MATERIALES DE ÚLTIMA GENERACIÓN Y MATERIALES EFICIENTES PROGRESO RECIENTE EN COMPUESTOS DE HORMIGÓN POLÍMERO Análisis del articulo: Recent Progress in Concrete-Polymer Composites Yoshihiko Ohama, Prof.,Dr.Eng. Department of Architecture, College of Engineering, Nihon University, Koriyama, Fukushima-ken, Japan, 1997 by Elsevier Science Ltd. Estudiante: Toni Ivanova, arquitecto
Introducción En los últimos años un gran interés es orientado hacia los compuestos de hormigón polímero, debido a sus: altas prestaciones gran variedad de aplicaciones desarrollo ecológico ahorro de energía en fabricación Definición Los compuestos de hormigón polímero son los materiales que son hechos por substituyendo una parte o todo el cemento del mortero o hormigón convencional con polímeros, y por reforzando el cemento con polímeros. Se diseñan para mejorar el comportamiento físico y mecánico de hormigones y morteros. Una pregunta muy importante es como encontrar el camino mas rentable para optimizar los propiedades de los compuestos. Según algunos investigadores la solución es desarrollar un material hecho a medida para cada aplicación. Los compuestos de hormigón polímero generalmente son clasificados por su tecnología de fabricación en los tres tipos siguientes : 1. Mortero polímero modificado (PMM) y hormigón polímero modificado (PMC) 2. Mortero polímero (PM) y hormigón polímero (PC) 3. Mortero polímero impregnado (PIM) y hormigón polímero impregnado (PIC)
Figure1.Sistema y clasificación de compuestos de hormigón polímero
Mortero polímero modificado (PMM) y hormigón polímero modificado (PMC) Datos generales Materiales extensamente usados, populares en construcción desde 1980 para: Acabados y trabajos de reparación tanto sobre estructura de hormigón nueva como sobre estructura existente deteriorada Recubrimiento y reparaciones de capa superior de puentes Proceso de producción Tecnológicamente muy similar a él de mortero de cemento y hormigón convencional Son producidos por añadiendo sobre todo el látex y polímeros de emulsión al cemento Pórtland y al hormigón durante el proceso de mezclado. Las adiciones extensamente usadas son 3 tipos: Dispersiones de polímero acuosas - látex de goma, emulsiones de resina y dispersiones mixtas. Polvos de polímero redispersibles - producidos por secamiento de rociar (spraying-drying) de dispersiones de polímero Polímeros solubles en agua y monómero acrilato - sobre todo usados como adiciones poliméricas para revoques y en cemento MDF (macro-defect free cement)
Micro estructura de mortero polímero modificado Figure 1. Step 1, immediately after mixing, aggregates, cement particles, polymer particles and mixing water - small ettringite needles are formed Figure 2. Step 2, after mixing, the polymer particles interact with the cement particles and the aggregates. In the case a dry curing period is introduced, a continuous film may be formed - polymer particles flocculate together, on restricted places, no coalescence has taken place at this stage Figure 3. Step 3, cement hydration proceeds, polymer film formation starts on specific spots - polymer particles coalesce together into a continuous film Figure 2. La clasificación de adiciones poliméricas o modificantes para mortero polímero modificado (PMM) y hormigón polímero modificado (PMC) Figure 4. Final step, cement hydration continues, the polymer particles coalesce into a continuous film - cement particles are hydrated
Progreso reciente en mortero polímero modificado (PMM) y hormigón polímero modificado (PMC) Relacionado principalmente con la calidad mejorada y la variedad aumentada de las adiciones poliméricas, sus combinaciones y modificaciones. 1. La mejora de calidad de polvos poliméricos redispersibles causa la mejora de características de formación de película y propiedades de mortero polímero modificado y hormigón polímero modificado Las ventajas de polvos poliméricos redispersibles frente a dispersiones poliméricas tratamiento fácil en obra dosificación precisa en obra calidad garantizada para productos finales y su durabilidad gastos de tratamiento reducidos bajos gastos de empaquetamiento y transporte ningunos daños y perjuicios de heladas durante el almacenaje ninguna contaminación microbiológica Aplicación desarrollo de productos previamente envasados revoques decorativos, pegamentos, materiales para tratamiento de superficies 2. Empleo combinado de dispersiones poliméricas y adiciones minerales - cenizas volantes o humo de sílice 3. Nuevos sistemas de modificación epoxi - usando EP resina sin cualquier endurecedor 4. PMM único - utilización de aceites vegetales, polímeros súper absorbente
5. Modificación polimérica para PMM y PMC reforzados con fibras, y ferrocementos usando acero, cristal, polímero y fibras de carbono para viabilidad mejorada, durabilidad, aumentada resistencia de flexión, rigidez y resistencia al choque 6. Mejorado de Macro-defect free (MDF) hormigones Alta resistencia de flexión Alta resistencia de absorción de agua 7. Sistemas para reparación de estructuras de hormigón armado 8. Hormigones de alta resistencia para aplicación bajo el agua 9. Desarrollos ambientales. Madera artificial Reutilización y reciclaje desarrollo de PMM y PMC usando polvos reforzados con fibra de plástico reciclados de residuos de FRP productos
Mortero polímero (PM) y hormigón polímero (PC) Datos generales Materiales dominantes estructurales durante aproximadamente 40 años: Mortero polímero (PM) acabados en obra Hormigón polímero (PC) productos prefabricados Características Materiales compuestos de dos componentes - matriz - una resina líquida sintética y agregados minerales. Resistencias mecánicas muy altas a compresión, al choque y a flexión. Impermeabilidad al agua y resistencia a las heladas. Ausencia de porosidad mantenimiento fácil Algunos problemas de mortero y hormigón polímero Toxicidad Riesgos de explosión Peligro de incendio Olores incómodos de resinas liquidas Figura 3. Clasificación de resinas liquidas para mortero y hormigón polímero
