Auto-reparaciรณn de morteros de hormigรณn mediante bacterias ร lvaro Gonzalez V. Profesor Asistente - Universidad Catรณlica de Chile 1
Concepto de autorreparaciรณn Terminator II
Arnold le dispara a T-1000
Robot T-1000
Concepto de autorreparaciรณn
3
Concepto de autorreparaci贸n Lesi贸n/Fractura
Reparaci贸n aut贸noma
4
Materiales autorreparables Agente reparador se libera cuando se produce grieta
Reparación autónoma
Agente reparador actúa o se libera por estímulo externo
Reparación estímulo externo
5
Materiales de pavimento
Autorreparación de Hormigón → Esta Presentación
Autorreparación de asfalto → Otra presentación
Uso de hormigón en infraestructura
2.7%
- Existen iniciativas para disminuir impacto ambiental - Uso de materiales con menor energía - Extender su vida útil: ¿autorreparación?
Agua
Autorreparación en hormigón
Honkers, TU Delft, Holanda
• Existen agentes biológicos como bacterias que naturalmente precipitan carbonato de calcio (CaCO3). • Grietas pequeñas (<0.1 mm) tienden a repararse naturalmente.
8
Bacteria Bacilus Pseudofirmus Bacteria alcalifílica Importada liofilizada desde Bélgica
O2
Lactato de Calcio Agua 𝐶𝑎2+
𝐶𝑎𝐶6 𝐻10 𝑂6 + 6𝑂2 → 𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 5𝐶𝑂2 + 5𝐻2 𝑂 𝐿𝑎𝑐𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑙𝑐𝑖𝑜 + 𝑂𝑥í𝑔𝑒𝑛𝑜 → 𝐶𝑎𝑙𝑐𝑖𝑢𝑚 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑎𝑡𝑒 + 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑑𝑖𝑜𝑥𝑖𝑑𝑒 + 𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟
9
Preguntas de Investigación
Literatura: • Se ha investigado fundamentalmente cemento Portland • Se ha investigado en un rango de temperaturas reducido Preguntas: ¿Qué efecto tiene el tipo de cemento? ¿Cuál es el efecto de distintas temperaturas?
Diseño experimental
: Cuantificación del porcentaje de auto-reparación mediante análisis visual. : Ensayo de resistencia a la compresión.
Etapas del trabajo experimental
ETAPA 1
ETAPA 2
ETAPA 3
Fabricación probetas cúbicas
Resistencia a compresión (3, 7 y 28 días de curado)
Fabricación probetas prismáticas
Agrietamiento y verificación de autoreparación (hasta 63 días)
Preparación agente de auto-reparación
Impregnación bacteria en árido liviano
Mixture ID C – PT C – PZ L – PT L – PZ B – PT B – PZ
Description and Cement type Control – Portland Control - Pozzolanic Lactate only – Portland Lactate only – Pozzolanic Lactate + Bacteria – Portland Lactate + Bacteria - Pozzolanic
Cement [kg/m3] 530 530 530 530 530 530
Water [kg/m3] 265 265 265 265 265 265
Sand [kg/m3] 690 690 690 690 690 690
LWA [kg/m3] 300 300 300 300 300 300
W/C 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
Resultados: ensayos compresiĂłn
→ No se aprecian efectos significativos en la resistencia a la compresión
ParĂĄmetros autorreparaciĂłn
40x40x160 mm Curado 28 dĂas Software ImageJÂŽ para anĂĄlisis de imĂĄgenes Auto-reparaciĂłn segĂşn porcentaje de ĂĄrea sellada
đ??´đ?‘˘đ?‘Ąđ?‘œ − đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘?đ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘?đ?‘–Ăłđ?‘›ĂĄđ?‘&#x;đ?‘’đ?‘Ž
đ?‘Žđ?‘– − đ?‘Žđ?‘Ą đ?‘Ą %= ∙ 100% đ?‘Žđ?‘–
Resultados de autorreparación Resultados con Cemento Portland, 0 y 28 días Muestra 1
0 días
28 días
Muestra 2
0 días
28 días
Muestra 3
0 días
28 días
Resultados de autorreparación Procesamiento de Imágenes con ImageJ®
0 días
7 días
14 días
21 días
→ Se observa autorreparación hasta los 21 días
35 días
63 días
Resultados: tipo de cemento Portland
Puzolánico • Muestras de control con baja reparación. • Resultados similares entre cementos • Las muestras con sólo lactato entregan buen resultado.
Resutados: temperatura
• Se agrupan resultados según ancho de grieta. • A 4°C no se observó reparación. • Mayor reparación a 23 °C. • Reparación disminuye a mayor ancho de grieta
Resultados rayos X y microscopio
Nombre
Fórmula
Calcite, syn
CaCO3
Vaterite
CaCO3
Quartz low
alpha-SiO2
Albite, calcian
(Na,Ca)(Si,Al)4O8
Portlandite
Ca(OH)2
→ Se saca material de relleno de la grieta. → Ensayo difracción por rayos X indica presencia de CaCO3 → Microscopía electrónica de barrido confirma presencia de cristales
Conclusiones • Entre la primera y tercera semana se observa la mayor cantidad de autorreparación. • No se observa autorreparación a los 4 °C, la mayor fue a los 23 °C.
• Se observa reparación en cemento puzolánico. • El lactato de calcio ayuda a precipitar calcio, además de las bacterias. • Se logró producir un hormigón con bacterias y propiedades de autorreparación en laboratorio.
21
Agradecimientos
22
Auto-reparaciรณn de morteros de hormigรณn mediante bacterias ร lvaro Gonzalez V. Profesor Asistente - Universidad Catรณlica de Chile 23