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1. INTRODUCCIÓN
Investigaciones realizadas en el área de nanotecnología y cemento han demostrado que algunas adiciones de nano compuestos al cemento permiten modificaciones importantes en su microestructura lo que a su vez proporciona la producción de concretos más resistentes, menos porosos y más durables (Marcondes, 2012). Dentro de la categoría de posibles nano materiales se encuentran los nanotubos de carbono (NTC), enfoque de este trabajo.
Los nanotubos de carbono (NTCs) son estructuras de carbono que, después de sintetizadas, se obtienen de cilindros en escala nanométrica y miden aproximadamente 3nm de diámetro por 1000 mm de largo (Couto, 2006).
Desde el punto de vista estructural, existen dos tipos de nanotubos de carbono: los de pared simple, constituidos por una única hoja de grafeno enrollada sobre sí misma para formar un tubo cilíndrico, y los de paredes múltiples, que comprendem un conjunto de nanotubos de carbono coaxiales, con varias hojas de grafeno enrolladas en forma de tubo (Zarbin, 2007). Los nanotubos de carbono de paredes simples (NTCPS) son más difíciles de ser sintetizados, lo que eleva su costo y prácticamente impide su aplicación a gran escala (Herbst et al., 2004).
El presente trabajo utilizó los NTCs de paredes múltiples, en función de su menor costo y disponibilidad con relación a los de paredes simples. Los mismos fueron adquiridos de una empresa en Bélgica y adicionados al concreto, con el objetivo de estudiar el efecto de los NTCs en la absorción de agua, en la fluidez del concreto en estado fresco y las propiedades mecánicas de resistencia à compresión y tracción y por compresión diametral.
2. ADICIÓN DE NTC EN MEZCLAS DE CEMENTO PORTLAND
La adición de NTCs a compuestos cementicios es un tema que viene siendo estudiado en diversas universidades nacionales e internacionales como se ilustra en la Tabla 1.
Tabla 1 Algunas de las principales universidades actuantes en la investigación de nano materiales aplicados a compuestos cementíceos.
Lo que justifica la investigación en esta área es que algunos estudios (tales como los realizados por: Marcondes (2012), Batiston et al (2010), Makar et al (2005), Chaipanich et al (2010), Melo et al (2011) y Li et al (2004) comprueban el buen desempeño de las nano partículas cuando son adicionadas en mezclas y morteros de cemento portland. Debido a su tamaño minúsculo, tales partículas contribuyen para rellenar los espacios vacíos y en consecuencia, para la mejora de diversas propiedades de esos materiales. Por tanto todavía existen algunas barreras que deben superarse. De acuerdo con Batiston et al (2010), los dos principales desafíos para la introducción de nanotubos de carbono en mezclas de concreto son: la homogenización y distribución de los nanotubos en la mezcla y estudiar la interacción de los NTCs con los compuestos resultantes de la hidratación del cemento. Este último aspecto puede ser interpretado como la necesidad de entender las mudanzas proporcionadas por la adición de las NTCs en compuestos de cemento portland tales como: alteraciones en la microestructura, en la cinética de las reacciones de hidratación, en la adherencia pasta agregados entre otras.
En lo que respecta a la distribución de los NTCs en una mezcla de cemento, diversos métodos vienen siendo utilizados destacándose la zonificación y funcionalización de los NTCs utilizando las mezclas de ácido nítrico y ácido sulfúrico (Li et al., 2004; Konsta-Gdoutos et al., 2010).
Para los investigadores Koshio et al (2001), el ultrasonido puede ser considerado una técnica eficaz para la dispersión de nanotubos de carbono en agua, aceite o polímeros. Para esos investigadores las fuerzas de cizallamiento generadas por ultrasonido superan las fuerzas de conexión entre los nanotubos, siendo capaz de separarlos. Esto fue comprobado por los investigadores Konsta et al (2010) que obtuvieron una dispersión eficiente por medio de la aplicación de energía ultrasónica y con el uso de un surfactante. Los resultados muestran que hubo dispersión adecuada con la aplicación de energía ultrasónica y que los nanotubos de carbono de paredes múltiples pueden reforzar la mezcla de cemento al aumentar la cantidad de C-S-H y reducir la porosidad.
