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TEJAS CORRUGADAS Y PLACAS PLANAS BASADAS EN

MATRIZ CEMENTICIA REFORZADA CON FIBRAS DE FIQUE

Grupo de Investigación Materiales Compuestos Escuela de Ingeniería de Materiales

Silvio Delvasto, Edward Fernando Toro, Marie-Ange Arsene, Ketty Bilba, Cristel Onessipe

ECOS-Nord Colombia proyecto C05P03: compuestos fibras vegetales-cemento apoyado por COLCIENCIAS/MEN/ICETEX y gobierno francés

CYTED: Acción de coordinación de proyectos de investigación 307AC0307

Residuos Agro-Industriales: FuenteSostenible de Materiales de Construcción (VALORES)

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contenido

1 Resumen2 Introducción3 Motivación4 Antecedentes5 Formulación y Dosificaciones6 Caracterización del Cemento y propiedades de la arena7 Proceso de Fabricación al Vacio8 Fibra de Fique9 Interface10 Comportamiento a la flexión:• Fibras de Fique• Aditivos que realzan la viscosidad (VEAs)• Bentonita• Polímero Acrílico Estirenado• Pulpa de papel11 Comentarios12 Conclusiones

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ResumenUno de los principales problemas en el estudio de los elementos laminares (paneles, cubiertas) tiene relación con la obtención de resistencias a la flexión comparables con las que tienen los productos de asbesto-cemento. Por ello, se investigó la relación de cada tipo de componente de la matriz y de la fase reforzante sobre las propiedades a la flexión del material compuesto. Se utilizóun cemento Pórtland tipo I y varias adiciones y aditivos con el propósito de mejorar las propiedades reológicas. Básicamente, se estudió el efecto de incluir en la matriz fibras de refuerzo de fique, una bentonita, un humo sílice, pulpa de celulosa y un polímero acrílico estirenado. Se encontró que las prestaciones a la flexión desarrolladas por la matriz con la fibra de fique en placas planas se reducen, aunque en algunas mezclas se aminora o aun aumentan, dependiendo de la sinergía con los otros constituyentes. En elementos ondulados se aprecia un ligero incremento al reforzar con la fibra natural. Se aprecia que las fibras de fique son indispensables cuando se ondulan los especimenes al actuar como agentes de moldeo. La inclusión de bentonita produce un decaimiento en las resistencias en elementos sin otro tipo de adición y con refuerzo de fibra o con incorporación de pulpa de papel. La presencia de otros componentes modificadores de la matriz y que coaligan al efecto cementante como el humo de sílice y el polímero hacen que las resistencia no se afecte y por el contrario mejoren en algunos casos. La modificación de la matriz con el polímero resulta en mayores resistencias a la flexión en la mayor parte de las combinaciones de componentes. Lo mismo no puede afirmarse de la incorporación de otros componentes. La pulpa de celulosa actúa más como ayuda reológica y agentes de moldeo. Una pequeña adición de una puzolana como el humo de sílice contribuye ligeramente al desarrollo resistente, en la mayor parte de los casos, aunque la relación costo-beneficio no parece hacer favorable su inclusión.

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La cooperación internacional ha focalizado su atención a la solución del problema de materiales

para vivienda de interés social o de bajo costo

Esta presentacion en la reunion del proyecto VALORES de la red CYTED incluye resultados del proyecto titulado Composites de Fibras Vegetales-Cemento, código CO5PO3 enmarcado dentro del Programa de Cooperación Científica entre Francia y Colombia: ECOS-NORD, que apoyó las movilizaciones de investigadores de: Universié des Antilles et de la Guyane (UAG) (Grupo Laboratoire COVACHIM Matériaux, Pointe-à Pitre) y de la Universidad del Valle (Grupo de Materiales Compuestos, Cali) entre los años 2005 y 2006.

Introducción

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Motivación"HABITAT" [Habitat for Humanity International, Asociación Hábitat para la Humanidad Colombia.http://www.hphcolombia.org/, 2004]:las necesidades de vivienda de la población mundial se duplicarán a mediados del presente siglo; en el África, donde se triplicarán. Se calcula que más de 600 millones de moradores urbanos y más de 1000 millones de campesinos de Asia, África y Latinoamérica viven en alojamientos inadecuados y de baja calidad exponiendo sus vidas continuamente. En Colombia, el déficit de vivienda se proyecta en una cifra superior a 1.400.000 unidades [Eduardo Jaramillo Robledo, Camilo Silva Zárate.” Vivienda social en Colombia: necesidades y atención: un reto estructural.” CAMACOL. Presidencia Nacional. Junio, 2001].Existe una verdadera necesidad de construcción de soluciones de vivienda de bajo costo, y uno de los factores fundamentales paralograr una mayor extensión de soluciones es tener la disponibilidad de materiales de construcción con calidad, confort y que sean de bajo costo. Entre los elementos de construcción, uno de los grupos que más inciden en el costo es el de los destinados para cubiertas, que pueden llegar a representar entre el 10 y 20 % del costo por metro cuadrado de una vivienda [Salas J.. Contra el hambre de vivienda. Bogotá. Colombia, Editorial Escala. 1992.]

