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Ing. Amando Padilla Ramirez Ing Gilberto Galindo Castro Ing. Luis Miguel Morelos Gilberto Contreras M t i l t l Materiales compuestos en la construcción
Concretos Poliméricos
Concretos Poliméricos El concreto polimérico es un material compuesto con propiedades tales que le permiten ser usado en muchos casos como un sustituto de los concretos Portland normales.
Que es el Concreto Polimérico? Es una mezcla de: Resinas poliméricas (poliéster, acrílicas, epóxicas, furánicas) Cargas minerales ( arenas, cuarzos, carbonatos, sílicas) Fibra de vidrio Que permite un rápido curado y alta resistencia mecánica, mínimaabsorción absorción de agua
Concreto Polimérico Cargas Resina Refuerzos Aditivos (Catalizador, acelerador, etc.) (Arena Silca, Marmolina, Carbonate de Calcio) (Fibra de Vidrio, Varilla, etc.) (Pigmentos, humectantes, etc.)
Similitud ilit con concreto Portland Concreto Polimérico Resina Cargas (arena,talco, carbonato de calcio) Catalizador Fibras Concreto Portland Cemento Arenas y gravas Agua Refuerzos (varillas)
Ventajas Alta resistencia mecánica Alta resistencia al rayado Alta resistencia al agua Alta resistencia química Alta resistencia a UV Impermeable Soporte para equipos eléctricos
Bajo peso especifico Alta resistencia mecánica. Resistencia a la flexión y tensión son superiores a la del concreto Alta resistencia química a ácidos, álcalis y otros elementos corrosivos Baja absorción de humedad. Menos 1% (ASTM D 570) Resistente al impacto. (ASTM D 2444) Estable bajo condiciones de congelación
Comparación con concreto normal Característica Concreto de Concreto Cemento Polimérico Peso Volumétrico Kg/m 3 2200-2400 1500-2400 Resistencia. Compresión Kg/cm 2 51-611 509-1528 Resistencia. Tensión Kg/cm 2 11-74 153-560 Módulo elástico x10 6 Kg/cm 2 0.05-0.40 0.10-0.45 Resistencia i al Corte Kg/cm 2 8491 8.4-9.1 45.6-49.2 49 Resistencia. Ciclos Congelamiento/descongelamiento l i t (Ciclos / % perdida peso) 750/25 1600/0
Construcción y vivienda Industria química Procesamiento de alimentos Ingeniería minera y civil Aplicaciones
Ductos
Drenado
Aplicaciones i Tb Tubería por vaciado id vertical y vibrado entre dos moldes. Que son empleadas para el manejo deaguas agresivas (aguas negras, desechos químicos)
Ductos y tubos Puede ser usado para fabricar o reparar tuberías Las tuberías de concreto, se vacían verticalmente dentro de moldes metálicos usando vibración para la óptima compactación de acuerdo a los estándares de vaciados de concreto hidráulico.
CARACTERÍSTICAS Tuberías rígidas resistentes a al corrosión ampliamente usadas en estructuras t de manejo de aguas de desecho Las tuberías son económicamente viables porsu bajomantenimiento en la industria del manejo de aguas industriales y de desecho, fosos colectores, secciones estructurales t y en la Industria minera
Resistencia a solventes y Químicos Concreto Polimérico Cemento Portland Agua Ok Permeable Gasolina Ok Permeable Aceite Hidráulico Ok Permeable Sosa cáustica) ca) Ok Corroe Ácidos Ok Corroe Sales terreas Ok Corroe oe
Aplicaciones Eléctricas Aplicaciones Eléctricas asilantes de bajo y alto voltaje
Pisos industriales Losetas para piso Pisos industriales i Automotrices Estampado Químicos Electromecánicos Sistemas de reparación rápidos
Reparaciones Cámara atacada por sulfatos Retiro de concreto dañado Aplicación de concreto polimérico Paredes reparadas
Reparaciones Antes Después Relleno de juntas Montajes de estructuras Reparación de grietas
Reparaciones Tiempo de curado de 1 hora dependiendo del temperatura del ambiente y de lassuperficiessuperficies
Otras aplicaciones Partes resistentes a la corrosión Soportes de postes Soportes para Cabinas eléctricas Soportes para señalizaciones de tránsito
Construcción Fachadas Alfeizar de ventanas
/ Wall claddings
Industria sanitaria
Cocinas y tarjas
Soportes de maquinaria a a
Otras aplicaciones Escultura del gorila plateado en concreto polimérico para el Zoológico londinense.
Donde usar el Concreto Polimérico Debido a un costo mayor que el cemento Portland, los concretos poliméricos deben ser usados solo en aplicaciones i en los cuales los altos costos sean justificados por: Propiedades superiores, mecánicas químicas Menor costo de mano de obra Menor requerimiento de energía durante el proceso y manejo.
Debido a sus propiedades p el concreto polimérico tiene múltiples aplicaciones en nuestros días: Producciónde de productos prefabricados para sistemasde drenado y alcantarillado en puentes Producciónde de canales, conductos de desagüe, registros del drenaje y de tanques industriales, Producción de tanques industriales para electrólisis de materiales no ferrosos Producción de producción de los registros y canales de drenado de aguas residuales industriales agresivas, y tanques de almacenaje para sustancias corrosivas, e.g. los ácidos, bases. Recubrimientos de alta resistencia química en ductos, cámaras, etc.