Chaipanich et al (2010) estudiaron la adición de nanotubos de carbono en morteros de cemento portland (0,5% y 1%) en relación a la masa de cemento). Los NTCs fueron inicialmente dispersados en agua utilizando ultrasonido por un tiempo de 10 minutos. En dicho trabajo los autores utilizaron cemento con cenizas volantes y la resistencia de los compuestos (pasta y mortero) fue investigada. La investigación demostró que el uso de nanotubos de carbono elevó la resistencia de los compuestos de cemento Portland con 20% de ceniza volante. La más alta resistencia se obtuvo con la adición de 1% de NTC, donde la resistencia a compresión a los 28 días fue de 51,8 MPa representando un incremento de 10% en la resistencia a compresión cuando se compara la mezcla patrón sin nanotubo de carbono que dió una resistencia de 47,2 MPa. Además de eso, de acuerdo con Chaipanich et al (2010) el análisis con microscopio electrónico de barrido mostró también una buena interacción entre los nanotubos de carbono y el cemento con cenizas volantes cuando se compara con la mezcla sin el NTCs.
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Las investigaciones publicadas hasta el momento están concentradas en estudios de la influencia de los NTCs en pastas y morteros de cemento portland y este trabajo se enfocó a estudiar el efecto de la adición de NTCs en el concreto de cemento portland. La intención fue explorar la viabilidad del uso de la NTC en la dosificación de concretos convencionales con resistencia a la compresión entre 25 y 40 MPa, así como medir algunos efectos relativos a la resistencia mecánica y transporte de agua por la red de poros del concreto con y sin adición de NTC.
3.1 Materiales Utilizados
3.1.1 Cemento
El cemento usado fue el cemento Portland CPV-ARI. El uso de este cemento minimiza retrasos de pega, cuando el empleo del aditivo es como cuando no posee ceniza volcánica y contiene mayor cantidad de clinker en composición, se elimina con eso otra variable del estudio, ya que los materiales puzolánicos pueden interactuar con los NTCs e interferir en los resultados. (Chaipanich et al., 2010).
Las características químicas y físicas del cemento usado pueden ser observadas en la Tabla 2. El peso específico promedio del cemento fue de 3,12 gr/cm3, en el ensayo de acuerdo con la norma NBR NM 23/2001 (NBR NM, 2001).
3.1.2 Agregados
La arena empleada como agregado fino es una arena natural proveniente de la ciudad de Balsa Nova, Paraná. Su Caracterización de acuerdo con las normas nacionales, está representada en la Tabla 3.
Tabla 3 Resultados de ensayos en la arena.
| Ensayo | Resultado | Método de Ensayo |
|---|---|---|
| Dimensión Máxima (mm) | 4,8 | NM 248/2001 |
| Módulo de Finura | 2,92 | NM 248/2001 |
| Material Molido en polvo (%) | 2,00 | NM 46/2003 |
| Peso Específico SSS (g/cm³) | 2,61 | NM 52/2009 |
| Peso Unitario Suelto (g/cm³) | 1,487 | NM 45/2006 |
| Absorción (%) | 0,37 | NBR 9777/1987 |
| Impureza Orgánica (ppm) | < 300 | NM 49/2001 |
| Terrones de Arcilla (1%) | 0,1 | NBR 7218/1987 |
La arena coincide en la clasificación de zona utilizable conforme la NBR 7211(2005)- Agregados para el concreto-especificaciones. Para producir el concreto se utilizó una piedra oriunda de la piedra del granito. El agregado grueso escogido para la investigación está conforme a la norma de la ABNT NBR 7211 (2005). El agregado grueso inicialmente fue lavado para retirar las impurezas y materiales con polvo que estuvieran adheridos a su superficie y, posterior a eso, fue secado en estufa hasta alcanzar peso constante. Su caracterización fue llevada de acuerdo con la normativa nacional y se representa en la Tabla 4.
Tabla 4 Resultados de los ensayos del agregado grueso.
| Ensayo | Resultado | Método de Ensayo |
|---|---|---|
| Peso Específico SSS (g/cm³) | 2,62 | NM 52 |
| Peso Unitario Suelto (g/cm³) | 1,348 | NM 45 |
La granulometría del agregado grueso se enmarca entre los limites normativos de los tamices 4,8 / 12,5 y 9,5 / 25, en la denominación comercial antigua, se trata de una piedra 1.