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Es necesario desarrollar nuevas tecnologías que contribuyan a minimizar el impacto ambiental en el uso o producción de los

materiales de construcción y a disminuir sus costos

El principal material que se debe sustituir es el asbesto, el cual se utiliza como material de reforzamiento para la fabricación de tejas y papelería de asbesto – cemento. Aproximadamente, el 74 % de los 190 millones de metros cuadrados de materiales compuestos utilizados en la construcción por año en Centro y Suramérica corresponden a asbesto-cemento, principalmente corresponden a tejas corrugadas para techos.Los materiales de sustitución disponibles actualmente no acumulan todas las ventajas que poseen los asbestos, también llamados amiantos, por ello urge desarrollar materiales compuestos que sean sustitutos del asbesto-cemento y que presenten características funcionalmente comparativas con respecto a este.El asbesto puede ser reemplazado por refuerzo de otras fibras, y parcialmente por fibras naturales, aunque la investigación de tratamientos de fibras para lograr la preservación de las propiedades de los elementos constructivos fibrorreforzados en el tiempo es un imperativo de la investigación mundial.

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Antecedentes• Desde 1985 el GRUPO DE MATERIALES

COMPUESTOS ha venido trabajando materiales reforzados con fibras.

• En 1990, se inició el programa “Aprovechamiento integral del Fique” con el apoyo de COLCIENCIAS y el “Ministerio de Agricultura de Colombia”

• En 1994, se capacitaron 32 líderes campesinos de las regiones fiqueras de todo el país en tecnologías a pequeña escala para la producción de materiales de construcción.

• Estas tecnologías se diseminaron en todo Colombia, principalmente en las regiones de cultivo de la planta de fique

8

Folleto del programa de capacitación

10

Casa demostrativa en construcción (1994)

11

Casa demostrativa (1994)

12

Tejas corrugadas para vivienda de interés social y manufactura al nivel de tecnología de pequeña escala

13

Dosificación de la mezcla y preparación de un lodo cementicio reforzado con fibras.Bombeo del lodo a un mezclador.Vaciado del lodo sobre una cilindro de chapa de acero perforada recubierto con una lona y sujeto internamente a vacio hasta lograr una consistencia plástica de la masa a un espesor predeterminado. Lanzado de la placa de masa con consistencia plástica cortada con una regla por acción de la fuerza centrifuga desde la superficie del cilindro hasta caer sobre una banda transportadora de caucho. Cortado de la placa a las dimensiones especificadas.Remoción por succión al vacio de la placa y transporte de ella para montarla sobre un ondulador.Formado de la teja corrugada en el ondulados y transporte de ella para montarla sobre un molde de acero.Curado de la teja.

La tecnología ya se ha implementado a un nivel mecanizado que sigue estas etapas

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Formulación y Dosificaciones

15

Fluidez: 100 - 115SUPERPLASTIFICANTEHUMO DE SILICEPULPA DE PAPELBENTONITA

Kuralon RECS7 x 6mmFIBRAS DE PVAChrysotile, 5R – 450FIBRAS DE ASBESTOS

Volumen crítico calculado: 0.5 % Longitud media de 1.5 mm

FIBRA DE FIQUE AGUA

>97 % CaCO3D50 = 6 micrómetros

POLVO DE CALCAREOCAL HIDRATADA

Tamaño < 2.38 mmAbsorción de agua: 2.5 %r = 2.86 Kg/l

ARENAPortland ICEMENTO

CARACTERISTICASCOMPONENTE

16

1,212,401,003,72007,50349M10

4.25000037M9

1,040,420,363,6942.57.50048M8

1,211,570,813,2142,500037M7

1,261,191,113,85407,50047M6

5,310,350,323,674000034M5

1,261,060,884,1302,57,50046M4

1,310,460,374.780000026M3

1,120,50,473,56007,50045M2

3.490010003M1

MOE(MPa)

Def. max (mm)

Def. Carga max (mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Silica(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)*

Código

SEM

Muestra No.

Propiedades mecánicas a la FlexiónComponentes adicionalesCualquiera de los dos códigos

* % en peso respecto al cemento.

Proporciones de las mezclas y resultados de ensayos mecánicosComposites de matriz de cemento portland reforzados con fibras de fique

28 días de curado

Cemento : 1 parte ; arena : 0.5 partes ; CaCO3 : 0.3 partes ; Agua : 0.9 partes

17

1,650,620,594,814003055M21

3.7902,57.53024M20

1,480,570,464,8602,503054M19

1,010,420,393,17007.53053M18

4.37000306M17

1,550,490,485,2642.57.50351M16

1,580,290,195,0842.500352M15

1,971,260,735,47407.50365M14

22,827,900,493,224000335M13

1,661,920,795,0902.57.50350M12

2.9502.500321M11

MOE(MPa)

Def. max (mm)

Def. Carga max (mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Sílice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)*

Código

SEM

Muestra No.



Proporciones de las mezclas y resultados de ensayos mecánicosComposites de matriz de cemento portland reforzada con fibras de fique.

