Recibido: 27/04/2026
Aceptado: 8/06/2026
https://revistas.unj.edu.pe/index.php/pakamuros
129
Volumen 14, Número 2, Abril - Junio, 2026, Páginas 129 al 145
DOI: https://doi.org/10.37787/qnf79q56
ARTÍCULO DE REVISIÓN
Efecto de los nanomateriales en las propiedades mecánicas del concreto: Una revisión
2021-2025
Effect of nanomaterials on the mechanical properties of concrete: A review 2021–2025
Fernando Garcia
1
*
, Brayan Domínguez
2
, Brian Gonzáles
3 ,
Cristhian Ramos
4 ,
José Piedra
5
y Nilthon Arce
6
RESUMEN
El artículo aborda los efectos de la aplicación de nanomateriales (NM) en el comportamiento mecánico
del concreto, considerando su aplicación en forma de adición y reemplazo parcial del cemento. Mediante
una exploración exhaustiva en diversas plataformas científicas entre ellas Scopus, Scielo, Dialnet,
Latindex y Google Scholar, publicados entre 2021-2025. Se identificaron los tipos de nanomateriales
más utilizados, sus proporciones óptimas y sus efectos sobre el rendimiento del hormigón. Los resultados
muestran que no existe una dosis universal, la eficacia varía según el tipo y forma de incorporación.
Entre los hallazgos más relevantes destacan la nanoarcilla (NC) con proporciones óptimas entre 4% y
5% en sustitución, el óxido de grafeno (GO) con niveles máximos del 1% y el nano-TiO₂ (NT) con una
alta variabilidad dependiente del contexto experimental. La nanosílice (NS) evidenció mejoras notables
en resistencia y durabilidad, aunque reduce la trabajabilidad del concreto fresco. Se concluye que el uso
dosificado de nanomateriales mejora la resistencia del concreto frente a compresión, tracción y flexión,
reduce la permeabilidad y mejora la durabilidad, constituyendo una estrategia tecnológica clave para
mitigar la huella ambiental del concreto y extender su vida útil.
Palabras clave: Concreto, sostenibilidad, adición, sustitución y nanomateriales.
ABSTRACT
The article addresses the effects of the application of nanomaterials (NM) on the mechanical behavior
of concrete, considering their application in the form of addition and partial replacement of cement.
Through an exhaustive exploration of various scientific platforms, including Scopus, Scielo, Dialnet,
Latindex, and Google Scholar, published between 2021 and 2025. The most commonly used types of
nanomaterials, their optimal proportions, and their effects on concrete performance were identified. The
results show that there is no universal dosage; effectiveness varies depending on the type and form of
incorporation. Among the most relevant findings are nano-clay (NC) with optimal proportions between
4% and 5% in substitution, graphene oxide (GO) with maximum levels of 1%, and nano-TiO₂ (NT) with
high variability depending on the experimental context. Nanosilica (NS) showed notable improvements
in strength and durability, although it reduces the workability of fresh concrete. It is concluded that the
measured use of nanomaterials improves compressive, tensile, and flexural strength, reduces
permeability, and improves durability, constituting a key technological strategy for mitigating the
environmental footprint of concrete and extending its useful life.
Keywords: Concrete, sustainability, addition, substitution, and nanomaterials.
*
Autor para correspondencia
1
Universidad Nacional de Jáen, Perú. Email: fernando.garcia@est.unj.edu.pe, brayan.dominguez@est.unj.edu.pe,
brian.gonzales@est.unj.edu.pe, cristhian.ramos@est.unj.edu.pe, jpiedrat@unj.edu.pe y nilthon_arce@unj.edu.pe
Efecto de los nanomateriales en las propiedades mecánicas del concreto: Una revisión 2021-2025
130
INTRODUCCIÓN
El crecimiento sostenido del sector construcción ha incrementado significativamente la
demanda mundial de concreto, generando simultáneamente mayores preocupaciones
relacionadas con el impacto ambiental de la industria cementera. La producción de cemento
representa aproximadamente el 8 % de las emisiones globales de CO₂, alcanzando alrededor de
1,600 millones de toneladas métricas liberadas únicamente durante 2022 (Purton, 2024). Este
problema se encuentra directamente asociado a los procesos de fabricación del clínker y al
elevado consumo energético requerido durante la producción del cemento, convirtiendo a esta
industria en una de las principales fuentes de emisiones contaminantes a nivel mundial
(KUNAK, 2025). De manera complementaria, la Agencia Internacional de Energía señala que
cerca del 40 % de las emisiones de CO₂ y aproximadamente el 36 % del consumo energético
final están vinculados al sector de edificaciones, considerando tanto la fase constructiva como
las etapas de operación y mantenimiento (En Obra, 2023).
