otras cosas. Estos puntos pegajosos están formados principalmente por varios grupos funcionales de oxígeno, cruciales para facilitar una unión más fuerte con otros materiales, como el cemento. Esta fuerte unión podría mejorar la resistencia general del hormigón.

Añadió que era necesario seguir investigando para comprobar si el hormigón con óxido de grafeno podía igualar o superar la resistencia del hormigón tradicional.

El estudio también descubrió que añadir demasiado óxido de grafeno podría afectar negativamente a la resistencia y trabajabilidad de la mezcla de hormigón, lo que podría causar posibles problemas de imprimibilidad, resistencia y durabilidad.

Tran afirmó que el hormigón es una mezcla cuidadosamente equilibrada y que añadir demasiado óxido de grafeno podría alterar este equilibrio, especialmente el proceso de hidratación, crucial para la resistencia del hormigón.

Algunas preocupaciones sobre su uso

También dijo que demasiado óxido de grafeno podría afectar al flujo del hormigón, dificultando su extrusión y, por tanto, creando una estructura con más huecos entre las capas de hormigón.

Otro problema del óxido de grafeno es que puede aglomerarse en lugar de extenderse uniformemente, lo que puede crear puntos débiles en el hormigón y reducir su resistencia general.

Junli Liu, investigador principal y doctorando del RMIT, afirmó que la resistencia del hormigón podía aumentar si se mejoraba la unión entre el óxido de grafeno y la mezcla de hormigón.

La investigación probó dos dosis de óxido de grafeno en el cemento y descubrió que la dosis más baja (0,015% del peso del cemento) era más resistente que la más alta (0,03% del peso del cemento).

Liu dijo que el siguiente paso de la investigación era optimizar la dosis de óxido de grafeno e investigar sus efectos en otras propiedades del hormigón impreso en 3D, como la durabilidad y la conductividad eléctrica.

También dijo que en la siguiente fase de la investigación se estudiaría la conductividad eléctrica del óxido de grafeno en el hormigón y se probaría su viabilidad como posible material inteligente.