28 días de curado


18

1,550,680,615,0842.57.53364M32

1,150,620,523,9142.503363M31

1,051,190,694,62407.53362M30

1,400,800,472,904003361M29

1,260,530,484,2702.57.53360M28

4.2702.503319M27

1,041,280,303,85007.53359M26

5.09000332M25

1,071,570,983,7942,57,53058M24

1,530,650,554,7442.503057M23

1,121,030,953,54407.53056M22

MOE(MPa)

Def. max (mm)

Def. Carga max (mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Sílice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)*

Código

SEM

Muestra No.



Proporciones de las mezclas y resultados de ensayos mecánicosComposites de matriz de cemento portland reforzada con fibras de fique

28 días de curado


19

42,3427,675,940,557,961,980,180,171,5257,814,234,2322,05

%%%%%%%%%%%%%

C2SC3SR.I.Cal libreP.I.SO3K2ONa2OMgOCaOFe2O3Al2O3Si02

Caracterización del Cemento

3,03512540612868105631215927,73,084234

g/ml28 días7 días3 días1 díaminmin%%cm2/g

DensidadResistencias a la Compresión (psi)

FFPFCNR325Blaine

20

Propiedades de la Arena

94,2388,1165,5237,59122,05

Granulometría (% que pasa)Nº. 4 (4,76 mm)Nº. 8 (2,38 mm)Nº. 16 (1,19 mm)Nº. 30 (0,595 mm)Nº. 50 (0,297 mm)Nº. 100 (0,149 mm)

NTC 77

2,320,86

Perdida al fuego (%)Humedad (%)

NTC 1842Contenido de materia orgánicaNTC 127

2,543Absorción

Peso unitario saturado y de superficie

Peso unitario seco2605Peso especifico (kg/m3)NTC 237

RESULTADOSPROPIEDADNORMA

21

Proceso de Fabricación al VacioMezclado (Rotor a 750 RPM)

22

Vertimiento del lodo

23

Dispensar la placa cementicia sobre una cinta transportadora y luegocorte sobre esta al tamaño deseado

24

Corrugar sobre un ondulador - montaje de la lámina sobre un molde ondulado y transporte al sitio de curado

25

Además de la tejas corrugadasse pueden producir placas planas, inclusive con matrices basadas en yeso.

26

Fibras naturales como las de Fique, bagazo de caña de azúcar, sisal, henequen, coco, yute, piña son abundantes y se investigan para la fabricación de tejasy paneles en sustitución de los asbestos

Para la solución de una preocupación relacionada con la durabilidad de estos composites

Existen soluciones:

• Tratamientos químicos • Pulpeo• Modificación de la matriz

cementicia• Cambio de la matriz de una

basada en cemento portland por otra basada en otro conglomerante

27

La protección de la fibra y el acople con la matriz se pueden mejorar tratando la fibra por sulfonación de ella seguida por un recubrimiento en silano A1100.[Delvasto, S., Botache, C.A., Albán, F., Gutiérrez, R. de., Perdomo, F., Segovia, F., Amigó, V., “Effect of fique fiber surface chemical treatments on the physical and mechanical properties of the fiber subjected to aggressive mediums”. Brazilian Conference on Non Conventional Materials and Technologies: Affordable Housing and Infrastructure Brasil-NOCMAT 2004. Pirassununga, SP, Brazil, October 29th - November 03th 2004.]

Antes del tratamiento Después del tratamiento

28

FIBRA DE FIQUE es cortada en pequeñas longitudes que pueden ser los

desechos de la extracción de la fibra o los que resultan de la manufactura de empaques y cordelería

29

CARACTERÍSTICAS DE LA FIBRA DE FIQUE

--8.2Modulo de Elasticidad, GPa

273.312.3Elongación, %

43139.4324Resistencia a la Tensión, MPa

0.58Ceniza, %

--10.1Lignina, %

70.0Celulosa, %

8.43Contenido de humedad, %

--60.0Absorción de Agua, %

44.2Fineza de la Fibra, Tex (peso en gramos de 1000 metros del hilo)

--1.47Densidad Real, g/cm3

--0.723Densidad Aparente, g/cm3

270.05880.22Diámetro, mm

5.0Longitud utilizada, mm

Coeficiente deVariación

Desviacionestándar (sd)

Promedio (ā)CARACTERÍSTICASmedias

30

Interface Fibra- MatrizMicrografía a 3000X (SEM) del composite basado en cemento

Portland con 3 % de refuerzo de fibra de fique

31

Interface entre la fibra y una matriz basada en cemento portland

Entre la fibra y la matriz hay una separaciónmicrométrica, debida al proceso de hinchamiento de la fibra y contracciónposterior al perder aguadurante las primeras etapasde la rigidización. Por ello, el desprendimiento de la fibra hace disminuir la resistencia interfacial (0.37-0.75 MPa), que es debida a la fricción entre la superficiede la fibra y las rugosidadesde la superficie de la interfaz sólida.

32

Comportamiento a la flexión

Dimensiones típicas de cada espécimen ensayado son: espesor = 8 mmanchura = 50 mm, longitud = 100 mm.

