{"id":96469,"date":"2009-08-10T00:00:00","date_gmt":"2009-08-10T00:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/sin-categoria\/atomistic-simulation-studies-of-the-cement-paste-components\/"},"modified":"2009-08-10T00:00:00","modified_gmt":"2009-08-10T00:00:00","slug":"atomistic-simulation-studies-of-the-cement-paste-components","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/fisica-del-estado-solido\/atomistic-simulation-studies-of-the-cement-paste-components\/","title":{"rendered":"Atomistic simulation studies of the cement paste components"},"content":{"rendered":"<h2>Tesis doctoral de <strong> Hegoi Manzano Moro <\/strong><\/h2>\n<p>El cemento y sus derivados, como los mortero o el hormig\u00f3n, son generalmente considerados materiales de bajo nivel tecnol\u00f3gico. A pesar de ser el material manufacturado m\u00e1s empleado en el mundo, otros como los pl\u00e1sticos, los metales, el algod\u00f3n, la lana, la madera e incluso las piedras, se valoran m\u00e1s en el d\u00eda a d\u00eda. De hecho, el cemento es com\u00fanmente considerado como una pasta gris, con la \u00fanica caracter\u00edstica de endurecerse cuando se seca, y que se empleada para construir edificios. Probablemente, el hecho de que sea barato, disponible, com\u00fan y haya sido empleado satisfactoriamente durante siglos, contribuye a su percepci\u00f3n como material de bajo perf\u00edl tecnol\u00f3gico. sin embargo, esa visi\u00f3n se aleja de la realidad. La pasta de cemento es un compuesto complejo y heterog\u00e9neo, con diferentes caracter\u00edsticas a diferentes escalas de tama\u00f1o. El mecanismo por el cual el cl\u00ednker al entrar en contacto con el agua se convierte en una pasta endurecida incluye cientos de reacciones qu\u00edmicas y procesos f\u00edsicos. El componente principal de la pasta de cemento, el gel c-s-h, es una fase amorfa con una determinada porosidad intr\u00ednseca, y su nanoestructura a\u00fan se desconoce. Curiosamente, el gel c-s-h presenta claras similitudes con otros sistemas de inter\u00e9s tecnol\u00f3gico. Por ejemplo, la estructura del gel es habitualmente descrita en t\u00e9rminos de minerales naturales tobermorita y jennita. Estos minerales presentan una estructura laminar similar al de las arcillas montmorillonita-esmectita, que son utilizadas con objetivos catal\u00edticos, como parte de los nano- y bio-composites, o como absorbentes de residuos contaminantes. La morfolog\u00eda del gel c-s-h en la microescala se parece tambi\u00e9n a la de la hidroxiapatita, que es el principal componente de los huesos. Tal semejanza proviene de su composici\u00f3n an\u00e1loga: silicato-calcico-hidratado (c-s-h) en la matriz de cemento, y fosfato-calcico-hidratado (c-p-h) en hidroxiapatita. De hecho, tanto el gel c-s-h como la hidroxiapatita sufren un proceso de descalcificaci\u00f3n, conocida como lixiviaci\u00f3n de calcio en el cemento y osteoporosis en los huesos. Pero hay analog\u00edas adicionales con otros sistemas biol\u00f3gicos. La posici\u00f3n y el papel del agua en el gel c-s-h y en ciertas prote\u00ednas cristalinas son similares. Las mol\u00e9culas de agua pueden estar en diferentes posiciones y asociadas con fuerzas diferentes, actuando como una parte estructural o como una soluci\u00f3n en los poros. Estos ejemplos ilustran porque el inter\u00e9s de la estructura y las propiedades del gel c-s-h son comparables a los de otros materiales. la investigaci\u00f3n en cemento incluye muchos aspectos diferentes, desde la reducci\u00f3n de los gases de efecto invernadero emitidos durante el proceso de fabricaci\u00f3n, a la investigaci\u00f3n de la nanoestructura del material, incluyendo el desarrollo de nuevos cementos que utilizan desechos como materias primas, o la modificaci\u00f3n y mejora de las propiedades del cemento portland ordinario. Debido a su naturaleza heterog\u00e9nea, la pasta de cemento es un material multiescalar. El cemento presenta diferentes rasgos y caracter\u00edsticas a escalas nano-, micro- y macro-, y su comportamiento en dichas escalas dista de ser el mismo, adem\u00e1s, la investigaci\u00f3n del cemento es un campo multidisciplinar en el que est\u00e1n implicados ingenieros, qu\u00edmicos, f\u00edsicos y ge\u00f3logos. Ese ambiente cooperativo, as\u00ed como la naturaleza de multiescalar de los problemas a estudiar, implican el uso de numerosas t\u00e9cnicas experimentales en la investigaci\u00f3n del material. La evoluci\u00f3n de las t\u00e9cnicas experimentales en los \u00faltimos a\u00f1os nos permite estudiar la pasta de cemento a escalas cada vez m\u00e1s peque\u00f1as, con la apertura al cemento de un campo como la nanotecnolog\u00eda. en nanotecnolog\u00eda, los m\u00e9todos de simulaci\u00f3n atom\u00edstica han demostrado ser un instrumento num\u00e9rico indispensable. Estos m\u00e9todos nos permiten estudiar la nanoescala de un material o mol\u00e9cula con gran detalle. Sin embargo, los m\u00e9todos de simulaci\u00f3n atom\u00edstica apenas se han aplicado en la investigaci\u00f3n de aspectos relacionados con el cemento. La misma complejidad que dificulta las investigaciones experimentales de los materiales en base cemento en la nanoescala, como su naturaleza amorfa y heterog\u00e9nea, es un problema en la simulaci\u00f3n atom\u00edstica, ya que la posici\u00f3n