Resumen
Esta investigación doctoral aborda la síntesis sostenible, la caracterización microestructural y el análisis del comportamiento mecánico de nanosílice obtenida a partir de residuos biogénicos marinos (caparazones de cangrejo) y residuos agrícolas (hojas de bambú, hojas de maíz, cascarilla de avena y bagazo de caña), con el objetivo de mejorar las propiedades de morteros cementicios mediante la incorporación de nanomateriales ecológicos. Los procesos de síntesis fueron adaptados cuidadosamente según las características químicas y estructurales intrínsecas de cada materia prima. Las fuentes marinas presentaron desafíos debido a su composición mineralógica heterogénea, especialmente por el alto contenido de calcio en los caparazones de cangrejo y la baja presencia de sílice en los caparazones de camarón. Estos obstáculos se superaron mediante protocolos de extracción específicos que permitieron recuperar tres nanomateriales distintos: nanosílice, nanoquitina y nanopartículas de cal. En contraste, los residuos agrícolas siguieron un proceso termoquímico más uniforme, que incluyó pirólisis, calcinación, digestión ácida-alcalina y precipitación por método sol-gel, logrando nanosílice con una pureza superior al 90%. La caracterización microestructural mediante SEM, TEM, EDS y XRD confirmó la formación de nanosílice amorfa altamente reactiva, con tamaños de partícula entre 8 y 100 nm, dependiendo de la fuente. La adición de nanosílice redujo significativamente el contenido de portlandita e incrementó la formación de gel C-S-H, generando una matriz más densa y duradera. Además, se emplearon técnicas de preservación de la microestructura posterior a la fractura mediante inmersión en acetona y secado controlado, lo que permitió una evaluación confiable de la interacción entre las nanopartículas y los productos de hidratación del cemento. Las pruebas mecánicas realizadas en morteros con 0,25 % de nanosílice demostraron incrementos de resistencia a compresión de hasta un 30-40 %, reducción en la absorción capilar y mejoras generales en la durabilidad. Estas mejoras fueron evidentes en diferentes tipos de cemento (N, GU y HS), destacándose el cemento GU por su mayor resistencia temprana y el HS por su desempeño a largo plazo. La nanoquitina extraída de caparazones de camarón también mostró mejoras moderadas en la resistencia y trabajabilidad, posicionándola como un aditivo biopolimérico con alto potencial. Este estudio demuestra que la integración de la nanotecnología con la valorización de residuos ofrece una vía viable para desarrollar materiales de construcción de alto rendimiento y bajo impacto ambiental. Los resultados respaldan el desarrollo de compuestos cementicios de nueva generación, más resistentes, duraderos y alineados con los objetivos globales de sostenibilidad.