Disposición del ensayo a la flexion

33

1,211,570,813,2142,500037M7

1,530,650,554,7442.503057M23

1,261,191,113,85407,50047M6

1,121,030,953,54407.53056M22

0,350,323,674000034M5

1,650,620,594,814003055M21

1,261,060,884,1302,57,50046M4

3.7902,57.53024M20

1,310,460,374.780000026M3

4.37000306M17

1,120,50,473,56007,50045M2

1,010,420,393,17007.53053M18

MOE(GPa)

Def. max (mm)

Def. Cargamax (mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)*

CódigoSEM

Serie No.

Propiedades mecánicas a la Flexión

Componentes adicionalesCualquiera de los dos códigos

Efecto de la incorporación de fibra de fiqueen mezclas de placas planas

34

1,661,920,795,0902.57.50350M12

1,260,530,484,2702.57.53360M28

2.9502.500321M11

4.2702.503319M27

1,212,401,003,72007,50349M10

1,041,280,303,85007.53359M26

4.25000037M9

5.09000332M25

1,040,420,363,6942.57.50048M8

1,071,570,983,7942,57,53058M24

MOE(GPa)

Def. max (mm)

Def. Cargamax (mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)*

CódigoSEM

Serie No.



Efecto de la incorporación de fibra de fiqueen mezclas de placas planas (Continuacion)

35

Efecto de la incorporación de fibra de fiqueen mezclas de placas planas (Continuacion)

1,550,490,485,2642.57.50351M16

1,550,680,615,0842.57.53364M32

1,580,290,195,0842.500352M15

1,150,620,523,9142.503363M31

1,971,260,735,47407.50365M14

1,051,190,694,62407.53362M30

0,493,224000335M13

1,400,800,472,904003361M29

MOE(GPa)

Def. max (mm)

Def. Cargamax (mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)*

CódigoSEM

Serie No.



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Variaciones en la ppdes de flexión de series de mezclas con y sin fibra de fique

Fibra de Fique=0 %, si no aparece F es 3 %; Bentonita=B=0 %, si no aparece B es 3 %; Acronal =A=0 %, si no aparece A es 7.5 %; Humo de Sílice=S=0 %, si no aparece S es2.5 %; Pulpa=P=0 %, si no apareceP es 4 %O es la mezcla que tiene la composición:3 % de Fibra y el resto de componentes son 3 % de Bentonita, 7.5 % de acronal, 2.5 % de humo de sílice y 4 % de pulpa, es la mezcla que tiene todos los componentes investigados.∆MOR= Resistencia a la flexionpara la mezcla con fibra MENOS Resistencia a la flexion para la misma mezcla pero sin fibra.0.000.13-0.18O

-0.430.33-1.17A

-0.92-0.04-0.85S

-0.02-0.32AS

-0.40-0.31-0.82P

1.32AP

-0.170.13SP

0.84ASP

0.030.62-0.10B

0.32-0.261.53BA

-0.14-0.16-0.31BS

0.271.14BAS

-0.34BP

-0.41BASP

-0.11-0.08-0.49BSP

∆MOEGPa

∆∆mm

∆MORMPa

Grupo

37

Variación MOR

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

BSPBASP BP

BAS BS BA BASP SP AP P AS S A O

Mezcla

Varia

ción

MO

R M

PaSinergías de Fibra en las mezclas con respecto al MOR

38

Combinaciones de componentes con sinergía positiva respecto a la fibra para MOR:BA, BAS,AP, ASP, y SP en su orden.Es decir, los componentes cuya adicion es positiva son: Fibra+Humo de Silice+pulpa, Fibra+pulpa, Fibra+Bentonita.Es invariable: Fibra+Bentonita+acronal

Combinaciones de componentes sin sinergía en mezcla con la fibra para MOR:A, S, AS, P, BSP en su orden.Es decir, los componentes cuya combinacion es negativa son:losque no tienen Acronal, los que no tienen Humo de Silice, los queno tienen pulpa, los que no tienen la mezcla Bentonita+humo de silice+pulpa. La incorporacion de fibra ya de por si es detrimental para el MOR.

Se confirma asi la conveniencia de incorporar cada uno de los componentes: Fibra+bentonita+acronal+pulpa+humo de silice

39

5 10 15 20 250

500

1000

1500

2000

2500

3000Fl

exur

al lo

ad to

failu

re-N

/m

Curing days

Fiq2.2Nbym Fiq3Nbym Fiq3.3Nbym

Variación en la carga a flexión hasta falla para mezclascon incorporación de fibra de fique en mezclas de tejas onduladas

40

Sinergía en la evolución del Módulo de Elasticidad con la adición de fibra de fique

Variación Módulo de Elasticidad

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

BSP BASP BP BAS BS BA B ASP SP AP P AS S A O

Mezcla

Var

iación

MOE G

Pa

Combinaciones de componentes con sinergía positiva respecto a la fibra:Para MOE: B, BA.Es decir, las mezclas sin bentonita o sin bentonita y acronal pero con los componentes: HS, Fibra y pulpa presentan sinergía positiva. Las mezclas sin humo de sílice, sin acronal solamente, o sin pulpa presentan desmejoramientosignificativo del Módulo.∆MOE= MOE para la mezcla con fibra MENOS MOE para la misma mezcla pero sin fibra.

