Sub- and supercritical hydrothermal synthesis of functionalized xonotlite and tobermorite as seed admixtures and their effect on the workability of cement pastes

Résumé

Hay varios factores que influyen en la elección de los materiales de construcción, como el comportamiento mecánico, la durabilidad, la facilidad de construcción y el coste de explotación. Los arquitectos o ingenieros civiles deben proponer nuevas soluciones para la construcción y el mantenimiento de las instalaciones más exigentes. Además, deben garantizar la viabilidad técnica y económica de sus ideas al mismo tiempo. Por ello, la investigación y el desarrollo de nuevos materiales de construcción o la mejora de los ya existentes, son cruciales en la industria de la construcción.Los materiales a base de cemento son un buen ejemplo de esta tendencia. El cemento Portland, aunque su origen se remonta a mediados del siglo XVIII, fue modificado y mejorado para diferentes aplicaciones durante todos estos años desde su descubrimiento. Los investigadores propusieron nuevas formulaciones o adiciones que respondían a las necesidades más exigentes del cemento y el hormigón del mercado. Así, aparecieron nuevos productos como reductores de agua, aceleradores de endurecimiento o retardadores del fraguado para responder a estas demandas. En los últimos años se han desarrollado y utilizado nanosílice y otras nanoadiciones, como ciertas nanopartículas de silicato cálcico hidratado, para mejorar las propiedades mecánicas y de durabilidad del cemento y el hormigón. En el caso de los silicatos cálcicos hidratados, estas partículas no reaccionan directamente con el cemento, pero provocan una aceleración de la hidratación del cemento. Esta aceleración está impulsada por un mecanismo de nucleación heterogénea que hace que el gel C-S-H, el principal producto de la hidratación del cemento, crezca más rápidamente. estas partículas también reciben el nombre de "semillas de hidratación". Sin embargo, estos materiales en suspensión tienden a agregarse y a absorber el agua de mezcla cuando se añaden a las pastas de cemento. La reducción del agua disponible reduce la fluidez y dificulta la trabajabilidad de la mezcla. Por ello, es necesario aumentar el contenido de agua en la mezcla para recuperar las propiedades de trabajabilidad iniciales. Una mayor proporción de agua sobre el polvo de cemento (w/c), genera estructuras más porosas en las pastas endurecidas con menor resistencia mecánica y menor durabilidad. Así, aumentar el contenido de agua provoca el efecto contrario al que se obtendría añadiendo las nanopartículas. El método más extendido para solucionar este inconveniente es el uso de aditivos superplastificantes. Estos permiten reducir el contenido de agua en las mezclas de cemento manteniendo sus propiedades de trabajabilidad. Sin embargo, se han reportado varios problemas sobre el uso de este tipo de reductores de agua en presencia de nanoadiciones, como el sangrado o la segregación. El objetivo de este trabajo es mejorar la dispersión de las semillas de hidratación sin tener que añadir más agua. Para ello, la tesis se centra en la síntesis y caracterización de partículas cristalinas de silicato cálcico hidratado con funcionalidades orgánicas obtenidas por reacción hidrotermal subcrítica y reacción supercrítica/hidrotermalcontinua con el fin de obtener partículas fácilmente dispersables en suspensiones de cemento. En este trabajo se discutirá la síntesis de xonotlita (Ca6Si6O17(OH)2) y tobermorita (Ca5(OH)2Si6O16-4H2O) con moléculas de polietilenglicol. Además, se ha estudiado la funcionalización covalente de la xonotlita y la tobermorita utilizando una molécula de siloxano que contiene un grupo zwitteriónico. Una molécula zwitteriónica contiene una carga positiva y negativa separada en la misma molécula y podría estabilizar una suspensión mediante repulsiones electrostáticas. Por último, se llevó a cabo la adición de estas partículas funcionalizadas orgánicamente al cemento y se estudió su efecto en la reología, la reacción de hidratación y las propiedades mecánicas a tiempos cortos de fraguado.(