Frente a esta problemática, la búsqueda de materiales cementicios con mayor desempeño
mecánico y menor impacto ambiental ha impulsado el desarrollo de investigaciones orientadas
a tecnologías emergentes aplicadas al concreto. Entre ellas, la nanotecnología ha adquirido
especial interés debido a su capacidad para modificar la microestructura del material a escala
nanométrica, permitiendo optimizar propiedades físicas, mecánicas y de durabilidad. Diversos
estudios sostienen que la incorporación de nanomateriales favorece una estructura interna más
compacta, disminuye la porosidad y mejora la hidratación del cemento, aspectos que
contribuyen a incrementar la resistencia y prolongar la vida útil de las estructuras (Bautista et
al., 2019).
En los últimos años, distintos nanomateriales como la nanosílice, el óxido de grafeno, la
nanoarcilla y el nano-TiO₂ han mostrado resultados favorables en el comportamiento del
concreto, particularmente frente a esfuerzos de compresión, tracción y flexión. Asimismo,
algunos autores reportan mejoras relacionadas con la impermeabilidad, resistencia química y
reducción de procesos de deterioro en ambientes agresivos (Del Campo & Negro, 2021). Los
nanomateriales potencian la resistencia de los materiales cementicios aportando ventajas a la
mezcla resultante, actuando como aislantes térmicos, aumentan la resistencia y la durabilidad,
reducen la permeabilidad y proporcionan propiedades auto limpiantes y purificantes (Macías et
al., 2024). De igual manera, la incorporación de nanopartículas ha permitido desarrollar
materiales con propiedades avanzadas, tales como capacidad autolimpiante, aislamiento térmico
Garcia et al.
131
y comportamiento fotocatalítico, representando una alternativa prometedora para el desarrollo
de infraestructuras sostenibles (Khan et al., 2024).
En el Perú, esta situación adquiere mayor relevancia debido al crecimiento sostenido de
la actividad constructiva. El despacho nacional de cemento en agosto de 2025 superó las 1,153
mil toneladas métricas, representando un incremento de 4.40 % respecto al año anterior
(ASOCEM, 2025). Este escenario evidencia la necesidad de implementar soluciones
tecnológicas capaces de mejorar el desempeño del concreto y, simultáneamente, disminuir el
impacto ambiental asociado al elevado consumo de cemento. En ese sentido, la nanotecnología
aplicada a materiales cementicios representa una alternativa con alto potencial para contribuir
al desarrollo de construcciones más sostenibles y duraderas (Singh, 2024).
Este estudio tiene como objetivo analizar críticamente las investigaciones publicadas
entre 2021 y 2025 sobre el uso de nanomateriales en el concreto, identificando las proporciones
óptimas de incorporación mediante adición y sustitución parcial del cemento, comparando sus
efectos sobre las propiedades mecánicas y estableciendo tendencias recientes relacionadas con
el desempeño y sostenibilidad del material.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para desarrollar el presente artículo de revisión se desarrolló una búsqueda rigurosa con
la finalidad de obtener información relevante, mediante los lineamientos PRISMA (Preferred
Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses), priorizando investigaciones de
análisis experimentales y revisiones de artículos que comprenden los últimos 5 años (2021-
2025), utilizando bases de datos científicas y plataformas académicas reconocidas, entre ellas
Scopus, Scielo, Dialnet, Latindex y Google Scholar. La estrategia de búsqueda se estructuró
mediante combinaciones de palabras clave en español, inglés ó portugués relacionadas con el
tema de investigación, tales como: “nanomateriales”, “concreto”, “nanosílice”, “óxido de
grafeno”, “nano-TiO₂”, “nanoarcilla”, “mechanical properties of concrete”, “nanomaterials in
concrete”, “compressive strength”, “durability” y “sustainable concrete”. Asimismo, se
emplearon operadores booleanos AND y OR para optimizar la precisión de los resultados
obtenidos.
