Investigadors de la UPC, BASF i el Sincrotró ALBA proposen una metodologia per millorar la resistència del formigó
+
Descarregar
Figura: Patró de difracció de pols de raigs X d'una argila amb augment de PCE: a) pasta fresca amb llum de sincrotró, b) pasta seca amb difractòmetre de Cu Kα.
Un equip d'investigadors de l'empresa química BASF, el Sincrotró ALBA i la UPC ha determinat, utilitzant la llum de sincrotró, com interactuen les argiles i els superplastificants en les pastes de ciment. Aquests resultats aplanen el camí per millorar el disseny de nous superplastificants més resistents a les argiles que generalment es troben en les sorres que s’utilitzen per a la producció de formigó.
19/02/2019
La preparació de morter i formigó és un procés complex, en el qual intervenen diferents reaccions químiques difícils de replicar. Les propietats del formigó milloren quan es redueix la quantitat d'aigua: la pasta de ciment té major densitat i, per tant, major resistència a la compressió i flexió, menor permeabilitat i major resistència a la intempèrie; a més de reduir el canvi de volum d'assecat i humectació que minimitza l'esquerdament per contracció. No obstant això, quan es redueix el contingut d'aigua, el morter i el formigó es tornen més viscosos: això redueix la capacitat de treballar-lo i augmenta’n els problemes per a la seva col·locació.
Els superplastificants de policarboxilat (PCE) fan que el ciment sigui més fluid amb menys aigua, el que millora substancialment la seva manejabilitat, i permet reduir el contingut d'aigua de la pasta. Tot i això, els superplastificants de policarboxilat són molt sensibles a les argiles que pot contenir la sorra que es fa servir en la producció de morter i formigó.
Per tant, és de vital importància comprendre la interacció entre els superplastizantes de policarboxilat i les argiles per millorar el rendiment d'aquestes mescles complexes. El comportament de la pasta fresca de ciment ha estat investigat en la línia de llum NCD-SWEET del Sincrotró ALBA per part d’investigadors de l'empresa BASF, del Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) i l'ALBA. Aquesta investigació ha servit per desenvolupar una metodologia in situ que caracteritza adequadament la interacció entre el policarboxilat i les argiles. La metodologia anterior utilitzava la centrifugació i l'escalfament suau de les pastes, la qual cosa donava lloc a errors causats per la preparació de la mostra. La llum de sincrotró permet mesurar les pastes de ciment sense cap pas de preparació de la mostra.
"La presència d'argiles en les pastes de ciment inhibeix la capacitat de dispersió dels superplastificants de policarboxilat, disminuint així la seva capacitat de fer formigó i ciment fluid. Les metodologies utilitzades prèviament per a la caracterització de la interacció PCE-argiles no consideraven les alteracions induïdes per la centrifugació i els processos d'assecatge en la barreja de PCE, el que feia impossible mesurar-lo correctament. Per això ha estat necessari mesurar la interacció en les mostres fresques, evitant el procés d'assecat", explica Pere Borralleras de BASF.
"La llum de sincrotró ha estat clau en aquest experiment, ja que ha permès mesurar la intercalació de superplastificants a les argiles a la pasta fresca. D'aquesta manera, l'estudi no està esbiaixat pel pas de preparació de la mostra", afegeix Ignacio Segura, investigador del Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental de la UPC, un dels autors de l’article, juntament amb Antonio Aguado, investigador del mateix departament.
Aquesta nova metodologia permetrà el desenvolupament de millors superplastificants PCE (més resistents a les argiles ubiqües) en els propers anys. També ajudarà a preservar la sostenibilitat ja que el rentat de sorra és una pràctica comuna que consumeix molta aigua. "La sostenibilitat està present en tots els experiments que es realitzen a l'ALBA", diu el professor Miguel A.G. Aranda, director científic d'ALBA i co-autor d'aquesta publicació.
Aquesta investigació ha estat publicada per la revista ‘Cement and Concrete Research’, la segona revista amb un factor d'impacte més alt en construcció i en tecnologia de la construcció.
Els superplastificants de policarboxilat (PCE) fan que el ciment sigui més fluid amb menys aigua, el que millora substancialment la seva manejabilitat, i permet reduir el contingut d'aigua de la pasta. Tot i això, els superplastificants de policarboxilat són molt sensibles a les argiles que pot contenir la sorra que es fa servir en la producció de morter i formigó.
Per tant, és de vital importància comprendre la interacció entre els superplastizantes de policarboxilat i les argiles per millorar el rendiment d'aquestes mescles complexes. El comportament de la pasta fresca de ciment ha estat investigat en la línia de llum NCD-SWEET del Sincrotró ALBA per part d’investigadors de l'empresa BASF, del Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) i l'ALBA. Aquesta investigació ha servit per desenvolupar una metodologia in situ que caracteritza adequadament la interacció entre el policarboxilat i les argiles. La metodologia anterior utilitzava la centrifugació i l'escalfament suau de les pastes, la qual cosa donava lloc a errors causats per la preparació de la mostra. La llum de sincrotró permet mesurar les pastes de ciment sense cap pas de preparació de la mostra.
"La presència d'argiles en les pastes de ciment inhibeix la capacitat de dispersió dels superplastificants de policarboxilat, disminuint així la seva capacitat de fer formigó i ciment fluid. Les metodologies utilitzades prèviament per a la caracterització de la interacció PCE-argiles no consideraven les alteracions induïdes per la centrifugació i els processos d'assecatge en la barreja de PCE, el que feia impossible mesurar-lo correctament. Per això ha estat necessari mesurar la interacció en les mostres fresques, evitant el procés d'assecat", explica Pere Borralleras de BASF.
"La llum de sincrotró ha estat clau en aquest experiment, ja que ha permès mesurar la intercalació de superplastificants a les argiles a la pasta fresca. D'aquesta manera, l'estudi no està esbiaixat pel pas de preparació de la mostra", afegeix Ignacio Segura, investigador del Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental de la UPC, un dels autors de l’article, juntament amb Antonio Aguado, investigador del mateix departament.
Aquesta nova metodologia permetrà el desenvolupament de millors superplastificants PCE (més resistents a les argiles ubiqües) en els propers anys. També ajudarà a preservar la sostenibilitat ja que el rentat de sorra és una pràctica comuna que consumeix molta aigua. "La sostenibilitat està present en tots els experiments que es realitzen a l'ALBA", diu el professor Miguel A.G. Aranda, director científic d'ALBA i co-autor d'aquesta publicació.
Aquesta investigació ha estat publicada per la revista ‘Cement and Concrete Research’, la segona revista amb un factor d'impacte més alt en construcció i en tecnologia de la construcció.