exacta de los \u00e1tomos es informaci\u00f3n necesaria para los c\u00e1lculos. No obstante este problema ha sido parcialmente solucionado por el incremento de la capacidad computacional y el desarrollo de nuevas t\u00e9cnicas y m\u00e9todos de c\u00e1lculo. En esta tesis, se han empleado m\u00e9todos de simulaci\u00f3n atom\u00edsticos para estudiar diversos aspectos de los componentes de pasta de cemento, como son sus propiedades el\u00e1sticas, reactividad, estructura y formaci\u00f3n, prestando una atenci\u00f3n especial al gel c-s-h. \u00c2\u00bf contenido de la tesis el cap\u00edtulo 1 es una introducci\u00f3n a la qu\u00edmica del cemento, donde se dan las bases necesarias para seguir los resultados y discusiones presentados en esta tesis. Incluye una descripci\u00f3n de las fases del cl\u00ednker, los procesos de hidrataci\u00f3n, la estructura de la pasta de cemento y los productos de hidrataci\u00f3n. Se ha prestado una atenci\u00f3n especial al gel c-s-h, ya que es el pricipal componente de la pasta de cemento. en el cap\u00edtulo 2 se incluye una breve descripci\u00f3n de los m\u00e9todos de simulaci\u00f3n atom\u00edstica. Durante la tesis, se emplearon varios niveles de teor\u00eda en funci\u00f3n de sus caracter\u00edsticas para resolver el problema a estudiar: ab-initio, mec\u00e1nica molecular y din\u00e1mica molecular. En este cap\u00edtulo tambi\u00e9n se incluye una discusi\u00f3n sobre sus ventajas y desventajas. los mecanismos de formaci\u00f3n de las nanopart\u00edculas del gel c-s-h son estudiados en el cap\u00edtulo 3 mediante m\u00e9todos ab-initio. La estructura at\u00f3mica de estas part\u00edculas no ha sido determinada. Sin embargo, se cree que juegan un papel clave en las propiedades de la pasta de cemento y que controlan la cohesi\u00f3n del material. En este cap\u00edtulo se propone un precursor del gel c-s-h a partir de los modelos tobermorita y jennita. Posteriormente, se analizan los mcanismos de agregaci\u00f3n de dichos precursores para formar part\u00edculas mayores en funci\u00f3n de la cantidad de calcio presente. el cap\u00edtulo 4 est\u00e1 dedicado a la incorporaci\u00f3n del aluminio en las cadenas de silicatos dentro del gel c-s-h. El aluminio es el i\u00f3n m\u00e1s importante que se incorpora en la estructura del gel c-s-h. Se sabe que esta incoporaci\u00f3n afecta a la estructura de las cadenas de silicato, y se espera que modifique la solubilidad, la degradaci\u00f3n y las propiedades el\u00e1sticas del gel c-s-h. Se ha empleado una combinaci\u00f3n de m\u00e9todos ab-initio y de din\u00e1mica molecular para estudiar la posici\u00f3n del aluminio dentro de las cadenas y el efecto de la sustituci\u00f3n sobre su estructura. el cap\u00edtulo 5 se centra en las propiedades el\u00e1sticas de los componentes m\u00e1s importante de la pasta de cemento. El comportamiento mec\u00e1nico es la caracter\u00edstica m\u00e1s relevante de los materiales en base cemento debido a su empleo en la construcci\u00f3n. En este cap\u00edtulo, se han calculado las propiedades el\u00e1sticas para las fases del cl\u00ednker y los productos de hidrataci\u00f3n mediante m\u00e9todos de mec\u00e1nica molecular. Se ha estudiado tambi\u00e9n la relaci\u00f3n entre las propiedades el\u00e1sticas y la estructura de la cadena de silicatos, la porosidad, la densidad y el contenido del agua del gel c-s-h. el cap\u00edtulo 6 se ocupa de la estructura, las propiedades el\u00e1sticas y la reactividad del aluminato tric\u00e1lcico. La alta reactividad del aluminato tric\u00e1lcico con agua es de gran inter\u00e9s tecnol\u00f3gico, ya que es responsable del flash-setting. El flash-setting es un proceso no deseado, ya que disminuye las propiedades mec\u00e1nicas de la pasta de cemento. Para retardar este proceso se a\u00f1aden aditivos como el yeso al clinker. Mediante m\u00e9todos ab-initio, se ha investigado la estructura electr\u00f3nica del aluminato tricalcico, y se han discutido las diferencias en la reactividad en presencia de iones sufato del yeso.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Datos acad\u00e9micos de la tesis doctoral \u00ab<strong>Atomistic simulation studies of the cement paste components<\/strong>\u00ab<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>T\u00edtulo de la tesis:<\/strong>\u00a0 Atomistic simulation studies of the cement paste components <\/li>\n<li><strong>Autor:<\/strong>\u00a0 Hegoi Manzano Moro <\/li>\n<li><strong>Universidad:<\/strong>\u00a0 Pa\u00eds vasco\/euskal herriko unibertsitatea<\/li>\n<li><strong>Fecha de lectura de la tesis:<\/strong>\u00a0 08\/10\/2009<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Direcci\u00f3n y tribunal<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>Director de la tesis<\/strong>\n<ul>\n<li>Jorge Sanchez Dolado<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li><strong>Tribunal<\/strong>\n<ul>\n<li>Presidente del tribunal: Luis manuel Leon isidro <\/li>\n<li>Javierignacio Urreta ormaechea (vocal)<\/li>\n<li>klaas Van breugel (vocal)<\/li>\n<li>roland Pellenq (vocal)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Tesis doctoral de Hegoi Manzano Moro El cemento y sus derivados, como los mortero o el hormig\u00f3n, son generalmente considerados 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