Efecto de los nanomateriales en las propiedades mecánicas del concreto: Una revisión 2021-2025
132
Figura 1
Selección de artículos mediante diagrama de metodología de flujo PRISMA2020
Nota: El diagrama de flujo PRISMA 2020 se realizó en 4 fases: identificación de registros, cribado, elegibilidad e
inclusión, con una selección de 42 artículos relevantes.
La información del proceso de selección y evaluación de pertenencia, se priorizó
documentos provenientes de revistas científicas arbitradas y de acceso verificable. Los estudios
elegidos, posteriormente organizados con el propósito de identificar el tipo de nanomaterial
empleado, método de incorporación (adición o sustitución parcial del cemento), proporciones
utilizadas, propiedades evaluadas y principales aportes identificados en el comportamiento
mecánico y de durabilidad del concreto. Este procedimiento permitió establecer relaciones entre
los distintos tipos de nanopartículas estudiadas y su influencia sobre las propiedades mecánicas
Garcia et al.
133
del concreto, contribuyendo a una mejor comprensión del potencial de estas tecnologías en el
desarrollo de materiales más sostenibles y resistentes.
RESULTADOS
Este campo de la ciencia se ocupa del análisis y el cambio de materia a escalas
nanométricas, tomando como cuentos a los nanomateriales que tienen alguna dimensión en el
rango de 1-100 nm, teniendo en cuenta que el nanómetro equivale a la milmillonésima parte de
un metro. Genera un impacto significativo en industrias como el de la tecnología, la química, la
ingeniería, la medicina o la agricultura entre muchas otras (Navarro, 2025). Puesto que brindan
una mejora notable, convirtiendo las soluciones convencionales en opciones más eficaces y con
mayor vida útil.
Es una alternativa frente a las inquietudes en torno a la sostenibilidad, considerando que
a nivel mundial la actividad constructiva figura entre los sectores con mayor demanda energética
(Cristel, 2024).
Debido a su tamaño, los nanomateriales, al añadirlos al concreto mejoran su rendimiento
y generan variaciones notables en las características. Si bien incorporar nanomateriales genera
un impacto positivo en las propiedades del hormigón, aplicarlo en exceso puede traer consigo
aspectos desfavorables (Caballero et al., 2021).
En la tabla 1, la información recopilada fue analizada de manera comparativa y crítica
con el propósito de identificar tendencias recientes, proporciones óptimas de incorporación y
efectos recurrentes asociados al uso de nanomateriales en mezclas de concreto fresco.
Tabla 1
Clasificación de nanomateriales en el concreto, incorporación, proporción optima y sus principales aportes
Autor
Tipo de
nanomaterial
Incorporación
Proporción
óptima
Principales
aportes
Dongo &
Saavedra
Nanosílice (NS)
Adición
0.5% para la
relación
agua
cemento 0.6
y 0.7% para
las
relaciones
a/c de 0.55
Incrementa la
resistencia
compresiva a
edades tempranas
y aumenta la
demanda de agua
Alvansaz et
al.
Nanosílice (NS)
Adición
1.5%
Mejora resistencia
compresiva y
tracción indirecta
Mohammadf
arid et al.
Nanosílice (NS)
Adición
0.25%
Optimiza
microestructura y
mayores
porcentajes
reducen
trabajabilidad
Efecto de los nanomateriales en las propiedades mecánicas del concreto: Una revisión 2021-2025
134
Alvansaz et
al.
Nanosílice (NS)
+ Microsílice
Adición
3% NS y
15%
microsílice
Incrementa
resistencia
compresiva y
disminuye
trabajabilidad
Loganathan
&
Mohammed
NS + caucho
granulado (CR)
Adición
NS 1%–2%
Mejora
compresión,
flexión, módulo
elástico y reduce
contracción
Varisha et al.
Nanosílice (NS)
Adición
1%
Reduce poros y
mejora
desempeño
mecánico
Tarangini et
al.
Nano sílice
Adición
3%
Reduce porosidad
y mejora
resistencia frente
a congelamiento
Saleh et al.
Nano-SiO₂
Adición
3%
Mejora resistencia
compresiva y
comportamiento
térmico
Caballero et
al.
