Tobermorita

La tobermorita, mineral de la época romana, clave en la durabilidad del hormigón

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Juan José Gaitero Redondo / Investigador Senior del Área de Materiales Innovadores y Sostenibles, TECNALIA

Cuando pensamos en la arquitectura de la época romana lo que nos viene a la mente son edificaciones fastuosas y deslumbrantes. La fortaleza, dureza, resistencia… son algunas de sus características. La nanotobermorita, una nanopartícula que se usa para acelerar el endurecimiento del hormigón, se ha detectado en estas construcciones.

Juan José Gaitero, arrigorriagatarra de 39 años, Físico y con un Doctorado en Ingeniería de Materiales se encuentra inmerso en TECNALIA trabajando en iniciativas relacionadas con el análisis y la mejora de las prestaciones de la matriz del cemento, así como en la síntesis de nanomateriales por métodos hidrotermales.

Consciente de que por algún motivo hoy en día, muchas de estas obras siguen manteniéndose en pie decidieron investigar y estudiar más a fondo este mineral. ¿Podría ser la tobermorita la clave de su insólita durabilidad?

Leire Agüero. ¿Qué es la tobermorita?

Jon Gaitero. La tobermorita es una familia de minerales o fases cristalinas. Hay más de una tobermorita: tobermorita 9, tobermorita 11 y tobermorita 14. Entre ellas se distinguen por tener pequeñas diferencias en su estructura y composición. En todos los casos, están formadas por cadenas dobles de óxido de silicio atrapadas entre láminas de óxido de calcio. Configuran una “especie de lasaña” con la peculiaridad de que el relleno, las cadenas, en lugar de ser “carne picada” consistirían en unas “salchichas” muy largas y la salsa, “agua”. El número identifica el grosor de cada capa, medido en arngströns. Todo es a nivel de estructura atómica pero cuando el mineral se encuentra en la naturaleza, el aspecto que tiene es generalmente de fibras diminutas (menos de un milímetro) donde las “salchichas” estarían perfectamente ordenadas en la dirección del eje de la fibra.

L.A. ¿Qué le hace especial? 

J.G. La tobermorita podría tener varias aplicaciones industriales; servir de adición para cementos o para la captura de ciertos contaminantes. Sin embargo, el interés científico se debe a que el componente de la matriz de cemento (denominado gel C-S-H) es algo así como una versión poco ordenada de la tobermorita. Es habitual usarla como modelo en los estudios. Además, se ha encontrado que algunos de los hormigones y morteros de construcciones de la época romana contenían cristales de tobermorita.

L.A. ¿Por qué investigaron este mineral en lugar de otros? 

J.G. En el área de materiales llevamos años analizando este material tanto desde el punto de vista teórico (simulación computacional) como experimental. Como resultado de este trabajo tenemos además de varios artículos científicos el activo NanoSeeds (con una patente concedida y otra solicitada), que sería algo así como una tobermorita “low cost”. Sin embargo, lo verdaderamente novedoso es la tecnología de síntesis que hemos desarrollado en colaboración con el ICMCB-CNRS francés. Normalmente la tobermorita se sintetiza a partir de fuentes de sílice (SiO2), cal (CaO) y agua en un reactor hidrotermal (una olla a presión) por debajo de 200 ºC y 12 bar de presión. En estas condiciones el proceso puede durar desde unas pocas horas hasta días. Aunque todos los estudios previos indicaban que no es posible sintetizar tobermorita por encima de 200 ºC nosotros decidimos subir la temperatura a 400 ºC y la presión a 235 bar (la presión que tendría un buceador a más de 2000 metros de profundidad).

L.A. ¿Cuál fue el motivo de esta decisión?

J.G. Porque en esas condiciones el agua pasa de estar en estado líquido o vapor a una especie de estado intermedio denominado supercrítico donde las reacciones químicas tienen lugar mucho más rápido. De hecho, en nuestro caso el problema es que se corre el riesgo de que la reacción sea tan rápida que en vez de formarse tobermorita se formen otras fases más estables. Para solucionarlo utilizamos un reactor en continuo. Es decir, no es un reactor al uso que hay que llenar, calentar, dejar enfriar y finalmente abrir para sacar el producto (como en la olla de casa). En nuestro reactor se introducen los ingredientes a alta presión por un lado y se obtiene el “producto cocinado” por el otro: tiene la gran ventaja de que permite controlar de una manera muy precisa las condiciones. Y sobre todo, el tiempo de reacción: conseguimos reducirlo a unos increíbles 7 segundos.

