Aplicaciones en ingeniería de las cerámicas de fosfato químicamente enlazadas

Engineering applications of chemically-bonded phosphate ceramics

Los cementos de fosfato se originaron hace más de un siglo para aplicaciones propias en el campo de la odontología. Estos cementos registran otras aplicaciones entre las que se destacan: biomateriales con aplicaciones óseas, estabilización de desechos peligrosos y como cemento estructural. Sin embargo, las aplicaciones en obras de infraestructura civil son recientes y poco conocidas. Por este motivo, esta revisión discute y analiza los cementos de fosfato, presentando los hallazgos más significativos de las investigaciones realizadas para abordar y comprender su comportamiento mecánico. También se describen el impacto y la aplicación de los cementos de fosfato como producto estructural (pastas, morteros y hormigones), así como valores típicos de resistencia mecánica, trabajabilidad, aplicaciones comerciales, etc. Como resultado, esta revisión permite dilucidar ventajas y desventajas en comparación con las tecnologías existentes y las posibilidades mecánicas de estos cementos como biomateriales y para la inmovilización de residuos radioactivos.

Introducción

Los cementos cerámicos e hidratados son los productos más reconocidos de los sólidos inorgánicos. Los cerámicos se obtienen por compactación de polvos y posterior sinterización a altas temperaturas, dando lugar a cerámicas duras y densas con buenas propiedades frente a la corrosión. Su estructura suele ser altamente cristalina con fases vítreas, presentando enlaces iónicos y covalentes. Los cementos hidratados son materiales unidos químicamente con enlaces de hidrógeno que se forman por la reacción química del agua con algunos polvos característicos que endurecen a temperatura ambiente, obteniendo un producto con suficiente resistencia a la compresión, para ser utilizado en aplicaciones estructurales (Wagh, 2016). Estos cementos suelen estar unidos por fuerzas de van der Waals, presentando una estructura no cristalina y muy porosa. Cabe destacar que la diferencia más notable entre los cerámicos y los cementos hidratados radica en su proceso de consolidación como material. Para obtener productos cerámicos duros, los materiales deben ser expuestos a altas temperaturas. Por el contrario, los cementos hidratados alcanzan la dureza a temperatura ambiente (Wagh, 2016), aunque las materias primas se someten a altas temperaturas para su fabricación y se necesita un considerable consumo de energía para obtener el clinker (Schneider, Romer, Tschudin, y Bolio, 2011), que es el principal componente del cemento Portland convencional.

Sin embargo, existe un producto intermedio entre los mencionados anteriormente, que consolida de forma similar a un cemento hidráulico, pero resiste y se comporta estructuralmente como una cerámica. Al presentar enlaces de tipo iónico y covalente, su estructura varía de muy cristalina a vítrea, mostrando resistencias a la compresión similares a las del cemento convencional y tiempos de fraguado más rápidos que los cementos hidráulicos (Wagh, 2016).