Self-healing of concrete improve through the precipitation of calcium carbonate

Auto-reparación del hormigón mejorarla por medio de la

precipitación de carbonato de calcio

Claudia Stuckrath, Ricardo Serpell, Loreto M. Valenzuela, Mauricio López

Pontificia Universidad Católica de Chile

Jueves 7 de noviembre de 2013

3

ACI 224R recomienda que las que tienen un ancho sobre 0,41 mm, 0,30 mm, y 0,18 mm deben ser reparadas para ambientes de baja humedad, alta humedad y ambientes salinos respectivamente

¿Cómo?

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Materiales que se auto-reparan

5

Sanación autógena: espesores menores a 0.05 mm

6

Precipitación de carbonato de calcio

1. Concentración de Ca2+

2. Concentración de carbono inorgánico disuelto3. pH (pk2 (HCO3

-/CO32-)=10.3, pk (Ca2

+/CaCO3)=9)

4. Disponibilidad de sitios de nucleación

↑

↑

7

Mecanismo propuesto de bacteria

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A-

Ca2+A-

Ca2+

A-Ca2+

A- Ca2+

Fuente externa de Calcio

CaCO3 CaCO3 CaCO3CaCO3

pH sobre 9

Difunde CO2

Disociación sales de calcio

Envoltura celular bacteriana

8

Procedimientos

9

Procedimiento

3 tipos:CalcioBacteriaCalcio+Bacteria

Probetas rilem 4x4x16cm con enfierradura

Hidratar todo el cemento

Ancho grieta estudiada 0.08 a 0.22 mm

Bajo agua 20°C

Wiktor, V., & Jonkers, H. M. (2011). Cement and Concrete Composites, 33(7), 763–770.

10

Resultados

1111

100 días100 días

1mm0.5mm

0 días 0 díasProbeta con solo calcio

12

Resultados: sellado de grietas visualmente

Los tres agentes reparan bien las grietas en el rango estudiadoEl mejor resultado es con solo calcio

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40%

60%

80%

100%

Tiempo (días)

Sella

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Calcio

Calcio+BacteriaBacteria

Control

13

Resultados: Microscopia electrónica de barrido

Solo bacterias Bacterias combinadas con calcio

14

Conclusiones

15

Conclusiones

Es posible aumentar la capacidad de auto-reparación del hormigón por medio de utilizar diferentes agentes que aumentan la capacidad de precipitar carbonato de calcio.

El agente que mejor sellado visual tiene es con solo calcio (C) pero el mas estable térmicamente es con calcio y bacteria combinados (CB). Estudios de permeabilidad son necesarios para conocer cual es el mejor agente.

16

Agradecimientos

Eduardo Agosin PhD por facilitar el laboratorio de microbiología

Mauricio Guerra por su apoyo en el laboratorio de materiales

Oscar Parada por facilitar materiales

A los grupos de investigación ETC (http://web.ing.puc.cl/etc/ ) y de

Loreto Valenzuela (http://web.ing.puc.cl/~lvalenzr/)

Artículos Quantification of chemical and microbial calcium carbonate precipitation: performance of self-healing in reinforced mortar containing chemical admixtures

Self-healing of concrete improve through the precipitation of calcium carbonate

Auto-reparación del hormigón mejorarla por medio de la

precipitación de carbonato de calcio

Claudia Stuckrath, Ricardo Serpell, Loreto M. Valenzuela, Mauricio López

Pontificia Universidad Católica de Chile

Jueves 7 de noviembre de 2013

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Anexo

20Li, Victor C., and Emily Herbert. Journal of Advanced Concrete Technology 10, 2012, 207–218

Controlar ancho de grieta

Encapsulación química

Aditivos minerales

Aditivo de bacterias (MICP)

Tipos de self-healing

21

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Polimorfismos de CaCO3

C CalcitaA AragonitoV Vaterita

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Procedimiento

Bajo vacío se impregna una solución de - Lactato de calcio a 50g/L- Bacteria + Extracto de levadura 1g/L

3 tipos:-Calcio-Bacteria-Calcio+Bacteria

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Procedimiento

Mezcla de Hormigón

Llenado de moldes

Enfierradura

DOSIFICACIÓN kg/m3

Cemento Portland tipo I 400 Agua potable 261 Arena silícea 968 Agente de Auto reparación 304 w/c 0,65

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Procedimiento

Curado acelerado para tener la menor cantidad de partículas de cementos no hidratadas.

Curado en calor por 21 días para simular un hormigón de 56 días de madurez.

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Procedimiento

Carga GrietaFlexión

GrietaCorte

Se cargó con una prensa hidráulica hasta obtener grietas donde el acero había fluido para mantenerla abiertas. Se estudió un rango de 0.08 a 0.22 mm.

26

Procedimiento

CO2

O2

Intercambio de gases

27

Procedimiento: Toma de muestras

Se separó la probeta longitudinalmente para exponer una cara y poder medir el pH.

Se sacó una muestra del interior de la grieta para hacer DSC y SEM.

28

Resultados: pH al interior de las probetas

No existe una baja de pH generalizada, por lo que es un método seguro en temas de corrosión.

Mejora la permeabilidad al aire, debido a que el proceso de carbonatación natural no se produjo en las que tenia agentes.

29

Resultados: Análisis térmico

A mayor temperatura de descomposición de carbonato de calcio indica mayor estabilidad en la estructura del cristal.