3.1.3 Nanotubos de carbono y aditivo súper plastificante
Los NTCs usados en esta investigación fueron adquiridos de la empresa Nanocyl S.A., localizada en Bélgica. El valor cancelado por el producto en polvo fue de 120 € por kilo. Se trata de NTCs de paredes multiples sintetizados por el método de deposición química a vapor también llamado CVD- Chemical Vapor Deposition. Comercialmente el producto es llamado NC 7000. La Figura 1 muestra una imagen de este material con el uso del microscopio electrónico de barrido (MEV).
Figura 1 Imagen producida a partir del MEV de los nanotubos de carbono de paredes múltiples fabricados en la Nanocyl S.A.
Sus características y su composición constan en las Tablas 5 y 6. Para la realización del experimento, fue usado un aditivo superplastificante a base de policarboxilato, empleado para regular la consistencia deseada.
Tabla 5 Características físicas en los NTCs.
| PROPIEDAD | UNIDAD | VALOR |
|---|---|---|
| Diámetro promedio | Nanómetros | 9,5 |
| Largo promedio | Mícron | 1,5 |
| Área superficial | m2/g | 250-300 |
| Densidad Promedio | g/l | 60 |
Tabla 6 Composición del producto.
| COMPONENTES | % (peso) |
|---|---|
| Grafito sintetizada (NTC) | 90% |
| Óxido de cobalto | < 1% |
| Óxido metálico | 10% |
El aditivo usado en la elaboración del experimento está constituido por polímeros de éteres carboxílicos modificados en un rango de concentración de 49%. Este atiende a los requisitos de la norma ASTM C 494 (2011) (Tipo A y F), ASTM 1017 (1998) y NBR 11768 (2011).
Los policarboxilatos son macromoléculas utilizados como dispersantes de alta eficiencia en la composición cementícea reduciendo la viscosidad de la suspensión y minimizando la cantidad de agua para el procesamiento (Mehta; Monteiro, 2008).
Algunas de sus propiedades pueden ser visualizadas en la Tabla 7.
3.2 Procedimientos usados para confeccionar las mezclas patrones
En la parte experimental con concreto, se fijó una muestra de referencia, REF (sin la adición de NTCs), para permitir la comparación de ésta con los concretos con adición de NTCs. De este modo, fue simplemente adoptada una mezcla de concreto convencional como referencia y entonces se reprodujeron las series adicionando los NTCs. Los patrones establecidos pueden ser observados en la Tabla 8. Se debe notar que el rango de NTC en relación al peso del cemento fue mantenido en 0,3% para todas las dosificaciones. Esta delimitación fue hecha basándose en estudios de Melo et al (2011), que indican que el contenido optimo es de 0,3% del peso del cemento.
Tabla 8 Mezclas y dosificaciones usadas para elaborar los concretos.
*con relación a la masa del cemento.
La nomenclatura empleada en la Tabla 8 se refiere al REF, como mezcla de referencia sin nanotubos de carbono, al CD como la mezcla con la incorporación de los nanotubos de carbono y aditivo (con la dispersión previa en agua y aditivo en ultrasonido); y al SD, la mezcla conteniendo solo el NTC en polvo (sin la pre dispersión en el aditivos y sin aplicación de la energía ultrasónica, mezclando en polvo al cemento usando solo el aspa mezcladora acoplada al taladro.
La relación agua/ cemento usada en este trabajo fue fijada en 0,55. Durante la realización de esta investigación, se notó que la adición de NTC al concreto provocó la reducción de la fluidez para la mezcla SD, que perjudicó su trabajabilidad e imposibilitó el uso de valores menores de relación agua/cemento, Con todo esto se considera éste el valor límite especificado por la NBR 6118 (2007) para la aplicación en concretos en ambientes marinos.
El consumo de cemento para las mezclas de la Tabla 8 es de 353 kg por m3 de concreto y atiende el consuno ponderado por la Norma NBR 12655 (2006), que en el caso de concretos insertos en la clase de agresividad III, establece el límite mínimo de 320Kg de cemento por metro cubico de concreto.
Para realizar los ensayos fueron hechas tres mezclas en el trompo mezclador, una para cada mezcla y para la preparación de la solución a ser usada para la confección de la mezcla CD se hizo una adición de los NTCs al agua con el aditivo superplasificante y se siguió con la aplicación de la zonificación. El tiempo de aplicación de las ondas fue de una hora. Este tiempo fue predeterminado con base a trabajo realizado por Marcondes (2012) en función de un análisis visual que indico que posterior a los 60 minutos, las muestras no presentaban alteraciones en cuanto a su tonalidad o turbidez.