Variables de Formulación de los Concretos Poliméricos Tipo y contenido de: Resina (poliéster, epóxica) Cargas (arenas, talcos, etc.) Refuerzos (fibras de vidrio, carbón) Catalizador
Importancia de la resina La resina, funciona como aglutinante o matriz, db debe de: mojar y adherir las cargas, proteger al concreto del medio ambiente, evitando la absorción de agua y ser capaz de transferir la carga a los agregados.
Tipos de resina en los Concretos Poliméricos Tiposde resinas más usuales Poliéster Epóxica Acrílica (PMMA) Furánicas Concreto Furano Epoxi Poliéster PMMA 0 50 100 150 200 250 Resistencia a la Compresión MPa
Características delas Resinas más comunes Resina Poliéster isoftálica Poliéster Ortoftálica Mezclas con DCPD Epóxica Características Resistencia a sistemas corrosivos. Uso generales, buenas propiedades mecánicas Baja viscosidad mayor capacidad de carga Alta resistencia mecánica y a la corrosión
Características de las resinas poliéster en los concretos poliméricos Resina Características Aplicaciones Poliéster Relativamente fuerte, buena adhesión a otros materiales, buena resistencia química y al congelamiento, pero alto encogimiento en el proceso. Debido a su bajo costo, ampliamente usado en paneles para edificios públicos y comerciales, pisos, tubería, escaleras, y otras aplicaciones de vaciado.
Características acte cas de las resinas Las resinas son formuladas tomando en cuenta las necesidades del usuario final. Son resilentes, promovidas, no tixotrópicas, formuladas para usarse con varias cargas en la fabricación de concreto polimérico y productos similares.
Selección de resinas Resulta importante t no solo las propiedades idd mecánicas y químicas de la resina, Sino también la viscosidad y capacidad de incorporación de cargas.
Resina Ortoftalica: A596 07 Resina Ortoftalica Modificada A834 PP 08A MI21BG Resina isoftálica
Resina Ortoftálica A596 07 Alta aceptación de carga. Tiempos de gelado y curado apropiados para tener altos índices de productividad. Buen desarrollo de dureza Buenaresistencia alimpacto Exotermia controlada que permite evitar estrellamientos en procesos de alta productividad. En ciclos normales de producción generalmente no requieren post curado.
Resina Ortoftálica A596 07 El compuesto polimérico fabricado presenta buena resistencia al intemperismo. Baja absorción de agua. Resistencia química moderada en ambientes alcalinos o ácidos. En ambientes donde los requerimientos de resistencia a la corrosión son elevados se sugiere contactar al representante de ventas para solicitar asistencia técnica.
Selección de cargas La carga tiene dos efectos importantes, Uno en la resistencia mecánica y El otro en la cantidad de resina requerida debido a la absorción de resina por parte de la carga. Mi t l b ió á Mientras menor sea la absorción, menor será la cantidad de resina requerida y el costo será menor.
A834 PP 08A Orto Modificada, d Presenta las mismas características que la A 596 07 con las siguientes variantes: Las resinas Orto Modificadas generalmente son mas económicas cas Menor viscosidad con alto contenido de sólidos. Color ámbar, mas obscuro que una Ortoftalica.
A834 PP 08A Orto Modificada Las resinas Orto Modificadas por su composición química tienden a atacarlos desmoldantes y pegarse a los moldes de PRFV, por lo cual es recomendable usarla en moldes de caucho de silicón (RTV). Si se usa en Moldes de PRFV se recomienda primero realizar una serie de pruebas con su desmoldante, antes de iniciar producción.
Consumo de Resina Poliéster en el Concreto Polimérico El nivel de resina en una formulación típica varia entre 12% y 18%. Estos niveles pueden subir o bajar según lo eficiente de la compactación de los agregados g o la fluidez requerida.
Tipos de Cargas de los concretos poliméricos Además de arenas, se emplean : Gravas, carbonatos, talcos, silicas, granito, cuarzo, cerámicas, microesferas de vidrio, y cargas metálicas. Generalmente, los materiales sólidos no absorbentes b pueden ser usados en como cargas
Selección de las Cargas En la selección de una carga, se debe considerar las siguientes características Bajo costo, disponibilidad Facilidad d de mojado jd Buena adhesión Baja abrasividad Baja absorción de aceite Alta Resistencia química Baja absorción de humedad Alta estabilidad térmica
Efecto del tipo de Carga en las Propiedades de Concretos poliméricos Variables: Tipo de carga Tamaño y distribución de partícula Grado decompactación (factorde empaquetamiento
Selección de cargas El factor de empaquetamiento está involucrado también con el cantidad de resina ya que esta deberá de llenar los huecos entre las partículas. Por lo que mientras mayor sea el factor de empaquetamiento, menor será la cantidad de resina.