Nanosílice
Adición
0.8%–1%
Reduce porosidad
y permeabilidad
Bravo et al.
Nanosílice +
lana de roca
Sustitución
1.4% NS +
6% LR
Optimiza las
propiedades
mecánicas
Alqamish &
Al
Nanosílice (NS)
Sustitución
1%
Mejora resistencia
en mezclas con
30% GGBS
Dahish &
Almutairi
Nanosílice (NS)
Sustitución
3%
Mejora
comportamiento
térmico hasta 200
°C
Najaf et al.
Nanosílice (NS)
Sustitución
3%
Incrementa
compresión y
tracción. Reduce
impacto ambiental
Orakzai
Nanoalúmina +
nano-TiO₂
Adición
0.5%–1%
Mejora
compresión,
flexión y
aceleración de
hidratación
Pathak &
Vesmawala
Nano TiO₂
Adición
4%
Incrementa
compresión,
tracción y flexión
Jayakalyani
et al.
Nanoóxido de
titanio
Adición
0.6%
Mejora resistencia
y trabajabilidad
Wu et al.
Nano-TiO₂
Sustitución
2%
Altos porcentajes
reducen
resistencia
compresiva
Rawat et al.
Nano-TiO₂
Sustitución
2%
Incrementa
compresión y su
exceso prolonga
fraguado
Suneel &
Rama
Nano-TiO₂
Sustitución
1%
Mejora
hidratación y
Garcia et al.
135
compresión.
Exceso reduce
tracción
Sun et al.
Nano-TiO₂
Sustitución
0.5%
Favorece
hidratación y
resistencia
compresiva
Vidya &
Vasudev
Nano dióxido
de titanio
Sustitución
3%
Mejora
compresión y
tracción indirecta
Sastry et al.
Nano dióxido
de titanio
Sustitución
5%
Incrementa
compresión,
tracción y flexión
Roopa et al.
Fibra de
carbono (CF)+
MWCNT
Adición
0.05%
MWCNT +
0.05% CF
Mejora
desempeño
eléctrico y
mecánico
Ahmad et al.
Nano grafito
(NGP)
Adición
5%
Mejora
compresión,
tracción y
resistencia a
sulfatos
Long et al.
GO + sílice
Adición
0.01%
Incrementa
compresión y
flexión
Varisha et al.
CNT
Adición
0.30%
Mejora
compresión,
tracción y flexión
Hong et al.
Óxido de
grafeno (GO)
Adición
0.05%
Incrementa
compresión,
flexión y módulo
elástico
Bheel et al.
GO + PVA
Sustitución
0.05% GO +
1% PVA
Reduce
permeabilidad y
mejora resistencia
Abdulkadir
et al.
GO + caucho
granulado
Sustitución
0.067% GO
+ 6.8% CR
Altas
proporciones
afectan
propiedades
frescas
Noori et al.
Nanoarcilla
(NC)
Sustitución
5%
Mejora
compresión y
tracción
Dahish &
Almutairi
Nanoarcilla
(NC)
Sustitución
5%
Mejora
comportamiento
térmico
Thakur et al.
Nanoarcilla
(NC)
Sustitución
4%
Favorece
autocuración y
sellado de fisuras
Sravanthi &
Sashidhar
Nanopartículas
de dióxido
Sustitución
2%
Potencial óptimo
de autocuración
Reddy &
Ramujee
Nanoalúmina
Al₂O₃
Adición
2%
Reduce poros y
mejora
compresión,
flexión y tracción
Zhu et al.
Nano-Si₃N₄
Adición
0.16%
Mejora desgaste e
hidratación
Efecto de los nanomateriales en las propiedades mecánicas del concreto: Una revisión 2021-2025
136
Alomayri &
Adesina
Nano CaCO₃
Adición
2%
Mejora
propiedades
mecánicas
He et al.
Metacaolín
Adición
20%
Refina estructura
porosa
Othuman
Mydin et al.
Magnetita
(Fe₃O₄)
Adición
0.25%
Mejora
compresión,
tracción y flexión
Othuman
Mydin et al.
Nano-CaCO₃
Adición
4%
Incrementa
durabilidad y
resistencia
Poudyal et al.
