Caracterización de hormigones de cemento portland con adición de distintos materiales carbonosos

Résumé

Caracterización de hormigones de cemento portland con adición de distintos materiales carbonosos Es ampliamente conocido que la principal función del hormigón es su función estructural. Por otra parte el hormigón es un material dieléctrico, es decir, es un material mal conductor. Ahora bien la adición de material carbonoso conductor como puede ser fibra de carbono o polvo de grafito lo transforma en un material conductor, estableciéndose así la posibilidad de realizar más funciones de la estrictamente estructural, es decir transformándose en un material compuesto multifuncional. Entre las funciones que puede desarrollar un material cementicio conductor están la función de percepción de la deformación, el apantallamiento de interferencias electromagnéticas, la acción contra las heladas, etc. Previamente a su utilización, es necesario comprobar que este tipo de materiales compuestos de base cementicia presentan un comportamiento estructural y una durabilidad adecuada para el uso que se le va a dar. En el presente trabajo se ha profundizado en el conocimiento científico-técnico de hormigones y morteros fabricados con distintos tipos de materiales carbonosos. Se ha estudiado las características resistentes, el nivel de corrosión de las armaduras embebidas en los mismos, la porosidad y absorción, las propiedades físico-mecánicas y características resistentes de hormigones fabricados con adición de distintos tipos de humo de sílice mezclado con fibra de carbono, la influencia de distintos tratamientos de oxidación del material carbonoso en las características resistentes y la capacidad de apantallamiento a la radiación electromagnética (protección EMI). Para ello el trabajo se ha dividido en cuatro partes: 1. Se ha estudiado el efecto producido por la adición de distintos materiales carbonosos en los niveles de corrosión producidos en los aceros embebidos en hormigones. A partir de una relación constante agua/cemento de 0.42, se ha determinado la evolución del proceso de corrosión de las barras de refuerzo embebidas en el hormigón, en función del tipo y cantidad de adición de material carbonoso y del tiempo de curado. Los ensayos demuestran que el nivel de corrosión disminuye cuando la cantidad de material carbonoso añadido aumenta. 2. Estudio de la influencia de la distribución del tamaño de partícula de humo de sílice comercial en las propiedades mecánicas del hormigón reforzado con fibras de carbono. También se ha estudiado la influencia de la adición de metilcelulosa como agente dispersante de las fibras que mejora la homogeneidad de la mezcla. Los resultados muestran un comportamiento diferente del hormigón dependiendo del tamaño medio de las partículas de humo de sílice (entre 1 y 60 micras). La evolución del módulo de elasticidad por compresión del hormigón reforzado con fibra de carbono está ligada a la evolución de la resistencia a la compresión con una buena coincidencia con los valores de la fórmula del CEB (Comité Euro-international du Béton). Este parámetro disminuye levemente por la adición de metilcelulosa. 3. Estudio de la influencia de la adición de diferentes tipos de materiales carbonosos (polvo de grafito y varios tipos de fibra de carbono), de una ceniza volante con diferentes contenidos de fase magnética y de una mezcla de ambos, sobre la capacidad de apantallar interferencias electromagnéticas de pastas de cemento Pórtland. Entre los parámetros estudiados se encuentra: el tipo de material carbonoso, la relación de aspecto del material carbonoso, el espesor del material compuesto, la frecuencia de la radiación electromagnética incidente y el porcentaje de fracción magnética en la ceniza volante. Los resultados obtenidos indican que entre los materiales carbonosos estudiados son las fibras de carbono basadas en poliacrilonitrilo con una mayor relación de aspecto las que dan mejores resultados de apantallamiento. Al aumentar el espesor del material compuesto o la frecuencia de radiación también aumenta la eficacia del apantallamiento. En lo que respecta a la ceniza volante, el incremento de la fracción magnética de la ceniza incrementa el nivel de apantallamiento. No obstante, los resultados más eficaces se obtienen por la adición conjunta de fibras de carbono y ceniza volante debido a un efecto sinérgico. 4. Estudio de la influencia de la oxidación de diferentes tipos de material carbonoso, con diversos agentes oxidantes, que modifican la superficie de los materiales carbonosos y su interacción con la pasta cementante. Estudio de las propiedades mecánicas de los morteros de cemento con adición de material carbonoso, previamente oxidado Cinco tipos de tratamiento de oxidación (aire a 250 ºC, aire a 410 ºC, ozono, H2O2 y HNO3) se aplicaron a polvo de grafito, fibra de carbono en polvo y fibras cortas de carbono para evaluar la influencia de la modificación de su superficie en su interacción con la pasta de cemento. El mejor tratamiento de oxidación en términos de un incremento de la resistencia mecánica fue la oxidación con aire a 410 ºC, porque este procedimiento proporciona la más alta cantidad de grupos superficiales oxigenados, de modo que se consigue una mejor interacción con la pasta de cemento. Por otra parte, el tratamiento con ozono ha demostrado que produce un alto nivel en la mejora de las propiedades mecánicas, pero en este caso puede ser debido a un efecto físico al formarse una superficie rugosa en el material carbonoso, mejorando el anclaje a la pasta de cemento.