Factor de empaquetamiento En un sistema de un solo tamaño de partículas, el volumen ocupado por las esferas es del 60 al 64% del volumen de empaquetamiento Por lo que alrededor d de un40% corresponde a huecos entre las partículas
Factor de empaquetamiento La forma de incrementar el factor de empaqueta-miento es empleando al menos sistemas binarios de partículas. Si se emplean sistemas terciarios o cuaternarios el factor de empaquetamien-to se incrementa.
Factor de empaquetamiento Obviamente, si el tamaño de la partícula fina es más pequeña, la densidad de empaquetamiento se incrementa.
Factor de empaquetamiento Densidad de empaquetamiento teórico y experimental para sistemas mono, bi, ter y cuaternarios Composición Densidad de empaque % Com Malla Diáme- Rel Fracc X1 X2 X3 X4 Calculado l Experimental ponenttro Diámetros en Vol de huecos 1 0.5050 316 45.3 1.000 60.5 58 2 14 0.0610 38 37.5 0.726 0.274 85.9 80 3 60 0.0110 7 37.5 0.647 0.244 0.109 94.2 89.2 4 400 0.0016 1 42.5 0.607 0.230 0.102 0.061 97.5 95.1
Beneficios El incrementar el factor de empaquetamiento a permitido reducir la cantidad de resina, en el concreto.
Mezcla típica de agregados Diámetro medio mm Composición % Arena Malla 6 1.67 32% Polvo de mármol grueso 1.19 a 0.83 38% Arena malla 30 0.58 19% Carbonato de calcio malla 0.043043 11% 325
Resistencia a la compresión de concretos poliméricos i (kg/cm2)
Ventajas de los concretos poliméricos Debido a los componentes naturales es un material favorable al medio ambiente, los desechos pueden ser usados nuevamente en el proceso de producción, Buena adherencia a los materiales de la construcción (acero, concreto tradicional), Buena capacidad de amortiguar las vibraciones, debido a la resina contenida en el material, Posibilidad para obtener superficies muy lisas que garantizan muchos usos prácticos,
Ventajas de los concretos poliméricos Posibilidad b para a diseñar dse acabados y colores o específicos. cos Alta durabilidad del color y alta resistencia a la radiación UV), Resistencia a cambios climáticos y factores atmosféricos Tiempos de instalación cortos Fácil de perforar, l y cortar con sierras de diamante Alta resistencia i a la abrasión (comparable con granito).
Costos y tiempos de proceso
Composicióndelcosto costo delconcreto polimérico
Ventajas y desventajas del Concreto Polimérico Los tiempos de procesos del concreto polimérico son cortos. Generalmente de 8 a a 10 veces menores que los del concreto Portland. Los costos son generalmente mayores, aunque en algunos casos bajo las mismas condiciones de resistencia mecánica pueden ser menores que los del cemento Portland.
Tiempo de Proceso (tapa de registro) Operación Concreto Polimérico Concreto Portland Minutos Horas Minutos Horas Preparación molde 15 0.25 15 0.25 Mezclado 15 025 0.25 15 025 0.25 Desmolde 40 0.67 120 2.0 Curado 70 1.17 2880 48.0 Total 140 2.33 3030 50.5
Costounitario (mismo espesordetapa) Concreto polimérico Concreto Portland Costo primo 4187 1100 Proceso 100 100 Indirectos 35 35 Mano de obra 33 707 Total 4355 1942
Costo unitario (misma resistencia mecánica) Concreto Concreto polimérico Portland Costo primo 2094 1100 Proceso 100 100 Indirectos 35 35 Mano de obra 32.7 707.0 Total 2261 1942
Porque usar Concreto Polimérico Costo efectivo. Largo tiempo de vida y bajo costo de mantenimiento i Reduce costos de instalación. No requiere de equipos especiales Por su alta resistencia química Por su baja permeabilidad
Procesos Batch (mecánico o manual) Continuo
Proceso El proceso de mezclado no difiere sustancialmente del proceso de mezclado del concreto Portland. Pesar componentes Vaciar la resina, Mezclar con la resina las cargas iniciando por la mas fina hasta la mas gruesa Finalmente mezclar el catalizador y Vaciar y compactar (vibrar) y esperar curado
Resina Agregar las mallas intermedias.., Después las mas grandes Agitar Adicionar Pigmentos y aditivos Agitar Agitar Agregar la malla mas fina. Vaciar a molde (s) Agregar Catalizador Agitar
Procesos Por lote De concreto Tanque de mezclado Olla de mezclado con brazo esclavo Vaciado Continuo Equipos de dosificación continua De 5 a 300 kg/min.
Concretos Poliméricos Ligeros Uso de micro esferas de Uso de micro esferas de cristal de boro silicato
Carga Ligeras Tipos de microesferas Propiedades de micro esferas Ventajas y limitaciones Aplicaciones
Mas fuertes más ligeras
Efecto en el peso específico 2.5 2 Grano grueso Microesfera Pes so específico 1.5 1 05 0.5 0 52% 62% % en vol de carga
Efecto de las micro esferas en propiedades mecánicas
Efecto de micro esfera en concreto polimérico
Efecto de micro esfera en concreto polimérico
Gracias!!