Ademas de esto, a partir de los 40 minutos de zonificación las muestras no presentaban (visualmente) decantación de NTCs transcurrido el tiempo de 24h en reposo de la solución como puede ser observado en la Figura 2.
Figura 2 Análisis visual de las muestras con tiempo de zonificación de 40 minutos transcurridas 24 h de reposo (MARCONDES 2012).
El equipamiento de ultrasonido utilizado fue de baja frecuencia, modelo 0-14 C/I del fabricante Thornton Inpec Eletrónica S.A. con frecuencia nominal 40 kHz y potencia 100W. La solución dispersa fue utilizada por aproximadamente 30 minutos posterior a la zonificación.
3.3 Ensayos realizados
3.3.1 Ensayo de resistencia à la compresion
La resistencia a la compresión es una de las principales propiedades mecánicas para evaluar concretos de cemento Portland. El vaciado de los probetas fue ejecutado de acuerdo con a NBR 5738 (2003), utilizando moldes cilíndricos de Ø 10 x 20 cm y compactación ejecutada manualmente con varilla metálica estándar. Seis probetas para cada mezcla fueron preparadas, totalizando 18 probetas.
Las fases de aplicación de carga en los corpos de prueba (topes inferior y superior) fueron rectificadas de acuerdo con lo descrito en la norma NBR 5738 (2003).
3.3.2 Ensayo de resistencia à traccion por compresion diametral
El ensayo de resistencia a la tracción por compresión fue realizado de acuerdo con la norma NBR 7222 (2011). Este ensayo tiene como objetivo evaluar la resistencia a la tracción en los concretos estudiados mediante la aplicación de una carga de compresión diametral al probeta. De la misma manera que el ensayo anterior, fueron preparadas 6 probetas cilíndricas de Ø 10 x 20 cm para cada mezcla.
Para el cálculo da tracción por compresión diametral se utilizó la Ecuación 1:
1
Dónde: P = carga máxima aplicada, kN; d = diámetro del probeta, mm; L = altura del probeta, mm.
3.3.3 Ensayo de absorcion de água por inmersion
El ensayo de absorción por inmersión fue realizado sobre la base de la norma NBR 9778 (2005) y fue ejecutado de acuerdo con las etapas a continuación descritas:
Secado de los probetas hasta alcanzar el peso constante (la temperatura de secado fue de 60 °C para evitar temperaturas muy altas, que pueden generar microfisuras de los probetas e influenciar los resultados);
Completado el secado en estufa es determinado el peso seco, se procede a sumergir la muestra en agua a temperatura de 23 ± 2 °C, durante un total de 72 h. Las muestras fueron mantenidas con 1/3 de su volumen inmerso en las primeras 4 h y 2/3 en las 4 h siguientes, siendo completamente inmerso en las 64 h restantes;
Se determinó el peso de los probetas luego de las 24 h, 48 h en 72 h de inmersión. Las determinaciones fueron ejecutadas posterior al secado superficial de la superficie de la muestra con un paño
La absorción de agua por inmersión fue definida por la Ecuación 2.
2
Dónde: Msat = peso del probeta saturado; Ms = peso del probeta seco en estufa.
3.3.4 Ensyo de absorcion de água por el método de la pipeta
Este ensayo es también conocido como ensayo de la pipa o ensayo de la pipeta RILEM (Test Method II.4: Water absorption tube test, 2006). Fue propuesto por el investigador alemn Karsten y aprobado por la RILEM (Reunion Internationale des Laboratoires d'essais et de Recherches sur les Materiaux et les Constructions) (Rilem, 2006) para el control de infiltración en paredes.
Cada probeta fue cortada en rebanadas de 5 cm de espesor. Estas rebanadas fueron colocadas en estufa a una temperatura de 60 °C durante cuatro días. Entonces, las pipetas fueron fijadas en la superficie circular de los probetas con pegamento de silicona conforme es ilustrado en la Figura 3. Fueron usadas cuatro rebanadas de cada mezcla formulada para las lecturas.
