Interacción sostenible de los Materiales de Construcción con el Medio Ambiente

Misión

El objetivo global del grupo de investigación ISCMA es la excelencia en la generación de conocimiento y tecnología que permita poner en positivo y/o minimizar los impactos negativos de la construcción, en cada una de las etapas del ciclo de vida, sobre el medio ambiente y las personas, integrando los logros alcanzados en el ámbito global de la evaluación y criterios de aceptación de la gestión de las estructuras. En relación con este objetivo, el ISCMA aspira a ser un referente internacional con impacto real de la tecnología desarrollada en la sociedad española, europea y mundial.
Para cumplir este objetivo, el ISCMA lleva a cabo investigación fundamental y aplicada, así como actividad en comités europeos y nacionales de normalización, en relación con varios ámbitos dentro del mundo de la ingeniería civil, la construcción y el medio ambiente. Así, cabe señalar 3 importantes líneas de actuación del grupo ISCMA cuyo trabajo cubre, en mayor o menor medida, los tres grandes pilares sobre los que se asienta el concepto de sostenibilidad. Dentro de cada una de ellas se desarrollan asimismo las herramientas para la evaluación de la innovación y mejora de la tecnología alcanzada, por criterios prestacionales.

  • Nuevos materiales de construcción: Diseño, desarrollo, funcionalización y evaluación de la durabilidad.
  • Impacto ambiental: Prolongación de la vida útil de estructuras, gestión de residuos y descontaminación.
  • Mejora de la Calidad de vida: Calidad de ambiente interior y fotocatálisis heterogénea en construcción.

Dado el carácter multidisciplinar del grupo, el trabajo se aborda a varias escalas y desde varios campos de especialización, desde la generación de ideas innovadoras hasta los desarrollos, desde nanotecnología hasta prototipos y normativa, haciendo uso de las tecnologías más avanzadas disponibles en el tratamiento de procesos complejos, como por ejemplo difracción de neutrones y/o radiación sincrotrón, NRRA, IBA, técnicas electroquímicas o mecano-químico-físicas avanzadas.

Personal

Líneas de investigación

Basándonos en los tres objetivos fundamentales mencionados, las líneas de investigación en las que el grupo ISCMA ha hecho aportaciones originales reconocidas internacionalmente son:

Nuevos materiales de construcción: Diseño, desarrollo, funcionalización y evaluación de la durabilidad

Dentro de este campo las líneas de investigación se centran en

  • Diseño de nuevos materiales fotocatalíticos
  • La simulación acelerada de la degradación de materiales de construcción
  • Aplicación de Técnicas Avanzadas al estudio de materiales de construcción:
    • Simulación in-situ por difracción de neutrones o de radiación sincrotrón de los efectos de la carbonatación en el hormigón, del fuego, o de la lixiviación acelerada y posterior cuantificación de fases por Refinamiento Rietveld.
    • Aplicación de NRRA (Nuclear Resonance Reaction Analysis) para el estudio de fases hidratadas del cemento y de fragilización de aceros.
  • Nuevos métodos de caracterización de materiales multifuncionales: Espectroscopia de emisión de gases bajo el efecto mecánico, Espectroscopia de triboemisión y tribomuniscencia, Técnica de análisis de contenido de gases en materiales

Impacto ambiental: Prolongación de la vida útil de estructuras, gestión de residuos y descontaminación

Para mejorar la vida útil de las estructuras se hace necesario no sólo un mantenimiento proactivo con un control del estado, sino también estudiar los procesos de degradación y posibles actuaciones a realizar. En el grupo ISCMA estudiamos:

  • Mecanismos de corrosión y pasivación de armaduras.
  • Desarrollo de nuevas técnicas electroquímicas no destructivas para la cuantificación de la velocidad de corrosión. Del estudio en laboratorio a la aplicación en estructuras.
  • Técnicas eléctricas y electroquímicas para la caracterización de hormigones a edad temprana.
  • Aplicación de técnicas no destructivas para la evaluación de materiales estructurales: Obra civil, Arquitectura, Estructuras especiales de contención nuclear, Patrimonio histórico.
  • Técnicas Avanzadas de reparación de estructuras dañadas por corrosión de armaduras: Extracción electroquímica de cloruros (EEC), Realcalinización (RA), Introducción de sustancias con distintas propiedades, como inhibidores de corrosión hidrófugos.
  • Caracterización del transporte de iones a través del hormigón.
  • Desarrollo de nuevos métodos de ensayo acelerados para la determinación de coeficientes de difusión de iones cloruro, capacidad de combinación por parte de la matriz y umbrales límite de corrosión.
  • Aplicación a especies de interés por su carácter radiactivo.
  • Descontaminación de materiales y estructuras contaminados por metales pesados e hidrocarburos.

