Descripció del projecte
Actualment existeix la tendència d’emprar fibres sintètiques en el formigó per tal de millorar la seva retracció. Aquesta tendència, que segueix sent la que ocupa la gran majoria d’aplicacions en obra i servei de formigó ha suscitat que apareguin noves tendències en quan a l’ús d’altres tipus d’additius i addicions en el formigó, tals com òxid de calci, òxids de magnesi, sulfats de calci i magnesi, etc.
Els additius expansius s’utilitzen àmpliament per compensar la contracció d’assecat de materials a base de ciment per evitar que presenti fissures. Tanmateix, l’expansió de l’additiu expansiu portador d’ettringita convencional depèn fortament del curat en humitat i es genera principalment a la primera edat i, per tant pot no funcionar bé en formigons sense subministrament d’aigua suficient o amb contraccions a llarg termini. L’ús d’altres additius provinents de residus i/o subproductes industrials que continguin MgO, CaO, Al2O3, SiO2, MgSO4 i CaSO4 els poden fer adients per a la seva interacció amb les fases contingudes en el clínker durant els processos d’hidratació, tant per a la formació dels corresponents hidròxids (Mg(OH)2; Ca(OH)2) com per les reaccions putzolàniques ((hidr)-òxids bàsics amb SiO2) amb els residus de SiO2 com amb els corresponents sulfats per formar noves fases cristal·lines expansives, tals com hidrotalcites, ettringites, etc. Per aquest motiu caldrà estudiar tan la cinètica d’hidratació del ciment combinat amb els diferents additius, com la pròpia cinètica de reacció d’ells mateixos en un medi fortament alcalí com el que es tindrà en una matriu de ciment Portland. Tanmateix, és d’esperar que les potencials reaccions putzolàniques que tenen lloc a llarg termini permetin millorar les propietats finals del material formulat, tant pel que fa a la durabilitat com a les propietats mecàniques.
El projecte de Doctorat Industrial pretén establir les condicions de contorn necessàries per la valorització de residus industrials i urbans que a dia d’avui es troben a la categoria d’Eliminació a la jerarquia de residus, en forma d’additius químics d’alt valor afegit per la formulació de formigons de retracció compensada, ja que tindran l’avantatge afegit de ser menys sensibles als efectes de l’aplicació respecte als d’ús actual.
Per aconseguir aquests objectius generals, es proposa l’estudi de diferents subproductes i residus industrials, entre els quals es troben subproductes provinents de la indústria de refractaris de magnesi, indústria del vidre, de l’alumini, etc. Els quals caldrà que se sotmetin a una exhaustiva caracterització físico-química mitjançant tècniques complementàries, tals com: Difracció de raigs X (DRX), Fluorescència de raigs X (FRX), Microscòpia Electrònica de Rastreig (SEM), assaigs de lixiviació química i anàlisi mitjançant Espectroscòpia òptica (OES) i de Masses (MS) mitjançant Plasma d’Inducció Acoblat (ICP), densitat específica amb picnòmetre d’heli, superfície específica (BET), Distribució de mida de partícules làser (PSD), Termogravimetria (TGA), Calorimetria Diferencial d’escombrat (DSC), etc.
A partir d’aquest estudi de caracterització se centrarà l’estudi en la dosificació de morters emprant aquests residus com additius (percentatge inferior al 5% sobre la massa de ciment) i s’avaluarà el seu efecte en la retracció en estat fresc i endurit, mitjançant galgues extensiomètriques i termoparells que permetin avaluar el procés d’adormiment del ciment. Tanmateix s’avaluaran les potencials noves fases formades a diferents edats, tan estat fresc aturant la reacció mitjançant dissolvent orgànics (isopropanol), com en estat endurit; mitjançant DRX, TGA, i Espectroscòpia d’Infraroig per transformada de Fourier (FT-IR). S’avaluarà també l’efecte de l’additiu durant el procés d’hidratació del ciment mitjançant microcalorimetria isotèrmica específica de pastes i morters de ciments (TAM air). S’estudiarà l’efecte de les condicions de curat sobre l’adquisició de les resistències mecàniques tot relacionant-ho amb la retracció compensada a diferents edats (1, 3, 7, 14, 21, 28, 90 dies). I s’avaluaran les potencials noves fases formades que permetin justificar el comportament dels materials obtinguts avaluant-les microscòpicament mitjançant SEM i amb nanoindentación. El desenvolupament de morters permetrà establir els paràmetres més importants a tenir en compte per a desenvolupar formigons de retracció compensada emprant aquells additius residuals o subproductes industrials que permetin establir un bon comportament en diferents ambients. I s’avaluaran les seves característiques a partir de la metodologia científica establida en l’estudi dels morters, TAM air, propietats mecàniques, FT-IR, SEM, DRX, tant per cent de retracció-expansió, etc.
Per aquest propòsit es comptarà amb la col·laboració del grup de recerca GICITED (Grup Interdisciplinar de Ciència i Tecnologia a l’Edificació) de l’Escola Politècnica Superior d’Edificació de Barcelona (EPSEB) de la Universitat Politècnica de Catalunya. Concretament amb la col·laboració del Dr. Joan Ramon Rosell i Amigó, director del Laboratori de Materials de la mateixa escola. A les seves instal·lacions compten amb motlles de provetes de formigons i els dispositius adequats per a l’avaluació de la retracció-expansió de morters i formigons, així com mescladores formigoneres i cambres que permeten realitzar cicles tèrmics, així com avaluar propietats en mostres de mida més gran que les que es poden dur a terme a la Facultat de Química.