Con las pipetas fijadas, estas fueron llenadas con agua hasta el nivel cero de la graduación (más alta) y la entrada de agua en los substratos fue monitoreada a partir de la disminución del nivel de agua en la escala graduada (Figura 3). Las lecturas fueron hechas en intervalos de 15 minutos hasta completar 2,5 horas de ensayo y posterior a esto, se procede a leer a las 24h, 48h e 72h.
Como forma de considerar la pérdida de agua por evaporación, fue utilizada una pipeta fijada en una placa de vidrio considerando la variación de nivel de agua, en este caso, como agua evaporada. Estos valores de evaporación fueron posteriormente descontados de todas las series de los concretos evaluados.
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A continuación se presentan los resultados y los análisis hechos a partir de éstos. Para mayor confiabilidad en los datos fue realizado un tratamiento estadístico de los resultados de resistencia a la compresión, a tracción por compresión diametral por medio da aplicación del análisis de varianza (ANOVA) para 95% de confiabilidad de los resultados obtenidos.
4.1 Influencia en la consistencia
Los resultados de consistencia de las mezclas de concreto fresco obtenidas por el ensayo de asentamiento del cono para las mezclas determinados para este trabajo están presentados en la Figura 4.
Los resultados del ensayo de asentamiento demostraron que la forma de dispersión y la presencia de los NTCs en el concreto poseen fuerte influencia en la consistencia. Conforme puede ser visualizado en la Figura 4, la presencia de los NTCs sin dispersión elevó la consistencia del concreto (redujo su asentamiento), mientras la mezcla con presencia de los NTCs en la forma dispersa por ultrasonido presentó un resultado semejante a la mezcla de referencia. En comparación con la mezcla patrón, la mezcla en polvo sin dispersión logró que el asentamiento fuese alterado de 20 cm para 7 cm.
Estos resultados demuestran la dificultad de convertir el concreto en un material trabajable con los NTCs, indicando de esta forma que ésto solo es posible con el uso de aditivos químicos que aumenten la plasticidad del concreto, en función de la alta cantidad de agua requerida para que el concreto quede trabajable con los NTCs. Con todo, cabe destacar que la dispersión previa por zonificación redujo de forma considerable el efecto de cohesión de la masa fluida presentado por la adición de los NTCs en polvo.
Se cree que la disminución del asentamiento con la adición de NTCs en polvo se debe a la gran superficie específica del material (250-300 m2/g), cerca de 650 veces mayor que la del CP V-ARI usado en esta investigación. Esa elevada superficie consume mucha agua para la hidratación de toda el área de las partículas de los NTCs adicionados. La mejora del asentamiento con el uso de la técnica de dispersión por ultrasonido (mezcla CD) está relacionada con la mejor distribución de los NTCs en el aditivo en un medio acuoso y la incorporación de los polímeros presentes en los aditivos en la superficie de los NTCs. Es decir, la dispersión con ultrasonido se mostró importante para garantizar una hidratación previa y eficiente del área de las partículas de nanotubos de carbono.
4.2 Resistencia a la compresión
Los resultados del ensayo de resistencia a la compresión a los 28 días de curado húmedo pueden ser observados en la Figura 5.
Figura 5 Resistencia a la compresión (MPa) para la serie de referencia y las dos formas de adición de NTC.
Los datos demuestran que en los dos casos donde se los NTCs hubo mejoras significativas en la propiedad de resistencia a la compresión. Para validar estos resultados de herramienta de análisis de varianza (ANOVA) y se verificó que los promedios son significativamente diferentes, con 95% de confianza. Los datos de la ANOVA pueden ser visualizados en la Tabla 9 y la diferencia entre los promedios es confirmada por el hecho de que F es mayor que Fcrítico.
La mezcla con mayor elevación de la resistencia a la compresión fue representada por la mezcla CD, donde se obtuvo un incremento de 37% en la resistencia a la compresión cuando se compara con la mezcla de referencia. La mezcla sin dispersión (mezcla SD) presentó un 19% de aumento de resistencia a compresión con relación a la serie de referencia.
Los resultados evidencian que la dispersión con el ultrasonido es extremadamente importante para potenciar los beneficios ocasionados por la adición de NTCs en el concreto de cemento Portland.
4.3 Resistencia a traccion por compresión diametral
La Figura 6 muestra los resultados de la resistencia a la tracción por compresión diametral de las series de concretos investigadas en este trabajo.