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Aditivos que realzan la viscosidad(Viscosity-enhancing admixtures, VEAs)

• Conocidos como aditivos antilavado, mejoran la cohesión y estabilidad de los sistemas basados en cemento. Estos aditivos reducen el riesgo de separación de los constituyentes heterogeneos de la mezcla durante el transporte, colocación y consolidación y proveen una estabilidad adicional al material mientras está en estado plástico.

• Materiales de elevada superficie especifica, que presentanhinchamiento en agua, incrementan la capacidad de retención de agua de la pasta, tales como las bentonitas y el humo de sílice.

• Materiales de elevada superficie específica que incrementanel contenido de partículas finas en la pasta y por lo tanto la tixotropía. Entre ellos, cal hidratada, caolín, polvos de rocas y tierras diatomáceas.

• Emulsiones de varios materiales orgánicos que mejoran la atracción entre particulas y suministran partículas adicionalessuperfinas a la pasta de cemento. Entre estas están lasemulsiones acrílicas y las dispersiones arcillosas acuosas.

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Los VEAs solubles en agua forman solucionesviscosas que ligan parte del agua de mezcladoen la pasta de cemento fresca, por lo tantoincrementan la Viscosidad y el valor de fluenciade los sistemas basados en cemento.

El Valor de fluencia se refiere al mínimoesfuerzo cortante necesario para superar la resistencia interna de un fluido y así poderiniciar el flujo plástico.

La extensión del incremento en la viscosidaddel agua depende del tipo y de la concentraciondel VEA, así como también de la velocidad de corte.

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Bentonita

Su principal mineral es la montmorillonita con formulación aproximada:

(Na, Ca)(Al, Mg)6(Si4O10)3(OH)6 - nH2OHidróxisilicato de magnesio aluminio calcio sodio hidratado

Es un material fino que absorbe agua y se hincha, capaz de retener varias veces su propio peso en agua.

Es usado como diluyente, incorporador de plasticidad y agente de barrera.

Cuando se agrega bentonita al cemento en un rango del 2 al 12 % por peso, por cada uno por ciento adicionado se incrementa el agua en un 5,3% y se logra una densidad del flujo de 1,44 - 1,56 Kg/L; aunque se produce una pérdida de la resistencia.

44

Uso de la Bentonita

Porque el lodo cementicio es segregable: Su bajaviscosidad acelera la sedimentación de las particulas.La bentonita fue eficaz en la producción de una mezclaeconómica sin el uso de un aditivo químico VEAs.Aunque se obtiene un mejor comportamiento reológico, la bentonita hace reducir las resistencias mecánicas cuandose producen tejas onduladas, lo cual debe ser considerado cuando se diseñan las mezclas. Cuando se producen placas planas la bentonita puedeayudar a aumentar la resistencia a la flexión por su acciónreológica, aunque el modulo de elasticidad disminuyeligeramente.Las mezclas 26 y 18, 27 y 19, 20, 21, 24 presentaron un excelente comportamiento en el moldeo de ondulación.La muestra 3 es segregable, la 25 presentó fisurassuperficiales.

45

3.7902,57.530BPM20

1,260,530,484,2702.57.533PM28

1,480,570,464,8602,5030BAPM19

4.2702.5033APM27

1,010,420,393,17007.530BSPM18

1,041,280,303,85007.533SPM26

4.3700030BASPM17

5.0900033ASPM25

1,310,460,374.7800000BFASPM3

4.2500003FASPM9

MOEMPa

Def.max mm

Def.CarMax. mm

MORMPa

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)

CódigoMuest.

Propiedades mecánicas a la FlexiónComponentes adicionalesCódigos

Efecto de la incorporación de bentonitaen mezclas de placas planas

46

1,071,570,983,7942,57,530BM24

1,550,680,615,0842.57.533OM32

1,530,650,554,7442.5030BAM23

1,150,620,523,9142.5033AM31

1,121,030,953,54407.530BSM22

1,051,190,694,62407.533SM30

1,650,620,594,8140030BASM21

1,400,800,472,9040033ASM29

MOEMPa

Def. max mm

Def. Cargamax mm

MORMPa

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)

CódigoMuest.


Componentes adicionalesCódigos

Efecto de la incorporación de bentonitaen mezclas de placas planas (continuacion)

47

Fibra de Fique=0 %, si no aparece F es 3 %; Bentonita=B=0 %, si no aparece B es 3 %; Acronal =A=0 %, si no aparece A es 7.5 %; Humo de Sílice=S=0 %, si no aparece S es 2.5 %; Pulpa=P=0 %, si no aparece P es 4 %Ejemplos:FASP tiene la composición B= 3 % de bentonita, F= 0 % de fibra, A= 0 % de acronal, S= 0 % de humo de sílice, P= 0 % de pulpa. Se compara con la serie BFASP que tiene los mismos componentes y proporción de cada uno de ellos pero con 0 % de bentonita.O tiene la composición:3 % de Bentonita y el resto de componentes son 3 % de fibra de fique, 7.5 % de acronal, 2.5 % de humo de sílice y 4 % de pulpa, es la mezcla que tiene todos los componentes investigados, y se compara con la mezcla que tiene 0 % de Bentonita, 3 % de fibra de fique, 7.5 % de acronal, 2.5 % de humo de sílice y 4 % de pulpa.

