Desarrollo de materiales cementantes conductores multifuncionales mediante adición de nanotubos de carbono

La tecnología del hormigón, el material de construcción por excelencia de nuestros tiempos, continúa recibiendo un importante interés científico. Una de las actuales líneas de investigación se halla en el desarrollo de su multifuncionalidad, que consiste en dotar al hormigón de múltiples funciones distintas a su función principal, la estrictamente estructural, lógicamente sin perjudicar a ésta última. Un tipo de material cementicio multifuncional son los materiales cementicios eléctricamente conductores, que se obtienen al introducir partículas conductoras, como adiciones carbonosas, en la matriz cementicia tradicional. De otra parte, los avances en el más reciente campo de la nanotecnología han propiciado el descubrimiento de nuevas nanopartículas conductoras; una de estas partículas son los nanotubos de carbono (NTC). Su interés radica en sus excelentes características mecánicas, eléctricas, térmicas y de estabilidad química. Confluyendo el desarrollo de los citados ámbitos en una nueva vía de investigación, la incorporación de nanotubos de carbono en matrices de cemento Portland se eleva con el potencial de conformar una nueva generación de composites cementicios multifuncionales de altas prestaciones. Con ello, el propósito de esta tesis es profundizar en el conocimiento del comportamiento sinérgico que ambos materiales pueden proporcionar al trabajar conjuntamente como uno sólo. El documento queda estructurado en siete capítulos, constituyendo el primero de ellos una progresiva toma de contacto a través del Estado del Arte y la revisión de la literatura relacionada más reciente. En primer lugar, se proporciona una descripción de los tipos y propiedades de los NTC, para tratar a continuación los aspectos ya abordados sobre composites que incorporan esta adición; en particular, el problema de la dispersión. De igual manera, se hace un repaso de los estudios disponibles en relación a las tres funciones que se analizarán dentro del programa experimental. En el Capítulo II se realiza una doble caracterización: mecánica por un lado, mediante ensayos sobre morteros, y de durabilidad en términos de resistencia a la corrosión, en pastas con armaduras de acero embebidas. Se incluye como estudio previo, los análisis sobre efectividad de diferentes técnicas de dispersión propuestas por diversos autores. Al final, también se aportan ensayos complementarios, efectuados por medio de las técnicas SEM y EDX. El Capítulo III aborda la primera función investigada: la extracción electroquímica de cloruros (EEC). Consta de dos estudios paralelos realizados sobre probetas de hormigón armado que fueron sometidas a diferentes métodos de ataque con cloruros: interno (agua de amasado) y externo (contaminación desde la superficie). El objetivo es indagar la viabilidad de emplear un sistema anódico basado en pastas de cemento conductoras con adición de NTC, cuando se aplica la técnica de EEC en elementos estructurales contaminados con cloruros. En el Capítulo IV se estudia el nivel de apantallamiento de ondas electromagnéticas (EMI) de pastas de cemento con adición de diferentes dosificaciones de NTC, e incluyendo también su combinación con fibra de carbono. El comportamiento de estos composites frente a apantallamiento EMI se evalúa a través del parámetro de apantallamiento S, obtenido mediante un analizador espectral para dos frecuencias de ensayo. El Capítulo V se compone de los cuatro estudios sobre percepción de la deformación llevados a cabo. En el primero de ellos se analiza la viabilidad de emplear un tipo de NTC como adición conductora para obtener composites capaces de desempeñar la función de percepción. Ello se evalúa a través de la influencia de distintas variables de ensayo: edad de curado, intensidad de corriente eléctrica, carga máxima y velocidad en la aplicación de dicha carga. En el segundo estudio del capítulo se analiza la respuesta de la función de percepción de la deformación frente a las condiciones de ataque más habituales, carbonatación y cloruros. Para los dos primeros estudios citados se utilizaron probetas prismáticas, con la misma geometría (4x4x16 cm3). Supone una novedad reseñable la inclusión de una armadura en el caso de las probetas destinadas al estudio con cloruros. Al final del capítulo, también se incluye un estudio derivado en relación a la influencia del contenido en humedad. Los estudios tres y cuatro constituyen aplicaciones prácticas de la función de percepción mediante sensores de deformación implementados bajo tres formas principales: embebidos, prefabricados y aplicados in situ. Concretamente el tercer estudio reproduce un elemento estructural a escala real —dos pilares de hormigón armado— en los que se evalúan las tres formas de implementación indicadas, mientras que el cuarto se realiza exclusivamente con sensores embebidos en probetas de hormigón en masa. En último lugar, el Capítulo VI pone fin al trabajo presentando las conclusiones generales y las vías de trabajo futuras que se proponen a la luz del conjunto de resultados reportado. Para su consulta se incluyen en el Capítulo VII la bibliografía de referencia y los índices de búsqueda