Figura 6 Resistencia a tracción por compresión diametral para la serie de referencia de las dos formas de adición de NTC.
Estos resultados indican que también hubo incremento de la resistencia mecánica con relación a la adición de los NTCs al concreto con aumento de la resistencia a tracción entre 18 y 24 % con relación a la serie de referencia. Aun cuando la mezcla SD tenga resultado en el crecimiento de la resistencia a la tracción próxima de la proporcionada por la serie con dispersión, la serie SD presenta la mayor desviación patrón entre las muestras estudiadas. Eso indica que la adición de los NTCs en polvo en el trompo mezclador resulta en menor uniformidad de distribución de los NTCs en la masa de concreto generando una variabilidad mayor en los ensayos de resistencia a la tracción del concreto.
Para mayor confiabilidad en la comparación entre las series de concretos del estudio, se utilizó la herramienta ANOVA, que índicó con 95% de confiabilidad que existen diferencias significativas entre los resultados. Este hecho puede ser mejor visualizado en la Tabla 10, con F mayor que Fcrítico.
4.4 Absorción de agua por inmersión
La Figura 7 se aprecia que en las muestras con los NTCs, hubo mejoras con relación a las propiedades de absorción por inmersión. Esto puede estar relacionado con una mejor distribución de los poros, traduciendose en reducción de la macroporosidad. No en tanto, para esta comprobación se hace necesario otros ensayos que no fueron abordados en esta investigación, como el ensayo de porosimetria de mercurio que es capaz de cuantificar mejor el tamaño de los poros.
Figura 7 Absorción por inmersión (%) X Tiempo (h) para la serie de referencia y las dos formas de adición de NTC.
Es fácil notar la tendencia de reducción de la absorción provocada por la adición de NTC en los concretos estudiados en esta investigación. Con todo, el nivel de reducción no tan elevado como lo esperado, representa una reducción de 4,4% para la serie SD es de 3,9% para la serie CD.
4.5 Absorción de agua por el método de la pipeta
La absorción por el método de la pipeta fue realizada como tentativa de agregar más conocimiento acerca de la absorción de agua de los concretos producidos con adición de NTCs. Sus resultados pueden ser observados en la Figura 8. Se nota que la mezcla de referencia REF y la mezcla SD presentan los peores resultados demostrando una vez más la importancia del uso de la dispersión, con ultrasonido, de los NTCs en el aditivo y agua antes del amasado del concreto.
Figura 8 Absorción por el método de la pipeta para la serie de referencia y las dos formas de adición de NTC.
El ensayo fue ejecutado en la cara cortada, por lo tanto se atenta para el hecho de que la presencia del agregado grueso en el concreto puede influenciar en la absorción de agua por este método. Por tanto, el ensayo también evidenció la importancia de la dispersión en la variación de los resultados de penetración de agua y demostró tendencia de reducción de la absorción con el uso de NTCs dispersos previamente con la técnica de ultrasonido.
4.6 Discusión de los resultados
El estudio de Chaipanich et al. (2010) comprobó que la adición de nanotubos de carbono aumentó la resistencia de cementos compuestos con cenizas volantes. En su investigación, fueron analizados los rangos de 0,5% y 1% de NTCs en relación al peso del cemento, siendo que el segundo con 20% de ceniza volante presentó 10% de aumento en la resistencia a la compresión. Comparando los datos del estudio aquí presentado con los datos de Chaipanich et al. (2010), se verifica que en el primer caso fue obtenido mayor nivel de elevación de la resistencia a la compresión (19 a 37% de elevación) y eso probablemente se debe al uso de mayores rangos de NTC en la investigación de Chaipanich et al. (2010). Debido a su elevada superficie específica, el NTC tiende a tornar la mezcla cementicia menos fluida, llegando al punto de dificultar el vaciado y compactación de la probeta y ésta puede ser un causante de diferencias entre los resultados de las dos investigaciones. Por ello no es posible comparar el efecto de los NTCs en la fluidez en ambas porque el estudio de Chaipanich et al. (2010) fue realizado en mezclas y no fueron relatados datos de medidas de fluidez.
