Matrices cementicias multifuncionales mediante adición de nanofibras de carbono

La principal funcion del hormigon es la estructural. Frente a sus caracteristicas dielectricas, la adicion a la pasta de materiales conductores (fibra, nanofibras o nanotubos de carbono, polvo de grafito, fibras metalicas, etc.) lo puede transformar en un material conductor, estableciendose asi la posibilidad de realizar mas funciones que la estrictamente estructural, es decir transformandose 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 mecanico ni su durabilidad. Entre las funciones que puede desarrollar un material cementicio conductor estan la percepcion de la deformacion y del dano estructural, el apantallamiento de ondas electromagneticas, la termica (accion contra las heladas o calefaccion de estancias), su utilizacion como anodo en la tecnica de extraccion electroquimica de cloruros o la proteccion catodica, entre otras muchas. El ahorro economico que supondria esta implementacion ya justifica por si solo la necesidad de analisis cientificos en profundidad. En las ultimas decadas se han presentado a la comunidad cientifica un numero significativo de estudios sobre distintas matrices con adicion de fibras de carbono, polvo de grafito o fibras de acero, como elemento conductor. Por otra parte, mas recientemente la nanotecnologia ha experimentado tremendos avances en muy distintos ambitos cientificos. Dentro de este campo destacan especialmente los nanotubos de carbono (NTC) y las nanofibras de carbono (NFC) por sus apreciables cualidades mecanicas, termicas y electricas. Sin embargo, a pesar de la gran cantidad de avances en muy diversos materiales compuestos y aplicaciones practicas (componentes electronicos, sensores, matrices polimericas, metalicas o ceramicas, etc.) se ha prestado escasa atencion al potencial uso de aquellos en matrices cementicias. Es mas, la mayoria de estos trabajos se han centrado mas en la utilizacion de NTC que en la de NFC. Ambos poseen propiedades similares, pero el coste de estas ultimas es mucho menor. Ademas de este problema economico, la ciencia se enfrenta a dos factores clave (fundamentales en la mejora del comportamiento final de los materiales compuestos) no resueltos actualmente: la dispersion de estos nanomateriales en las matrices y la union entre ambos, el nanomaterial con la matriz. Tanto el refuerzo estructural como las posibles aplicaciones practicas son de interes para la ingenieria civil. Asi, el presente trabajo se basa en el estudio de materiales cementicios con adicion de NFC, dividiendolo en dos partes claramente diferenciadas. En la primera, correspondiente al Capitulo II, se trata de avanzar en el conocimiento en cuanto a caracteristicas mecanicas y a durabilidad; se estudia la velocidad de propagacion de ultrasonidos, la resistencia a compresion, la resistencia a flexotraccion, la densidad y la porosidad, de morteros con y sin sustitucion de parte del cemento por humo de silice (HS). Ademas se estudia la velocidad de hidratacion de pastas, igualmente con y sin HS, asi como la velocidad de corrosion de aceros embebidos en pastas de cemento, frente a fenomenos como la carbonatacion y el ingreso de cloruros. En la segunda parte, correspondiente al Capitulo III, se trata de analizar la viabilidad de pastas de cemento con adicion de NFC en distintas funciones y aplicaciones practicas, como son: * El apantallamiento de ondas electromagneticas (EMI). * La funcion termica, con el objetivo final de elevar la temperatura de estancias o de prevenir y/o provocar el deshielo en infraestructuras viarias. * La percepcion de la deformacion y del dano estructural. El objetivo general de esta tesis es el estudio de materiales cementicios conductores multifuncionales (MCCM) con adicion de nanofibras de carbono (NFC), que abordara dos aspectos distintos pero complementarios, desarrollados en las dos partes comentadas (caracterizacion fisico-quimica y aplicaciones practicas). Se ha podido comprobar, de acuerdo a los parametros estudiados, que la adicion de NFC iguala o mejora el comportamiento mecanico de morteros de cemento, que produce una leve aceleracion en el proceso de hidratacion de pastas cementicias y que puede implicar un aumento de corrosion de las armaduras embebidas. En cuanto a las funciones analizadas, se obtuvieron apantallamientos EMI similares al patron (0% NFC) para pastas hasta el 2% de adicion de NFC, y superiores al 70% para pastas a partir de un 5% de NFC. Se comprobo que las pastas de cemento con un 5% de NFC fabricadas mediante proyeccion son posibles candidatas para aplicaciones termicas como calefaccion de estancias o deshielo de infraestructuras. Se obtuvieron pastas capaces de percibir su propia deformacion y su propio dano estructural. Por ultimo, se fabricaron pastas que, a modo de sensor, adheridas a elementos estructurales, fueron capaces de percibir la deformacion de estos.