Estudio del comportamiento frente al fuego del hormigón en masa con adición de nanofibras de carbono (CNFS) y su comparación con hormigones sin adición y con otras adiciones

En la actualidad la nanotecnología apunta a ser la herramienta que a corto plazo generará los nuevos adelantos en ingeniería y por ende será el principal motor del desarrollo de la sociedad. Los nanomateriales están ofreciendo importantes mejoras en el desarrollo de la tecnología, por ello, conocer su interacción con el hormigón frente a la acción de un incendio resulta de un importante atractivo. Conocidas las negativas consecuencias que se derivan en los incendios de los edificios, es importante mejorar los materiales que componen el hormigón y así optimizar su comportamiento frente a la agresión térmica, dando lugar a hormigones innovadores con características extremadamente superiores. Desde hace mucho tiempo, la incorporación de fibras en el hormigón ha sido una práctica llevada a cabo para mejorar el comportamiento del hormigón. En los últimos años, se han desarrollado mejoras y alcanzado resultados exitosos del comportamiento frente al fuego en el hormigón con la adición de fibras. Sin embargo, la aplicación de la nanotecnología en el hormigón frente a la acción de un fuego real no está experimentado. Por ello, y partiendo de estas premisas, en el presente trabajo de investigación se ha llevado a cabo el estudio del comportamiento frente al fuego del hormigón en masa con adición de nanofibras de carbono (CNFs) y su comparación con hormigones sin adición, con adiciones de fibras de polipropileno y de acero, e hibridación de CNFs con fibras polipropileno y de acero. Para ello, se han elaborado probetas de hormigón con las diferentes adiciones y porcentajes de adición, y se han sometido a los ensayos de exposición a fuego real, de resistencia a compresión, de conductividad térmica y del análisis microscópico. A partir del análisis de resultados, se puede concluir, que la adición de CNFs en el hormigón tradicional revierte en una mejora del efecto “spalling” y del comportamiento mecánico del hormigón frente al fuego, con un aumento de la ductilidad. Permite realizar diseños de hormigones con conductividades térmicas concretas en función de las necesidades existentes. Por otro lado, hay que destacar que los hormigones con adición hibridada de CNFs y fibras, presentan mayores resistencias y una mejor ductilidad después de una exposición al fuego, dando lugar a un mejor comportamiento mecánico del hormigón. De la misma manera sucede en hormigones con adición de fibras de polipropileno y fibras de acero, donde los resultados a cerca de las características mecánicas son altamente satisfactorios, convirtiéndose en una optimización del hormigón. Por tanto, el empleo de adición de nanofibras de carbono (CNFs) en el proceso de fabricación del hormigón, así como del uso de fibras e hibridación entre ellas, se convierte en una práctica que presenta ventajas competitivas respecto a las técnicas de construcción convencionales, siendo una buena alternativa al hormigón tradicional. ----------ABSTRACT---------- At present, nanotechnology aims to be a tool for the generation of advance in engineering, and it is therefore an important factor for the development of society. Nanomaterials are contributing substantially to the making of new technologies, for that reason, to know their interaction with concrete and its reaction to fire is very important. The negative consequences that result from the effect of fire in buildings impose the need to upgrade the properties of materials in the face of thermal aggression. High performance concrete appears to be the best choice. For a long time, the incorporation of fibers in concrete has often been used to improve the behavior of this material. In recent years, improvements have been made and successful results of fire behavior in concrete with the addition of fibers have been obtained. However, the application of nanotechnology in concrete against the action of actual fire has not been properly tested yet. Based on these premises, in the present research work we have carried out the study of the behavior against fire of mass concrete with addition of carbon nanofibers (CNFs) and its comparison with concrete without addition, with additions of polypropylene and steel fibers, and hybridization of CNFs with polypropylene and steel fibers. To this purpose, concrete specimens with the different additions and addition percentages have been prepared, and have been subjected to the tests of exposure to fire, compression resistance, thermal conductivity and microscopic analysis. From the analysis of results, it can be concluded that the addition of CNFs in traditional concrete results in reduction of the "spalling" effect and also in an increase the mechanical behavior of the concrete against fire, with an upgrade in ductility. Additionally, it allows to produce concrete designs with concrete thermal conductivities according to the existing needs. On the other hand, it should be noted that concrete with hybridized addition of CNFs and fibers shows higher resistance and better ductility after an exposure to fire, giving rise to a better mechanical behavior of the concrete. A similar case is found in concrete with addition of polypropylene fibers and steel fibers, where the results of the mechanical characteristics are highly satisfactory, showing a clear upgrade of the concrete under study. In short, the addition of carbon nanofibers (CNFs) during the concrete manufacturing process, as well as the use of fibers and hybridization between them, becomes a practice that yields competitive results with respect to conventional construction techniques, being a good alternative to traditional concrete