Caracterización de fibras de aphandra natalia para refuerzo de morteros cementicios de edificación
- Autores: Cristian Balcázar Arciniega
- Directores de la Tesis: Francisco Hernández Olivares (dir. tes.), Javier Pinilla Melo (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Materias:
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- Resumen
Esta tesis en correspondencia con el uso de recursos naturales renovables para reducir el efecto perjudicial de los materiales sintéticos en el medio ambiente encontró el desafío en estudiar una fibra poco común como la de Aphandra natalia. Además, convertir los subproductos de los desechos agrícolas como las cenizas de cáscara de arroz (RHA ), y los subproductos de los desechos de la construcción como el polvo fino de mortero de cemento calcinado reciclado (BRMF ), en productos de utilidad para morteros cementicios de edificación. Se abordaron las propiedades físicas, mecánicas y de microestructura de las fibras, su durabilidad en medios alcalinos, y su desempeño en morteros de cemento, sin tratar, con tratamiento alcalino, y con una capa de recubrimiento de agentes hidrófugos y materiales cementantes suplementarios (SCM ).
En primer lugar, las fibras se clasificaron por su grosor en seis rangos de frecuencias relativas, después fueron ensayadas a tracción, y examinadas mediante microscopía electrónica, y microscopía electrónica de barrido (SEM ). Se utilizó el módulo de Weibull para cuantificar el grado de variabilidad de la resistencia a la tracción, módulo de Young, y deformación de rotura en relación a los defectos sobre la superficie y la microestructura de las fibras. Los estudios fueron complementados con los análisis de densidad, absorción de agua, y contenido de humedad. Se reconocieron fibras con su microestructura completa y fibras fragmentadas o separadas. Se detectó en las fibras con su microestructura completa, que la médula y los defectos que conlleva su presencia sobre la superficie aumenta la probabilidad de falla a una tensión inferior que las fibras con microestructura fragmentada. También se encontró una relación inversamente proporcional entre los valores de la media de la resistencia a la tracción y la media del módulo de Young obtenidos del análisis estadístico Weibull, y la media aritmética del grosor y el área de la sección transversal en el plano de fractura de las fibras ensayadas a tracción en relación a los seis rangos de frecuencia. Los valores más altos de resistencia a la tracción y módulo de Young corresponden a las fibras más finas, sin embargo, los valores más altos de deformación de rotura corresponden a las fibras más gruesas.
En segundo lugar, se caracterizaron los SCM: RHA, BRMF, y humo de sílice (SF ). Se analizaron sus propiedades químicas a través de la técnica de espectroscopia de fluorescencia de rayos X (FRX ), se determinó la distribución del tamaño de partícula por tamizado, se observó la morfología de las partículas a través de microscopía óptica, y se analizó la efectividad puzolánica como sustituto de cemento a través de la medición del pH de soluciones de agua- cemento, y soluciones agua – cemento – SCM. Los tres SCM disminuyeron la alcalinidad del cemento, sin embargo, RHA y SF por su composición química rica en sílice y una mejor calidad de partícula mostraron mejores resultados que BRMF.
Finalmente, se determinaron los valores de las propiedades físicas (densidad aparente, porosidad abierta, coeficiente de absorción de agua por inmersión, y capilaridad), y mecánicas (resistencia a la flexión y módulo de elasticidad) de los morteros endurecidos con fibras sin tratar, con fibras tratadas con hidróxido de calcio, y con fibras recubiertas con una capa de látex de caucho natural (NRL ) - SCM, y aceite de linaza (LO ) - SCM. Después de los ensayos de resistencia a la flexión las probetas de mortero fibroso fueron divididas en dos partes, las fibras expuestas en el punto de fractura fueron separadas del hormigón y observadas mediante microscopia electrónica, mientras que una de las partes de las probetas fue usada para determinar las propiedades físicas, la otra fue triturada para obtener el valor del pH de la solución de poros. A la par, se estudió la durabilidad de las fibras en un medio alcalino. Las fibras sin tratar, tratadas con hidróxido de calcio, y recubiertas con una capa de NRL - SCM, y LO - SCM fueron sumergidas en una solución de hidróxido de sodio por 98 días pesándolas cada 7 días. Tanto los ensayos de capilaridad, pH de la solución de poros de los morteros triturados, y de durabilidad de las fibras en medios alcalinas se realizaron con el propósito de predecir con ayuda de artículos científicos la durabilidad de los morteros fibrosos investigados. Los resultados mostraron, primero, que el recubrimiento de las fibras con una capa de NRL- SCM mejoró la resistencia a la flexión de los morteros endurecidos a 28 días de curado, también disminuyó la degradación de las fibras en medios alcalinos en relación a las fibras sin tratar, a las fibras tratadas con hidróxido de calcio, y a las fibras recubiertas con una capa de LO - SCM; segundo, NRL presentó mayor compatibilidad con los SCM que LO; tercero, NRL fue mejor impermeabilizante para las fibras que LO; cuarto, las RHA presentaron mayor compatibilidad con el polímero y el aceite que SF o BRMF; finalmente, el efecto combinado NRL - BRMF mejoró la resistencia a la flexión de los morteros de 28 días de curado, sin embargo después de ese tiempo el incremento de pH de las solución de poros de los morteros triturados en relación a los morteros sin fibras señaló que el efecto puzolánico de BRMF no fue sostenible. Esto guardó correspondencia con los valores del ensayo de la durabilidad de las fibras en un medio alcalino, las fibras recubiertas con una capa de NRL - BRMF presentaron menor pérdida de masa a los 28 días, pero a los 98 días los valores fueron más altos incluso que las fibras sin tratar. Estas observaciones pueden traducirse en un mortero fibroso (NRL-BRMF) con menor durabilidad ante la humedad del agua que los morteros sin fibras, que los morteros con fibras sin tratar, y que los morteros con fibras tratadas con hidróxido de calcio.