Efecto de la incorporación de bentonitaen mezclas de placas planas. Códigos de mezclas

48

Efecto Bentonita

-3

-2

-1

0

1

2

FASP ASP SP AP P AS S A O

Mezcla

Var

iaci

ón M

OR

MP

a

+0.48-0.37+1.29O-0.37-0.03-0.83A

-0.07-0.26+1.08S-0.25-0.12-1.95AS

+0.48P-0.59AP

+0.03-0.09+0.68SP

+0.72ASP-0.53FASP

∆MOEGPa

∆∆mm

∆MORMPa

Grupo

Efecto de la incorporación de bentonita en mezclas de placas planasPropiedad de la mezcla que tiene bentonita-la mezcla sin bentonita

49

Las mezclas con mayor sinergia son la O, S, ASP, SP, P, en su orden.Todas las adiciones planteadas y el refuerzo de fibra generan la mayor sinergía con respecto a la incorporacionde bentonita. Igualmente las mezclas con bentonita y sin humo de silice, y las mezclas que tienen fibra+bentonita, y las que contienen fibra+bentonita+acronal. Luego, las que no contienen pulpa pero si los demas ingredientes.∆MOR= Resistencia a la flexion para la mezcla con bentonita MENOS Resistencia a la flexion para la misma mezcla pero sin bentonita.

Las mezclas con menor MOR relativo por la adicion de bentonita son las AS, A, AP y FASP. Esto indica que la eliminacion de la bentonita en mezclas que no contienen Acronal es bastante detrimental para el MOR, igualmente aunque en menor medida para aquellas donde se elimina la pulpa+el humo de silice+fibra+acronal.

50

Variación de la carga a flexión hasta fallapara mezclas con adición de bentonita y tejas onduladas

1,5 2 ,0 2 ,5 3 ,0 3 ,50

500

1000

1500

2000

2500

Flex

ural

load

to fa

ilure

N/m

B en ton ite con ten t %

N bym F 2 .2 N bym F 3

51

• Especificaciones del producto:• Contenido de sólidos (DIN ISO 1625) % 50 ± 1• pH (DIN ISO 976) 7.0 – 8.5• Viscosidad a 23 °C a 100 S-1 (DIN EN ISO 3219) mPa.s 90 - 300• Otras propiedades de la dispersión• Diámetro medio de las partículas µm aprox. 0.1• Densidad (DIN 53217, ISO 2811) g/cm³ aprox. 1.03• Sensibilidad a las heladas sensible• Tipo de dispersión aniónica• Propiedades de la película• Características límpida, transparente, no pegajosa • Densidad (ISO 1183) g/cm³ aprox. 1.07• Resistencia a la rotura σR (DIN 53455) N/mm² 7 – 10• (Alargamiento hasta la rotura εR (DIN 53455) % 500 - 800• Absorción de agua después de 24 h % 9 – 14

de inmersión en la misma (ISO 62) • Estabilidad al envejecimiento buena• Estabilidad a la luz buena

RESINA Polimérica TIPO ACRONAL@@ Marca registrada por BASF

52

MECANISMO DE MODIFICACIÓN POR EL POLÍMERO DEL MORTERO DE CEMENTO PORTLAND

• Hidratación de las partículas: Fraguado y Endurecimiento de la mezcla.

• Las partículas de polímero se concentran en los espacios vacíos.

• Evaporación del agua y pérdida de ésta al pasar a hidratar las partículas.

• Coalescencia de las partículas de polímero en una película de polímero que actuará como una comatriz que recubre las partículas de agregados y sella los vacíos intersticiales

53

Modelo simplificado de formación de la comatriz latex-cemento (ACI Committee Report 548.3R-6)

54

1,550,490,485,2642.57.50351M16

1,580,290,195,0842.500352M15

1,971,260,735,47407.50365M14

2,827,900,493,224000335M13

1,661,920,795,0902.57.50350M12

2.9502.500321M11

1,212,401,003,72007,50349M10

4.25000037M9

1,040,420,363,6942.57.50048M8

1,211,570,813,2142,500037M7

1,261,191,113,85407,50047M6

5,310,350,323,674000034M5

1,120,50,473,56007,50045M2

1,310,460,374.780000026M3

3.490010003M1

MOE(GPa)

Def.max.

mm

Def.Cargamax (mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)*

CódigoSEM

Muestra No.


Efecto de la incorporación de resina acrílica estirenadaen mezclas de placas planas

55

1 550 680 615 0842 57 53364M32

1,150,620,523,9142.503363M31

1,051,190,694,62407.53362M30

1,400,800,472,904003361M29

1,260,530,484,2702.57.53360M28

4.2702.503319M27

1,041,280,303,85007.53359M26

5.09000332M25

1,071,570,983,7942,57,53058M24

1,530,650,554,7442.503057M23

1,121,030,953,54407.53056M22

1,650,620,594,814003055M21

3.7902,57.53024M20

1,480,570,464,8602,503054M19

1,010,420,393,17007.53053M18

4.37000306M17

MOE(GPa)

Def.max. mm

Def.Cargamax (mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)*

CódigoSEM

Muestra No.


