Multi-scale study of the fibre-matrix interface and calcium leaching in high performance concretes

Abstract

Introducción Este trabajo está divido en dos partes claramente diferenciadas: un estudio de la interfaz fibra-matriz en cementos reforzados con fibras de vidrio y un estudio del lixiviado de calcio en pastas de cemento con adiciones de nanosílice. Primera parte: Estudio del lixiviado de calcio en pastas de cemento con adiciones de nanosílice El lixiviado de calcio es un proceso de degradación que se da siempre que el cemento se encuentra en contacto con agua y consiste en una disolución paulatina de la pasta como consecuencia de la descalcificación producida por la pérdida de iones Ca+2. A pesar de tratarse de un proceso relativamente lento en comparación con otros de los posibles ataques del cemento, éste cobra gran importancia en aplicaciones como túneles, presas, almacenes de residuos nucleares, etc. en las cuales el material, del que se espera una vida útil muy larga, va a tener que estar en contacto más o menos permanente con agua. La adición de partículas de nanosílice durante el proceso de amasado de la pasta ha demostrado que no solo mejora las propiedades del cemento sino que aumenta considerablemente su resistencia a la degradación mediante lixiviado de calcio. El objeto de este trabajo es el estudio de los mecanismos por los que esto se produce y más concretamente el efecto de la adición y el degrado en el gel C-S-H. Para ello se van a utilizar una gran variedad de técnicas experimentales (resonancia magnética nuclear, difracción y fluorescencia de rayos x, nanoindentación, porosimetría de mercurio, ensayos mecánicos y microscopía electrónica de barrido) que permiten caracterizar a todas las escalas de la materia. Segunda parte: Estudio de la interfaz fibra-matriz Uno de los puntos claves en la optimización de las propiedades de los cementos reforzados con fibras de vidrio se encuentra en la interfaz fibra-matriz. Dicha interfaz controla los mecanismos de interacción entre ambos materiales de tal forma que si es demasiado débil apenas hay interacción y por tanto tampoco refuerzo mientras que si por el contrario es demasiado fuerte el compuesto se vuelve frágil. Debido a las dimensiones de las fibras (D~15#m) los métodos tradicionales no permiten estudiarlas de forma individual por lo que hay que recurrir a técnicas menos habituales. Para este trabajo se utilizó la nanoindentación y más concretamente la técnica conocida como -fibre push-in- que consiste en utilizar una punta micrométrica para presionar en el extremo de una de las fibras haciendo que esta deslice en el interior de la matriz al tiempo que se miden la fuerza y el desplazamiento de la punta. De esta manera se trató de caracterizar una serie de muestras con diferentes pastas y adiciones a la vez que se comprobaban la funcionalidad de los diferentes modelos teóricos así como de la propia técnica experimental.