Influencia de las nanoparticulas de dióxido de manganeso en la porosidad del concreto determinada con la técnica de resistividad eléctrica

Abstract

El concreto es un material fundamental en la construcción, cuya durabilidad está estrechamente ligada a su porosidad. Sin embargo, los métodos tradicionales para determinarla son invasivos y poco prácticos para el control en obra. En este contexto, la presente investigación desarrolla un modelo predictivo de porosidad a partir de la resistividad eléctrica, incorporando nanopartículas de dióxido de manganeso (NDMN) como aditivo para modificar la microestructura del concreto. Se diseñaron mezclas con relaciones agua/cemento (a/c) de 0.40, 0.45 y 0.50, y porcentajes de reemplazo parcial de cemento por NDMN de 0%, 5% y 10%. Se evaluaron 930 datos experimentales de resistividad y porosidad durante 81 días, los cuales permitieron ajustar un modelo basado en la ecuación de Archie, alcanzando un coeficiente de determinación R2 > 0.90. Los resultados muestran que la adición de NDMN reduce la porosidad y eleva la resistividad, especialmente en mezclas con baja relación a/c. Los valores de resistividad oscilaron entre 3,500 y 10,700 O-cm, mientras que la porosidad varió entre 7% y 15%. La combinación de a/c = 0.40 y 10% NDMN alcanzó simultáneamente la menor porosidad, la mayor resistividad y la mayor resistencia a compresión, evidenciando un desempeño superior en términos de durabilidad y densificación de la matriz cementicia. Este estudio valida la resistividad eléctrica como una técnica no destructiva y confiable para estimar la porosidad del concreto, proponiendo una metodología innovadora para el diseño de mezclas orientadas a un desempeño optimizado.

Concrete is a fundamental material in construction, and its durability is strongly linked to its porosity. However, traditional methods to determine porosity are invasive and not practical for on-site quality control. In this context, the present research develops a predictive model of porosity based on electrical resistivity, incorporating manganese dioxide nanoparticles (NDMN) as an additive to modify the concrete microstructure. Mixes were designed with water/cement ratios of 0.40, 0.45, and 0.50, and with partial replacement of cement by NDMN at 0%, 5%, and 10%. A total of 930 experimental data points of resistivity and porosity were evaluated during 81 days, allowing the adjustment of a model based on Archie’s equation, which achieved a determination coefficient of R2 > 0.90. The results show that the addition of NDMN decreases porosity and increases resistivity, especially in mixes with low w/c ratios. Electrical resistivity valúes ranged from 3,500 to 10,700 Q-cm, while porosity varied between 7% and 15%. The mix with w/c = 0.40 and 10% NDMN simultaneously reached the lowest porosity, the highest resistivity, and the best compressive strength, showing superior performance in terms of durability and microstructural densificaron. This study validates electrical resistivity as a non-destructive and reliable technique to estímate concrete porosity, and proposes an innovative methodology for mix design oriented to optimized performance.