Efecto de la incorporación de resina acrílica estirenadaen mezclas de placas planas (continuacion)

56

Variacion MOR con la adicion de acronal

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

BFSP

BFS BFFS

P FP FS FBSP BP BS B P S A

Mezcla

Var

iaci

on M

OR

MP

a

MOR y adicion de resina acrilica estirenada

0246

BFASP

BFAS

BFAFA

SPFA

PFA

S FABASP

BAPBAS BA

ASP AP AS A

Mezcla

MO

R M

Pa

∆MOR= Resistencia a la flexion para la mezcla con acronal MENOS Resistencia a la flexion para la misma mezcla pero sin acronal.

57

Variacion Modulo Elastico con la adicion de acronal

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0BFSP BFS BF FS F BS B S A

Mezcla

Varia

cion

MO

E G

Pa

58

Efecto de la adición del polímero

• En pasta sin adiciones ni refuerzo, el Modulo de Roturamejora cuando no coinciden las adiciones de acronalcon las de silice con fibra, o silice con pulpa, perodesmejoran con eliminacion de la adicion de la resinaacrílica a la mezcla que presenta todos los demascomponentes en estudio a saber: Bentonita, fibra, humode silice y pulpa.

• La adicion de acronal no genera sinergia con cualquierade los componentes en estudio con respecto al Modulo Elastico. Es especialmente negativa si se eliminan de la mezcla, ademas del humo de silice, la bentonita, la fibray el humo de silice.

59

Humo de Sílice o microsílice(Sílice amorfa>85%). Diámetro máximo de 1 µm y medio de aprox. 0.1 µmSuperficie específica de 20000 m2/Kg (el humo de tabaco posee la mitad), densidad aparente entre 130 y 430 Kg/m3 y real entre 2.2 y 2.5 Kg/m3. ASTM C1240. Micrografía de SEM a 20,000X

103.6Índice de actividadresistente a 28 días

2270Densidad, Kg/m3

96.850.501.88

-0.000.43

SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOPérdida al Fuego

Humode Sílice

Componente

Humo de Sílice genera sinérgia positiva en la mayor parte de las mezclas pero…¿Cuál es la relación costo-beneficio?

60

Mezclas con Humo de Silice

1,212,401,003,72007,50349M10

1,661,920,795,0902.57.50350M12

4.25000037M9

2.9502.500321M11

1,261,191,113,85407,50047M6

1,040,420,363,6942.57.50048M8

5,310,350,323,674000034M5

1,211,570,813,2142,500037M7

1,120,50,473,56007,50045M2

1,261,060,884,1302,57,50046M4

MOE(GPa)

Defor.Max.(mm)

Def.Cargamax

(mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)*

CódigoSEM

Muestra No.


61

1,650,620,594,814003055M21

1,530,650,554,7442.503057M23

1,010,420,393,17007.53053M18

3.7902,57.53024M20

4.37000306M17

1,480,570,464,8602,503054M19

1,971,260,735,47407.50365M14

1,550,490,485,2642.57.50351M16

2,827,900,493,224000335M13

1,580,290,195,0842.500352M15

MOE(GPa)

Def.max mm

Def.CargaMax.mm

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.%

CódigoSEM

MuestraNo.

Propiedadesmecánicas

a la Flexión


Mezclas con Humo de Silice (continuacion)

62

Mezclas con Humo de Silice (continuacion)

1,051,190,694,62407.53362M30

1,550,680,615,0842.57.53364M32

1,400,800,472,904003361M29

1,150,620,523,9142.503363M31

1,041,280,303,85007.53359M26

1,260,530,484,2702.57.53360M28

5.09000332M25

4.2702.503319M27

1,121,030,953,54407.53056M22

1,071,570,983,7942,57,53058M24

MOE(GPa)

Def. max (mm)

Def. Cargamax (mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)*

CódigoSEM

Muestra No.


63

Efecto del Humo de Silice en el MOR

0

1

2

3

4

5

6

BFPBFSP

BFABFAS BF

BFSFAP

FASP FPFSP FA

FAS F FSBA P

BA SP BPBS P BA

BA S B BS APAS P P SP A AS O S

Mezcla

MO

R M

Pa

64

Variacion del MOR con la adicion de Humo de Silice

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

BFPBFSP

BFABFAS BF

BFSFAP

FASP FPFSP FA

FAS F FSBA P

BA SP BPBS P BA

BA S B BS APAS P P SP A AS O S

Mezcla

Varia

cion

del

MO

R M

Pa

65

Variacion del MOE con la adicion de Humo de Silice

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

BFP BFA BF FP FA F BA B P A S

Mezcla

Varia

cion

MO

E G

Pa

66

Pulpa de papel

Se genera en la mayor parte de los casos una sinérgia positiva respecto a los resultados de resistencias a la flexión mientras en general no esteasociado con la bentonita, a excepcióndel efecto positivo que cause la adiciónde polímero aún estando mezclado con bentonita.