Dentro del campo de la gestión de residuos el ISCMA trabaja en el diseño de materiales de construcción a partir de residuos como sedimentos dragados y el Rechazo de salmuera de plantas desalinizadoras.

Mejora de la Calidad de vida: Calidad de ambiente interior y fotocatálisis heterogénea en construcción

En cuanto a la calidad de ambiente interior, es un problema que se ha visto agravado por la construcción de edificios diseñados para ser más herméticos y que reciclan el aire con una proporción menor de aire fresco procedente del exterior con el fin de aumentar su rentabilidad energética. Actualmente se acepta de forma general que los edificios que carecen de ventilación natural presentan riesgo de exposición a contaminantes.

Resulta difícil valorar los riesgos para la salud (medición, nivel de tolerancia, tiempo de exposición, efectos…) en el ambiente interior, siendo relevante la labor preventiva y de control de las instalaciones implicadas al objeto de promover ambientes saludables.

En el ISCMA, se realizan trabajos de investigación para conocer el problema en ciertos espacios cerrados, realizando además inspecciones en edificios afectados por este tipo de problemática a través de contratos y convenios de investigación.

Por otro lado, la fotocatálisis heterogénea es una tecnología basada en la utilización de un material semiconductor como catalizador, que se activa por luz (UV o visible) para generar reacciones redox que pueden reaccionar con distintos compuestos, entre ellos distintos tipos de contaminantes. La aplicación de esta tecnología en materiales de construcción surge como una herramienta capaz de llevar a cabo la descontaminación de gases residuales y aire, en superficies funcionales (autolimpiantes, cristales antiniebla, etc.) y en aplicaciones médicas

Hasta el momento, en materiales de construcción, las aplicaciones más extendidas son la autolimpieza y la capacidad de descontaminación (NOx, SOx, NH3, CO y COVs, contaminantes emitidos fundamentalmente por vehículos de motor en ambientes urbanos), que permiten mantener su aspecto estético inalterado en el tiempo y eliminar los niveles de trazas de contaminantes del aire.

Existen numerosas aplicaciones fotocatalíticas ya en uso, como revestimientos para superficies verticales u horizontales, fachadas de edificios, paredes de interiores, aceras de calles, etc. Sin embargo, siendo una tecnología relativamente reciente, un mayor conocimiento del fenómeno fotocatalítico de estos materiales podría permitir hacer más eficiente esta nueva tecnología.

En el grupo ISCMA se desarrollan como principales líneas de trabajo en este campo:

  • Desarrollo, modificación y optimización de fotocatalizadores
  • Evaluación de reactividad y eficiencia fotocatalítica: Estudio de mecanismos de degradación de contaminantes y análisis paramétrico; Desarrollo de nuevos métodos de medidas; Ensayos según normativas nacionales e internacionales
  • Medidas de efectividad in-situ de materiales
  • Simulación de procesos fotocatalíticos a escala real

Instalaciones y recursos

Laboratorio de fotocatálisis

  • Instalación para la realización de ensayos de eliminación de NOx por fotocatálisis, con red para flujo de gases, botellas de gas para calibración y ensayos, medidores de flujo másicos (Brooks), regulación y medida de HR y Tª así como analizador primario de NOx por quimiluminiscencia.
  • Instalación para la realización de ensayos de autolimpieza por fotocatálisis, y espectrofotómetro UV-VIS para medida del color.
  • Instalación para la realización de ensayos de eliminación de VOCs por fotocatálisis, con red para flujo de gases, botellas de gas para calibración y ensayos, regulación y medida de HR y Tª y analizador mediante un detector de fotoionización.
  • Reactor de laboratorio para llevar a cabo ensayos de degradación de compuestos gaseosos por fotocatálisis.
  • Otros equipos complementarios, como espectrofotómetro de fluorescencia medidor de potencial zeta, medidor de ozono, medidor de intensidad de radiación, medidores de luminiscencia y distintas lámparas que emiten a distintas longitudes de onda.
  • Química tradicional, para preparación de disoluciones, reacciones de síntesis, valoraciones cualitativas y cuantitativas,…

Laboratorio de durabilidad

  • Dispositivos de descontaminación.
  • Dispositivos y equipamiento para la realización de distintos ensayos de durabilidad en aceros y hormigones: corrosión, coeficientes de difusión y transporte de especies a través del hormigón, hielo-deshielo, lixiviación, resistividad,..
  • Potenciostatos-galvanostatos y analizadores de respuesta en frecuencia (FRA) para la evaluación mediante técnicas electroquímicas, tanto en corriente continua como alterna, de parámetros relacionados con la durabilidad de los materiales y la interacción fibra-hormigón.
  • Corrosímetro portátil
  • Fuentes de corriente y sistemas de adquisición de datos para la degradación acelerada de materiales.
  • Sistema tri-des: Espectrometría de emisión de gases bajo efecto mecánico en ultra alto vacío