Matrices cementicias multifuncionales mediante adición de nanofibras de carbono
- Autores: Óscar Galao Malo
- Directores de la Tesis: Pedro Garcés Terradillos (dir. tes.), Emilio Zornoza Gómez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat d'Alacant / Universidad de Alicante ( España ) en 2012
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis García Andión (presid.), Isidro Sánchez Martín (secret.), Francisco Javier Cases Iborra (voc.), Luis Carretero López (voc.), Miguel Angel Fernández Prada (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: RUA
- Resumen
La principal función del hormigón es la estructural. Frente a sus características dieléctricas, la adición a la pasta de materiales conductores (fibra, nanofibras o nanotubos de carbono, polvo de grafito, fibras metálicas, etc.) lo puede transformar en un material conductor, estableciéndose así la posibilidad de realizar más funciones que la estrictamente estructural, es decir transformándose en un material cementicio conductor multifuncional (MCCM). Obviamente, de ser incorporados a materiales estructurales, es imprescindible que estos "nuevos materiales" no vean mermado su comportamiento mecánico ni su durabilidad. Entre las funciones que puede desarrollar un material cementicio conductor están la percepción de la deformación y del daño estructural, el apantallamiento de ondas electromagnéticas, la térmica (acción contra las heladas o calefacción de estancias), su utilización como ánodo en la técnica de extracción electroquímica de cloruros o la protección catódica, entre otras muchas. El ahorro económico que supondría esta implementación ya justifica por sí solo la necesidad de análisis científicos en profundidad.
En las últimas décadas se han presentado a la comunidad científica un número significativo de estudios sobre distintas matrices con adición de fibras de carbono, polvo de grafito o fibras de acero, como elemento conductor. Por otra parte, más recientemente la nanotecnología ha experimentado tremendos avances en muy distintos ámbitos científicos. Dentro de este campo destacan especialmente los nanotubos de carbono (NTC) y las nanofibras de carbono (NFC) por sus apreciables cualidades mecánicas, térmicas y eléctricas. Sin embargo, a pesar de la gran cantidad de avances en muy diversos materiales compuestos y aplicaciones prácticas (componentes electrónicos, sensores, matrices poliméricas, metálicas o cerámicas, etc.) se ha prestado escasa atención al potencial uso de aquellos en matrices cementicias. Es más, la mayoría de estos trabajos se han centrado más en la utilización de NTC que en la de NFC. Ambos poseen propiedades similares, pero el coste de estas últimas es mucho menor. Además de este problema económico, la ciencia se enfrenta a dos factores clave (fundamentales en la mejora del comportamiento final de los materiales compuestos) no resueltos actualmente: la dispersión de estos nanomateriales en las matrices y la unión entre ambos, el nanomaterial con la matriz.
Tanto el refuerzo estructural como las posibles aplicaciones prácticas son de interés para la ingeniería civil. Así, el presente trabajo se basa en el estudio de materiales cementicios con adición de NFC, dividiéndolo en dos partes claramente diferenciadas. En la primera, correspondiente al Capítulo II, se trata de avanzar en el conocimiento en cuanto a características mecánicas y a durabilidad; se estudia la velocidad de propagación de ultrasonidos, la resistencia a compresión, la resistencia a flexotracción, la densidad y la porosidad, de morteros con y sin sustitución de parte del cemento por humo de sílice (HS). Además se estudia la velocidad de hidratación de pastas, igualmente con y sin HS, así como la velocidad de corrosión de aceros embebidos en pastas de cemento, frente a fenómenos como la carbonatación y el ingreso de cloruros. En la segunda parte, correspondiente al Capítulo III, se trata de analizar la viabilidad de pastas de cemento con adición de NFC en distintas funciones y aplicaciones prácticas, como son:
* El apantallamiento de ondas electromagnéticas (EMI).
* La función térmica, con el objetivo final de elevar la temperatura de estancias o de prevenir y/o provocar el deshielo en infraestructuras viarias.
* La percepción de la deformación y del daño estructural.
El objetivo general de esta tesis es el estudio de materiales cementicios conductores multifuncionales (MCCM) con adición de nanofibras de carbono (NFC), que abordará dos aspectos distintos pero complementarios, desarrollados en las dos partes comentadas (caracterización físico-química y aplicaciones prácticas).
Se ha podido comprobar, de acuerdo a los parámetros estudiados, que la adición de NFC iguala o mejora el comportamiento mecánico de morteros de cemento, que produce una leve aceleración en el proceso de hidratación de pastas cementicias y que puede implicar un aumento de corrosión de las armaduras embebidas. En cuanto a las funciones analizadas, se obtuvieron apantallamientos EMI similares al patrón (0% NFC) para pastas hasta el 2% de adición de NFC, y superiores al 70% para pastas a partir de un 5% de NFC. Se comprobó que las pastas de cemento con un 5% de NFC fabricadas mediante proyección son posibles candidatas para aplicaciones térmicas como calefacción de estancias o deshielo de infraestructuras. Se obtuvieron pastas capaces de percibir su propia deformación y su propio daño estructural. Por último, se fabricaron pastas que, a modo de sensor, adheridas a elementos estructurales, fueron capaces de percibir la deformación de éstos.