Del mismo modo que ocurrió en la presente investigación, Melo (2009) mostró en su trabajo un aumento de la resistencia a compresión de la tracción en mezclas de cemento Portland como adición de NTCs. Melo (2009) e Nochaiya; Chaipanich (2011) probaron en sus respectivos estudios una reducción de tamaño medio de poro causado por la incorporación de pastas de NTC de cemento Portland lo que puede aumentar la durabilidad de estructuras de concreto, ya que diámetros menores tienden a dificultar la circulacion de agentes agresivos dentro del concreto. En el trabajo de Melo (2009), el rango de 0,3% de nanotubos presentó la mayor capacidad de incremento de la resistencia. De acuerdo con Makar et al. (2005), el aumento en la durabilidad de concretos u morteros con adición de NTCs se debe a puentes de adherencia que se forman en la microestructura de la pasta (Figura 9). Ellas controlan las fisuras generadas en la matriz cementicia, en consecuencia, promueven mayores resistencias y disminución en la porosidad. Li et al. (2004) también citan una conexión entre el cemento hidratado y los nanomateriales en una de las justificaciones del aumento de la resistencia en morteros que tuvieron la incorporación de nanotubos de carbono. Las otras explicaciones citadas en los trabajos de Li et al. (2004) y Nochaiya; Chaipanich (2011) implican el hecho de que las nanopartículas rellenan los vacíos de la pasta de cemento aumentando la resistencia mecánica del compuesto cementiceo.
Figura 9 Microfisura en la pasta de cemento con adición de NTCs actuando como puentes de adherencia (Makar et al., 2005).
A pesar de ser usados en diversas áreas, los nanotubos de carbono todavía presentan alto costo, lo que puede ser un obstáculo para el uso de este material en compuesto cementiceos. Se cree que con el aumento de la demanda y con la posibilidad de sintetizar los NTCs en la fabricación del clínquer, lo que está siendo estudiado en la UFMG como fue relatado por Ludving et al. (2011) y Melo et al. (2011), el material se tornara más accesible. De ese modo, aun cuando el costo del material sea un aspecto negativo en la actualidad, la tendencia es que este inconveniente sea superado a lo largo del tiempo.
4. CONCLUSIONES
El presente trabajo tuvo la finalidad de contribuir con estudios referentes al efecto de la adición de nanotubos de carbono en los concretos de cemento Portland. Ya que este es un campo de estudio en desarrollo y es prometedor, y con algunos pocos resultados iniciales disponibles en la literatura. Estos datos son aplicados en estudios sobre pastas y morteros de cemento Portland y este trabajo presenta como diferencial la aplicación de los NTCs en concreto de cemento Portland.
El trabajo fue elaborado con base en la defensa de maestría de Marcondes (2012), desarrollada en el Programa de Post Grado en Ingeniería de Construcción Civil de la Universidad Federal del Paraná y alienta la importancia de la realización de la dispersión de los NTCs en agua y aditivo con el uso del ultrasonido antes de su incorporación en la masa de concreto. En ese sentido, las principales conclusiones de este trabajo se pueden observar a continuación:
Con 95% de significancia, se evidenció que las propiedades mecánicas de resistencia à la compresión y a tracción por compresión diametral, son afectadas por la eficiencia de la dispersión de los nanotubos de carbono en el concreto de cemento Portland.
Fue constatado el incremento de la resistencia a compresión y à tracción por compresión diametral que los NTCs proporcionan. En esta investigación el aumento representó 19% para la mezcla SD y 37% para la mezcla CD de incremento da resistencia a compresión, y 17% para la mezcla SD y 19% para la mezcla CD de aumento de la resistencia a tracción por compresión diametral;
La adición de NTCs al concreto redujo la fluidez de este material. En el caso de la adición de los NTCs con la dispersión previa en ultrasonido, esta reducción fue muy pequeña, permitiendo enmarcar al concreto como del mismo rango de consistencia del concreto patrón, que obtuvo una disminución de 20±3 cm. Ya la adición de NTCs en polvo directamente en el trompo mezclador y sin la dispersión previa, provocó una caída brusca en la trabajabilidad del concreto, disminuyendo su asentamiento a 7 cm, lo que afecta a la aplicabilidad de este material. En ese caso, sería necesaria la adición de agua o de más aditivo para la adecuación de la consistencia.
La adición de NTCs redujo la absorción de agua por inmersión y por el ensayo de la pipa. En este caso también fue verificado que la serie con la dispersión por ultrasonido potenció las ventajas ocasionadas por la incorporación de NTCs.
