El cemento autocurado afirma que detiene las grietas durante la perforación

El Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), administrado por el gobierno, afirma que su cemento autocurativo puede superar al concreto convencional, ofreciendo una tecnología potencialmente preventiva de la contaminación para la creciente industria geotérmica.

La nueva variante del cemento utiliza un ingrediente polimérico flexible para reparar superficies fracturadas y rellenar grietas, lo cual, según el PNNL, con sede en Richland, Washington, minimiza los riesgos de fallas mecánicas y ofrece una fuente de energía sostenible.

La industria del cemento gana más de 37.000 millones de dólares anuales, pero los investigadores dicen que la reparación de la infraestructura cuesta un promedio de 12.000 millones de dólares al año. Afirman que la combinación de polímero y cemento podría ascender a 3.400 millones de dólares al año en ahorros para infraestructuras como presas, instalaciones de residuos nucleares y rascacielos, lo que podría significar menos cierres de carreteras y reparaciones de mantenimiento que obstruyen las carreteras y crean inconvenientes para los desplazamientos diarios al trabajo.

El equipo de investigación del PNNL, dirigido por el químico Carlos Fernández, colaboró con Simerjeet Gill del Laboratorio Nacional de Brookhaven en el proyecto.

Se sabe que el cemento usado en pozos geotérmicos se agrieta bajo presión y en ambientes de alta temperatura asociados con la perforación para energía geotérmica. Los investigadores dicen que el objetivo de su estudio fue ver cómo resistiría su cemento autocurativo cuando se lo probara contra el cemento convencional en estas condiciones extremas de calor. A través de una variedad de pruebas, realizadas en el PNNL y en la Fuente de Luz Nacional de Sincrotrón II de BNL, el equipo encontró que la tecnología del cemento autocurado podía eliminar la necesidad de remover, reparar y reemplazar los pozos de cemento agrietados.

Los investigadores del PNNL probaron la resistencia de su cemento de autocuración y las reacciones a la tensión mecánica y llevaron a cabo análisis del área superficial, composición química y topografía de la superficie. Dicen que las pruebas confirmaron que el cemento autocurativo es una alternativa significativa al cemento convencional porque es flexible y cura las grietas de forma autónoma.

La flexibilidad se atribuye a la unión químicamente "blanda" o flexible entre los átomos del polímero y el cemento. Esta unión blanda permite grandes deformaciones que pueden ser contenidas dentro del cemento sin romper las uniones, según el modelado computacional realizado por el PNNL. Se afirma que el polímero añade entre un 60 y un 70% más de elasticidad al cemento cuando se añade, lo que reduce las fracturas en el cemento.

Por sí solos, los polímeros son moléculas grandes, similares a cadenas, que trabajan para mantener las sustancias unidas y se encuentran naturalmente en el cuerpo humano. Cuando se añade al cemento, los investigadores del PNNL dicen que los polímeros añaden flexibilidad al material quebradizo y evitan que las grietas se extiendan rápidamente. El polímero se desprende, migra a la grieta y se adhiere para rellenarla. Hubo una reducción del 87% en el tamaño de la grieta cuando se agregó el polímero al concreto.

El cemento es el segundo consumible más grande del mundo después del agua, y los investigadores dicen que encontrar una forma de hacer que el cemento sea aún más efectivo podría ser "un cambio radical" no sólo para la industria geotérmica, sino para la industria de la construcción en general.

"La idea en unos pocos años sería extenderlo a todo", dijo Fernández. "El cielo es el límite".

El cemento convencional cuesta alrededor de US$0.05 por libra, mientras que el nuevo polímero-cemento es de US$0.30-US$0.35 por libra, pero Fernández afirma que el cemento de autocuración podría potencialmente extender la vida útil de las estructuras a base de concreto en 30 a 50 años.

Añadió que la nueva forma de cemento tendría beneficios para una serie de industrias, incluyendo el sector petrolero, donde las altas temperaturas son una constante, y la remoción y reemplazo del concreto agrietado consume mucho tiempo y es costoso.

También podría utilizarse en instalaciones de desechos nucleares y presas hidroeléctricas donde las grietas en las estructuras y las fallas mecánicas podrían resultar en inundaciones o contaminación. Las costosas inspecciones y reparaciones anuales y semestrales podrían disminuir en número, dijo Fernández. La naturaleza flexible del cemento autocurativo también le permite soportar un mayor estrés mecánico debido a desastres naturales y condiciones climáticas extremas, como temblores sísmicos o vientos fuertes.

Fernández agregó que el cemento autocurativo podría resolver las principales preocupaciones sobre el sellado de pozos para la producción de petróleo, gas y calor geotérmico. Las fugas en los pozos causan contaminación y limitan la capacidad de proporcionar alternativas de energía limpia. Estas fugas contaminan los acuíferos y las aguas superficiales.

Dijo que el nuevo compuesto permitiría 30 años de uso adicional, lo que significa que menos cemento iría a los vertederos.