Nano carbonato
de calcio
Sustitución
1%
Incrementa
impermeabilidad
y compresión
Alvansazyaz
di et al.
Nanopartículas
de sílice
Sustitución
2%
Mejora elasticidad
y resistencia
Poudyal et al.
Nano-CaCO₃
Sustitución
1%
Mejora módulo de
elasticidad
Hakuzweyez
u et al.
Nano-CaCO₃
Sustitución
1%
Resistencia a
sulfatos e
impermeabilidad
Yang et al.
Nano-CaCO₃
Sustitución
1%
Reduce corrosión
y mejora flexión
DISCUSIÓN
Los resultados evidencian que el desempeño de los nanomateriales (NM) en el concreto
depende principalmente de tres factores: tipo de nanopartícula, mecanismo de incorporación
(adición o sustitución) y dosificación óptima. Los estudios revisados coinciden en que pequeñas
variaciones en la proporción modifican significativamente la microestructura del concreto,
alterando propiedades mecánicas, térmicas y de durabilidad. Sin embargo, también se
identificaron discrepancias experimentales relacionadas con la dispersión de partículas, relación
agua-cemento, compatibilidad química y condiciones de curado, aspectos que explican la
variabilidad de resultados entre investigaciones.
En relación con las proporciones óptimas, los resultados muestran diferencias
importantes según el tipo de nanomaterial. La nanoarcilla (NC) presentó porcentajes óptimos
relativamente elevados, entre 4 % y 5 %, asociados principalmente a procesos de autocuración
y sellado de microfisuras (Thakur et al., 2024; Noori et al., 2022). Este comportamiento puede
explicarse por su capacidad de absorción y expansión interna, que favorece la formación de
productos de hidratación secundarios y la reducción de vacíos capilares. En contraste, el óxido
de grafeno (GO) alcanzó mejoras mecánicas significativas con contenidos inferiores al 1 %
(Hong et al., 2022; Bheel et al., 2023), debido a su elevada área superficial y capacidad de actuar
como puente entre microfisuras, mejorando la adherencia entre la pasta cementicia y los
Garcia et al.
137
agregados. Esto evidencia que los nanomateriales basados en carbono requieren dosis
considerablemente menores para modificar el comportamiento del concreto.
El Nano-TiO₂ (NT) mostró la mayor dispersión de resultados experimentales. Algunos
estudios reportaron incrementos importantes en resistencia mecánica y aceleración de
hidratación (Pathak & Vesmawala, 2022; Jayakalyani et al., 2023), mientras que otros
identificaron disminuciones progresivas de resistencia cuando la dosificación aumentaba
excesivamente (Wu et al., 2022). Estas discrepancias sugieren que este posee alta sensibilidad
frente a variables como tamaño de partícula, relación agua-cemento y método de dispersión.
Desde el punto de vista físico-químico, el NT actúa como núcleo de nucleación para los
productos de hidratación; no obstante, concentraciones elevadas favorecen la aglomeración de
nanopartículas, generando zonas débiles y pérdida de homogeneidad en la matriz cementicia.
La nanosílice (NS) fue el nanomaterial más investigado y con resultados más
consistentes. Los estudios reportaron mejoras en compresión, tracción, permeabilidad y
densificación de la matriz usando porcentajes generalmente inferiores al 3 % (Dongo &
Saavedra, 2021; Alvansaz et al., 2022; Caballero et al., 2021). Este comportamiento se relaciona
con su elevada reactividad puzolánica, ya que la NS consume hidróxido de calcio y genera
mayor cantidad de gel C-S-H, responsable del incremento de resistencia mecánica. Sin embargo,
Mohammadfarid et al. (2025) demostraró que dosis superiores al valor óptimo reducen
trabajabilidad y resistencia, debido al aumento de superficie específica y demanda de agua. Por
tanto, aunque la NS presenta alta eficiencia mecánica, también requiere un control riguroso de
dispersión y contenido de agua.
En cuanto al nanocarbonato de calcio (Nano-CaCO₃), los estudios mostraron resultados
más uniformes, concentrando sus proporciones óptimas entre 1 % y 4 % (Poudyal et al., 2021;
Hakuzweyezu et al., 2021; Yang et al., 2024). Su principal contribución está relacionada con el
efecto filler y la aceleración de hidratación temprana, permitiendo reducir porosidad y mejorar
impermeabilidad. Además, varios autores identificaron mejoras frente a ambientes agresivos
con sulfatos y procesos de corrosión, lo que evidencia su potencial para aplicaciones en
infraestructuras expuestas a ambientes marinos o industriales.
