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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 - PowerPoint PPT Presentation
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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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¿Cuándo?
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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
- ---- - --
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
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Tiempo (días)
Sella
do (%
)
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
22
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
23
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
24
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.
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Resultados: Análisis térmico
A mayor temperatura de descomposición de carbonato de calcio indica mayor estabilidad en la estructura del cristal.