Mejora de las propiedades con la adición de fibras

Una característica importante de las fibras, utilizadas como refuerzo, es la trabazón y la adherencia con la pasta de cemento; la adherencia está relacionada con la afinidad química de la superficie de la fibra con la pasta de cemento, y la trabazón con la rugosidad de su superficie: (superficie lisa, superficie rugosa, superficie deformada, superficie conformada, con ganchos en los extremos…)

En la efectividad y la eficiencia, como refuerzo, de la adición de las fibras, influyen varios factores: el acierto en elegir el tipo de fibras incluidas en la matriz y la adecuada distribución dentro del volumen de ésta.

fibras utilizadas en concreto hormigón

diferentes tipos de fibras empleadas en materiales cementíceos

Las fibras poliméricas, generalmente, tienen una baja adherencia (bond strength) con la pasta de cemento. La adherencia de las fibras de polipropileno y de polietileno HDPE, debe ser, al menos de t = 0,30 MPa para que puedan deformarse durante el proceso de fracturación de la matriz.

La adherencia de este tipo de fibras se puede incrementar utilizando diversas técnicas para tratar su superficie como: la oxifluoración (oxifibra), el tratamiento con plasma, el tratamiento con rayos gamma…

Con el tratamiento de oxifluoración se puede conseguir una resistencia al corte, en la interfaz pasta de cemento, superficie de la fibra, de hasta t = 0,47 MPa en 7 días.

Con la fabricación de fibras bicomponente de polipropileno (fibra concrix) y añadiendo nanopartículas a los polímeros se pueden conseguir cohesiones entre las fibras y la matriz cementícea de t = 0,93 µPa; de este modo los materiales cementíceos manifiestan una mayor tenacidad. La técnica de fabricación de fibras bicomponente, junto con un tratamiento mecánico de la superficie de las fibras (estructuración, conformación y estampación), puede conseguir resistencias interfaciales acortante entre las fibras y la matriz cementícea de t > 4,50 MPa.

Los tipos de fibras más frecuentemente utilizadas como refuerzo de morteros y hormigones son: las fibras de acero y las fibras de polipropileno y polietileno, las fibras de vidrio y las fibras de alcohol de polivinilo (PVA), que se utilizan principalmente en la fabricación de los compuestos cementíceos diseñados micromecánicamente (ECC).

Como sustitución de las fibras de acero de vidrio y de las fibras de asbesto, se están comenzando a utilizar las fibras de basalto por sus buenas propiedades resistentes por su estabilidad química y resistencia a los ácidos y por su resistencia a las temperaturas elevadas (hasta 700 ºC).

También se utilizan las fibras spectra (polietileno de muy elevado peso molecular), como refuerzo de compuestos cementíceos de muy elevada resistencia y tenacidad; para estos mismos fines se utilizan también algún tipo de fibra de carbono de bajo módulo de elasticidad y baja resistencia a tracción (2500 MPa), como refuerzo de compuestos cementíceos con función estructural. También pueden utilizarse como refuerzo de hormigones o morteros en capas de poco espesor y elevada resistencia a flexión, en estructuras hidráulicas y en revestimientos de túneles.

La utilización de varios tipos de fibras complementarias adecuadamente elegidas y añadidas en las cantidades convenientes (hybrid fibers), mejoran, en mayor medida, las propiedades de los materiales cementíceos que con la utilización de un único tipo de fibras.

fibra estampada bicomponente

fibra estampada bi-componente (S- Akers et al 2010)

Con la utilización conjunta de microfibras de polipropileno, macrofibras de polipropileno-polietileno y macrofibra de acero, pueden conseguirse compuestos cementíceos resistentes a la fisuración temprana y diferida en el tiempo, así como incrementar su resistencia a tracción, a flexión y su tenacidad después de la primera fractura. El volumen total de fibras añadidas no suele sobrepasar el 2% en volumen, salvo en el material SIFCON, que puede llegar a valores del 7%. Con un volumen total de fibras del 1%, repartido en un 0,3%-0,5% de microfibras de polipropileno, un 25% de macrofibras de polipropileno-polietileno y un 75%, de macrofibras de acero, puede conseguirse un refuerzo eficiente de los materiales cementíceos.

El refuerzo híbrido ofrece muchas posibilidades de combinar diferentes tipos de fibras con diferentes proporciones. Es necesario determinar con ensayos la combinación más adecuada para el objetivo que se pretenda alcanzar.

La utilización de los próximos años de la nanotecnología aplicada a los materiales, abre un campo muy extenso y prometedor en la consecución de nuevos materiales de construcción, mas resistentes, tenaces y durables que los hasta ahora utilizados.

Se pueden utilizar nanofibras como la nanocelulosa, las nanofibras de carbono y los nanotubos de carbono, para reforzar y mejorar muy notablemente las propiedades de las pasta de cemento y, por tanto, la de los hormigones, así como las de las lechadas y productos de inyección. Será posible mejorar en gran medida su resistencia a tracción, su ductilidad y su tenacidad, además de su durabilidad.

Es posible duplicar la resistencia última de la pasta de cemento (15 MPa), añadiendo un 0,1% en volumen de nanofibras de carbono, multiplicar por 1,6 su módulo de elasticidad (E = 24 MPa) y multiplicar la tenacidad a la fracturación por 2,8 (0,7 J/m 3 ) (Byan M. Tyson, 2011).

La adición de nanopartículas a las fibras poliméricas permitirá la fabricación de fibras más resistentes y con una mayor adherencia con la pasta de cemento.

La adición de nanopartículas al cemento mejorará también la microestructura de la pasta de cemento y, en consecuencia, sus propiedades resistentes, haciendo a los hormigones muy resistentes a la fisuración.

 

Más en “Influencia de la adición de fibras cortas discontinuas en las propiedades y en el comportamiento de los materiales cementíceos. Parámetros de evaluación de la eficiencia de su utilización. De LAUREANO CORNEJO.

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