Progreso reciente en mortero polímero (PM) y hormigón polímero (PC) 1. Desarrollo de nuevas resinas líquidas de alto peso molecular, bajo olor 2. Refuerzo de PC y PM - con barras suaves de acero, barras de acero de fuerza alta, FRP barras, carbón, acero o fibras de vidrio 3. Curado a tº bajas - entre 0-25º y la resistencia a helados permite trabajos de reparación en ambientes severos 4. Durabilidad a largo plazo 30-años experiencia en aplicación de EP hormigón en estructuras hidráulicas 5. Sistemas automatizados de aplicación de PM y PC Small-diameter shield tunneling with a quick-setting UP Mezclado automatizado y pavimento continuo y recubrimiento con hormigón polímero Reducción de coste y un balance bueno coste - comportamiento 6. PC y PM para aplicación bajo el agua 7. Sistemas de reparación de estructuras de hormigón armado usando PM y PC 8. PM y PC para estructuras de las herramientas de máquinas
9. Productos prefabricados de PM y PC reducción de coste y un balance bueno coste - prestaciones Sistemas de fabricación en serie Tubos de alta resistencia Paneles balísticos Aisladores eléctricos Tuberías ecológicas con filtros 10. Baldosas y paneles de mármol artificial - de pastas poliméricas con rellenos que mejora su comportamiento frente al fuego. Demanda creciente de productos artificiales de mármol Posibilidad de aplicación al exterior debido a su mejorada resistencia a los factores atmosféricos Reutilización y reciclaje desarrollo de PM y PC usando resinas recicladas de PET botellas y FRP productos desarrollo de productos de UP hormigón con agregado de residuo de cristal Figura 3. Clasificación de piedras artificiales poliméricas en Japón
Mortero polímero impregnado (PIM) y hormigón polímero impregnado (PIC) Datos generales Corrientemente PIM y PIC son poco usados como materiales de construcción debido a su alto coste de tratamiento y torpeza en la aplicación, a pesar de sus prestaciones excelentes. Ozawa Concrete Industries, Japan el único fabricante en el mundo Productos principales: Formas permanentes para mejorar la durabilidad de estructuras de hormigón armado Progreso reciente en Mortero polímero impregnado (PIM) y hormigón polímero impregnado (PIC) 1. Mejora de durabilidad de estructuras de hormigón armado por productos prefabricados de PIC Desarrollo de técnicas de impregnación polimérica en obra para prevenir la corrosión. 2. Impregnación polimérica de piedra natural Desarrollo de técnicas de impregnación polimérica en obra usando resinas sintéticas para conservación de piedra natural en casco cultural e histórico. Mejora de calidad de piedras suaves como tuff, arena apedrea y andesita por la impregnación de polímero que usa MMA (productos de metacrilato)
Actividades de standardización y producción Entre los países que usan compuestos de hormigón polímero, actividades de standardización sobre sus métodos de prueba y exigencias de calidad ha sido en curso en los Estados Unidos, Japón, el Reino Unido, Rusia y Alemania. Las tablas siguientes catalogan los estándares principales, especificaciones y guías para CPC en países avanzados.
Conclusiones 1. El empleo de polímeros en la industria de construcción regularmente crece. PMM y PMC, PM y PC son materiales de construcción compuestos, de altas prestaciones y gran variedad de aplicaciones que activamente han sido desarrollados en años recientes, en particular en países avanzados, para enfrentarse con las innovaciones técnicas. La acción sinérgica de polímeros y el hormigón de cemento ofrece grandes oportunidades para la mejora y una amplia gama de usos y propiedades nuevas e innovadoras. 2. Actualmente un gran interés es enfocado en: Polvos de polímero redispercibles de calidad superior Materiales para reparación y mejora de durabilidad de estructuras de hormigón armado Sistemas de fabricación en serie Sistemas automatizadas de aplicación de hormigones polímeros compuestos en obra Productos artificiales de mármol Estructuras de herramientas de máquinas Desarrollo de técnicas de impregnación polimérica en obra para mejora de durabilidad de estructuras de hormigón armado. Desarrollo de técnicas de impregnación polimérica en obra para conservación de piedra natural en casco cultural e histórico 3. Reutilización y reciclaje incorporación de residuos en la fabricación de compuestos de hormigones polímeros para desarrollar materiales de construcción eficientes.
Referencias 1. Ohama Yoshihiko, Recent Rrogress in Concrete-Polymer Composites, Elsevier Science Ltd., 1997 2. Dieter Urban, Koichi Tkamura, Polymer Dispersions and Their Industrial Applications, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2002 3. Van Gemert, D., Beeldens,A., Knapen, E., Contribution of Concrete-Polymer Composites to Sustainable Construction Materiales and Systems, K.U.Leuven, Belgium 4. Van Gemert, D., Research and Development in Design and Application of Concrete-Polymer Composites in Europe, Civil Enginnering Department, K.U.Leuven, Belgium 5. Van Gemert, D., Knapen, E., Concrete-Polymer Composites: Synergies and Prospects, K.U.Leuven, Belgium 6. Lech Czarnecki, Andrzej Garbacz, Pawel Lukowski, James R.Clifton, Optimization of Polymer- Concrete Composites:Final Report, Building and Fire Research Laboratory, National Institute of Standarts and Technology, Gaithesburg, Maryland, 1999 7. Dow Chemicals, DLP Redispersible Polymer Powders Application and Usage Guide 8. www.sika.es/sika-doc/webmarca/index.html