L.A. Han publicado el artículo “Ultra-Fast Supercritical Hydrothermal Synthesis of Tobermorite under Thermodynamically Metastable Conditions” en la prestigiosa revista Angewandte Chemie. Ha sido destacado como “Very important paper y frontespiece”, ¿qué significa este logro para su equipo?Ultra-Fast Supercritical Hydrothermal Synthesis of Tobermorite under Thermodynamically Metastable Conditions

J.G. El hecho de publicar un artículo, independientemente de la revista, ya significa que otros científicos están reconociendo que se trata de un trabajo bien hecho y que los resultados obtenidos tienen interés para la comunidad científica internacional. Que además sea en una revista de este nivel y destacado como “very important” supone un reconocimiento añadido y sobre todo, que va a tener mucha más visibilidad. En este sentido, es importante destacar también que se trata de una revista de química en general. Normalmente publicamos en revistas específicas de construcción por lo que va a llegar a un “público” al que normalmente no tenemos acceso, con lo que ello significa de cara a futuras colaboraciones, proyectos, contratos, etc.

L.A. ¿Quiénes han participado en el desarrollo de esta iniciativa? , ¿cómo surgió la colaboración?

J.G. En este trabajo en concreto, hemos participado mi compañero Jorge Sánchez Dolado y yo por parte del grupo de materiales de TECNALIA, Cyril Aymonier del ICMCB-CNRS francés, y Marta Díez García que gracias a las becas de Euskampus está haciendo un doctorado cotutelado entre la UPV/EHU y la Universidad de Burdeos bajo la supervisión de Cyril y la mía. Sin embargo, la colaboración, puesta en marcha hace unos 4 años por Jorge y Cyril, va más allá de este trabajo. Forma parte de la iniciativa Baskrete en la que participamos entre otros, todos los miembros del grupo de materiales de TECNALIA.

L.A. ¿Qué beneficios aplicables a la industria tiene este descubrimiento?

J.G. La tobermorita es un mineral que se conoce y se ha producido a escala de laboratorio desde hace muchos años. Sin embargo el proceso de síntesis era lento y en la mayoría de los casos daba como resultado un producto de poca calidad (se obtenían partículas no muy cristalinas y con morfología laminar). A pesar de todo, dicho producto ha servido para demostrar que podría tener aplicaciones de interés industrial aunque nunca se han llegado a explotar. El hecho de que nuestro método de síntesis sea mucho más rápido y fácilmente escalable facilitaría que dichas aplicaciones se convirtieran en una realidad. Sin olvidar, que nuestro producto es de “mayor calidad” (más cristalino) y por tanto, podría dar lugar al descubrimiento de nuevas aplicaciones.

L.A. ¿Cuándo se podrá implementar esta nueva tecnología?, ¿cuándo estará disponible?

J.G. Existen ya plantas a escala piloto para la producción de otros nanomateriales mediante reactores en continuo por lo que técnicamente no parece que pueda suponer un gran problema. Lo más difícil es seguramente probar que se trata de un negocio viable económicamente y conseguir la financiación para ponerlo en marcha. El siguiente paso debería ser profundizar en el estudio de las posibles aplicaciones. En este sentido, desde TECNALIA ya estamos estudiando el uso de la tobermorita como adición a cementos para mejorar sus prestaciones. Estoy seguro de que hay otras aplicaciones fuera de nuestro campo.

L.A. ¿Qué es lo que menos y lo que más le atrae de su trabajo?

J.G. Lo que menos las prisas, son malas consejeras. Y lo que más me llena es poder “jugar” en el laboratorio así como la satisfacción que sientes cuando los experimentos salen bien e incluso llegas a entende y poder explicar por qué suceden las cosas. Todavía recuerdo cuando me entrevistaron hace 15 años. Me preguntaron si yo consideraba que me iba a gustar el trabajo experimental, ya que puede llegar a ser muy repetitivo y frustrante (rara vez sale como esperas). Pues bien, si entonces creía que sí, ahora no tengo ninguna duda. Cada vez que realizo un ensayo estoy ansioso por ver cuál es el resultado y me siento un privilegiado, por ejemplo, por haber sido capaz de “ver átomos” con el microscopio de fuerza atómica que tenemos en el laboratorio. Además soy extremadamente curioso así que verdaderamente disfruto aprendiendo cosas nuevas, ya sea como resultado de nuestras investigaciones o simplemente estudiando el estado del arte.

Sobre Leire Agüero Suárez

Licenciada en Periodismo, Itinerario Económico Institucional y de Empresa por la Facultad de Ciencias Sociales y de la Comunicación de la UPV/EHU.

Diseñadora gráfica y blogger de www.morethanfruits.com donde relata sus experiencias y conocimiento acerca del Márketing, la Comunicación y el Diseño. Cuenta con un máster en Dirección Comercial y Márketing.

Community Manager en TECNALIA.

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