67

1,212,401,003,72007,503FSPM10

1,971,260,735,47407.503FSM14

4.2500003FASPM9

2,827,900,493,2240003FASM13

1,261,060,884,1302,57,500BFPM4

1,040,420,363,6942.57.500BFM8

1,310,460,374.7800000BFASPM3

5,310,350,323,6740000BFASM5

1,120,50,473,56007,500BFSPM2

1,261,191,113,85407,500BFSM6

MOE(MPa)

Def. max (mm)

Def. Cargamax (mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)

CódigoMuestra No.


Mezclas con Pulpa

68

1,480,570,464,8602,5030BAPM19

1,530,650,554,7442.5030BAM23

1,010,420,393,17007.530BSPM18

1,121,030,953,54407.530BSM22

4.3700030BASPM17

1,650,620,594,8140030BASM21

1,661,920,795,0902.57.503FPM12

1,550,490,485,2642.57.503FM16

2.9502.5003FAPM11

1,580,290,195,0842.5003FAM15

MOE(MPa)

Def. max (mm)

Def. Cargamax (mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)

CódigoMuestra No.


Mezclas con Pulpa (continuacion)

69

1,260,530,484,2702.57.533PM28

1,550,680,615,0842.57.533OM32

4.2702.5033APM27

1,150,620,523,9142.5033AM31

1,041,280,303,85007.533SPM26

1,051,190,694,62407.533SM30

5.0900033ASPM25

1,400,800,472,9040033ASM29

3.7902,57.530BPM20

1,071,570,983,7942,57,530BM24

MOE(MPa)

Def. max (mm)

Def. Cargamax (mm)

MOR(MPa)

Pulpa(%)

Silice(%)

Acronal(%)

Fibras(%)

Bent.(%)

CódigoMuestra No.

Mezclas con Pulpa (continuacion)

70

Variacion MOR con la pulpa

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

BFS BFAS BF FAS FS FA F BAS BS BA B AS S A O

Mezcla

Varia

cion

MO

R M

Pa

71

Variacion MOE con la adicion de pulpa

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

BFS BFAS BF FAS FS FA F BAS BS BA B AS S A O

Mezcla

Varia

cio

MO

E M

Pa

72

Sinergias respecto a la adicion de pulpa

• Las mezclas con pulpa pero que no contienenfibra y humo de silice, ni fibra y acronal reportanlos mayores incrementos en el MOR. Tambienla coexistencia de acronal con todos los ingredientes en estudio es positiva

• Detrimentos mayores en el MOR se presentanen la mezcla compuesta de Cemento : 1 parte ; arena : 0.5 partes ; CaCO3 : 0.3 partes ; Agua : 0.9 partes y 4 % de pulpa en peso respecto al cemento.


73

La arena y el calcáreo molido reducen la tendencia a la contracción de las mezclas a edades tempranas de curado.La plasticidad y la permeabilidad son favorecidas por la adición de cal hidratada, aunque su incorporación hacereducir las resistencias. La utilización de un superplastificante reductor de aguade alto rango es importante para obtener el lodocementicio con baja viscosidad y cohesividad a bajasrelaciones agua/cementante.Un mezclado apropiado y con elevada velocidad de cortees muy importante para lograr homogeneidad de la mezcla.

OTROS COMENTARIOS

74

CONCLUSIONESSi bien la adición de la fibra natural no genera beneficios para la obtención de niveles más elevados de resistencias a la flexión, hay que considerar la sinergia que por si misma confieren otros materiales componentes para esta propiedad en estado endurecido o la de la fibra de fique en el mejoramiento de propiedades, como las propias del estado en verde o fresco. Hay diversas alternativas de composiciones apropiadas de mezclas cementicias para obtener tejas onduladas y placas planas. Sin embargo, el efecto de cada material constituyente sobre las propiedades finales debe ser considerado. La mezcla de conjunta de algunosconstituyentes como el acronal y la bentonita esinconveniente.En elementos ondulados se aprecia un ligero incremento al reforzar con la fibra natural para valores crecientes de esta.La fibra de fique actúa principalmente como un agente de ayuda para lograr el moldeo de los elementos ondulados.

75

MÁS CONCLUSIONES

La presencia de otros componentes modificadores de la matriz y que coaligan al efecto cementante como el humo de sílice y el polímero hacen que las resistencia no se afecte y por el contrario mejoren en algunos casos. La modificación de la matriz con el polímero resulta en mayores resistencias a la flexión en la mayor parte de las combinaciones de componentes.Una pequeña adición de una puzolana como el humo de sílice contribuye ligeramente al desarrollo resistente, en la mayor parte de los casos, aunque la relación costo-beneficio no parece hacer favorable su inclusión.Cuando se adiciona pulpa de celulosa, se genera en la mayor parte de los casos una sinérgia positivarespecto a los resultados de resistencias a la flexiónmientras en general no este asociado con la bentonita, a excepción del efecto positivo que cause la adición de polímero aún estando mezclado con bentonita.

76

Muchas graciasMuito obrigado

Thank you

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