Evaluación del efecto de nanomateriales para mejorar la resistencia del cemento al ataque químico del CO₂ mediante técnicas de simulación en dinámica molecular

Abstract

La investigación se centra en analizar la interacción dinámica entre el dióxido de carbono (CO₂) en fase acuosa y la matriz de cemento, desencadenando el proceso de carbonatación y afectando las propiedades mecánicas del gel de silicato de calcio (C-S-H). Los resultados, obtenidos mediante simulaciones por dinámica molecular utilizando los campos de fuerza ClayFF para el C-S-H, OPLS-AA para el óxido de grafeno (OG), y EPM2 para el CO2, revelan que la difusión gradual del CO₂ impacta los módulos de Bulk, Shear, Young y la relación de Poisson, mostrando variaciones significativas con el tiempo de exposición. La inclusión de CO₂ en la estructura molecular del gel C-S-H conlleva reducciones considerables en el módulo de Young (48.2%), módulo de Shear (27.6%), módulo de Bulk (39.1%), y la relación de Poisson (17.8%), indicando una disminución en la resistencia y rigidez del material. Además, la introducción de OG en el sistema Gel C-S-H y CO₂ demuestra mejorar la resistencia química y mecánica. Los resultados evidencian reducciones menos pronunciadas en los módulos y la relación de Poisson (31.7%, 13.2%, 17.6%, y 9.7%, respectivamente) en comparación con el sistema sin OG. Estos hallazgos cuantitativos respaldan la conclusión de que la presencia de OG mitiga los efectos adversos del CO₂, mejorando la resistencia química y mecánica del sistema.