Otro aspecto relevante corresponde al mecanismo de incorporación. La sustitución
parcial del cemento mostró ventajas ambientales importantes al reducir el consumo de clínker
y, por consiguiente, disminuir emisiones de CO₂ asociadas a la producción cementicia (Poudyal
et al., 2021). Sin embargo, algunos estudios advirtieron que reemplazos elevados aceleran el
Efecto de los nanomateriales en las propiedades mecánicas del concreto: Una revisión 2021-2025
138
proceso de hidratación y alteran el tiempo de fraguado (Alqamish & Al, 2021), afectando la
estabilidad del concreto fresco. Por otro lado, la incorporación mediante adición fue más
eficiente en nanomateriales de alta reactividad y baja dosificación, como GO y NS, ya que
pequeñas cantidades lograron cambios significativos sin modificar sustancialmente la
proporción volumétrica de la mezcla (Roopa et al., 2022).
Los resultados también permitieron identificar una relación directa entre el uso de
nanomateriales y la mejora integral de la durabilidad del concreto. La reducción de porosidad
observada en NS, GO y Nano-CaCO₃ disminuyó permeabilidad, absorción y penetración de
agentes agresivos, mejorando la resistencia frente a sulfatos y corrosión (Bheel et al., 2023).
CONCLUSIONES
La investigación nos demuestra que no hay una proporción óptima universal, cada
nanomaterial tiene un rango de adición/sustitución donde se logra resultados óptimos, son
relativamente bajas entre 0.25 % y el 5% del peso del cemento. El Óxido de grafeno (GO) es
potente en dosis como máximo del 1.0%, tanto en sustitución como en adición. Contrario a ello,
la Nanoarcilla (NC) es más efectiva en sustitución en concentraciones del 4% al 5%, mientras
que el Nano carbonato de calcio (NCa) y el Nano-TiO2 (NT) presentan proporciones más
elevadas en el caso de adición. Además, el Nano-TiO2 (NT) presento mayor dispersión en
ambos métodos, esto sugiere mayor dependencia a las condiciones del proceso de mezcla. Para
todos los casos, un porcentaje mayor al óptimo de nanomaterial produce un efecto negativo en
las propiedades del hormigón.
El análisis de los factores clave entre la incorporación de nanomateriales por sustitución
y adición nos indica que la estrategia de sustitución ofrece beneficios de reducción de emisiones
de CO2 y aumenta el desempeño, siendo más conveniente para reducir la cantidad de cemento
utilizada, es importante considerar que podría comprometerse la resistencia inicial y la
degradación de sus propiedades si se excede la dosis. Para el caso de la adición de
nanomateriales (NM), se aprecia un fortalecimiento temprano de las propiedades relacionadas
con la tracción y la flexión, este método es favorable para nanomateriales que actúan en bajas
proporciones como el caso (Óxido de grafeno).
El uso de nanomateriales (NM) aporta un efecto considerable en el desempeño mecánico
del concreto. Se observan mejoras destacadas en el comportamiento estructural del concreto,
particularmente en su capacidad para resistir cargas a compresión, tracción y flexión. Asimismo,
Garcia et al.
139
se observa un incremento notable en la durabilidad, reflejado en la disminución de la
permeabilidad, absorción y resistencia a ataques externos.
Nanomateriales como Nanosílice (NS), el Óxido de grafeno (GO), y la Nanoarcilla (NC)
sobresalen por su capacidad de optimizar el desempeño mecánico del concreto, especialmente
en compresión, tracción y flexión. Para lograr una mayor reducción de la permeabilidad y
absorción, el GO es el nanomaterial que ofrece mejores resultados. El Nano CaCO3 y el GO
tienen mayor impacto en la resistencia a la corrosión y ataques de sulfatos. La NC destaca por
la capacidad de autocuración y la mejora del aislamiento térmico. Sin embargo, los
nanomateriales presentan un desafío al disminuir la trabajabilidad del concreto fresco, lo que
implica el uso de plastificantes.
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