J07-Alvaro Gonzalez - Auto-reparación de morteros de hormigón mediante bacterias

Auto-reparaciรณn de morteros de hormigรณn mediante bacterias ร lvaro Gonzalez V. Profesor Asistente - Universidad Catรณlica de Chile 1

Concepto de autorreparaciรณn Terminator II

Arnold le dispara a T-1000

Robot T-1000

Concepto de autorreparaciรณn

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Concepto de autorreparaci贸n Lesi贸n/Fractura

Reparaci贸n aut贸noma

4

Materiales autorreparables Agente reparador se libera cuando se produce grieta

Reparación autónoma

Agente reparador actúa o se libera por estímulo externo

Reparación estímulo externo

5

Materiales de pavimento

Autorreparación de Hormigón → Esta Presentación

Autorreparación de asfalto → Otra presentación

Uso de hormigón en infraestructura

2.7%

- Existen iniciativas para disminuir impacto ambiental - Uso de materiales con menor energía - Extender su vida útil: ¿autorreparación?

Agua

Autorreparación en hormigón

Honkers, TU Delft, Holanda

• Existen agentes biológicos como bacterias que naturalmente precipitan carbonato de calcio (CaCO3).

• Grietas pequeñas (<0.1 mm) tienden a repararse naturalmente.

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Bacteria Bacilus Pseudofirmus Bacteria alcalifílica Importada liofilizada desde Bélgica

O2

Lactato de Calcio Agua 𝐶𝑎2+

𝐶𝑎𝐶6 𝐻10 𝑂6 + 6𝑂2 → 𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 5𝐶𝑂2 + 5𝐻2 𝑂 𝐿𝑎𝑐𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑙𝑐𝑖𝑜 + 𝑂𝑥í𝑔𝑒𝑛𝑜 → 𝐶𝑎𝑙𝑐𝑖𝑢𝑚 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑎𝑡𝑒 + 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑑𝑖𝑜𝑥𝑖𝑑𝑒 + 𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟

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Preguntas de Investigación

Literatura: • Se ha investigado fundamentalmente cemento Portland • Se ha investigado en un rango de temperaturas reducido Preguntas: ¿Qué efecto tiene el tipo de cemento? ¿Cuál es el efecto de distintas temperaturas?

Diseño experimental

: Cuantificación del porcentaje de auto-reparación mediante análisis visual. : Ensayo de resistencia a la compresión.

Etapas del trabajo experimental

ETAPA 1

ETAPA 2

ETAPA 3

Fabricación probetas cúbicas

Resistencia a compresión (3, 7 y 28 días de curado)

Fabricación probetas prismáticas

Agrietamiento y verificación de autoreparación (hasta 63 días)

Preparación agente de auto-reparación

Impregnación bacteria en árido liviano

Mixture ID C – PT C – PZ L – PT L – PZ B – PT B – PZ

Description and Cement type Control – Portland Control - Pozzolanic Lactate only – Portland Lactate only – Pozzolanic Lactate + Bacteria – Portland Lactate + Bacteria - Pozzolanic

Cement [kg/m3] 530 530 530 530 530 530

Water [kg/m3] 265 265 265 265 265 265

Sand [kg/m3] 690 690 690 690 690 690

LWA [kg/m3] 300 300 300 300 300 300

W/C 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

Resultados: ensayos compresiĂłn

â&#x2020;&#x2019; No se aprecian efectos significativos en la resistencia a la compresiĂłn

ParĂĄmetros autorreparaciĂłn

40x40x160 mm Curado 28 dĂ­as Software ImageJÂŽ para anĂĄlisis de imĂĄgenes Auto-reparaciĂłn segĂşn porcentaje de ĂĄrea sellada

đ??´đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;Ăłđ?&#x2018;&#x203A;ĂĄđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17D;

đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ą đ?&#x2018;Ą %= â&#x2C6;&#x2122; 100% đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2013;

Resultados de autorreparación Resultados con Cemento Portland, 0 y 28 días Muestra 1

0 días

28 días

Muestra 2

0 días

28 días

Muestra 3

0 días

28 días

Resultados de autorreparación Procesamiento de Imágenes con ImageJ®

0 días

7 días

14 días

21 días

→ Se observa autorreparación hasta los 21 días

35 días

63 días

Resultados: tipo de cemento Portland

Puzolánico • Muestras de control con baja reparación.

• Resultados similares entre cementos • Las muestras con sólo lactato entregan buen resultado.

Resutados: temperatura

• Se agrupan resultados según ancho de grieta.

• A 4°C no se observó reparación.

• Mayor reparación a 23 °C. • Reparación disminuye a mayor ancho de grieta

Resultados rayos X y microscopio

Nombre

Fórmula

Calcite, syn

CaCO3

Vaterite

CaCO3

Quartz low

alpha-SiO2

Albite, calcian

(Na,Ca)(Si,Al)4O8

Portlandite

Ca(OH)2

→ Se saca material de relleno de la grieta. → Ensayo difracción por rayos X indica presencia de CaCO3 → Microscopía electrónica de barrido confirma presencia de cristales

Conclusiones • Entre la primera y tercera semana se observa la mayor cantidad de autorreparación.

• No se observa autorreparación a los 4 °C, la mayor fue a los 23 °C.

• Se observa reparación en cemento puzolánico.

• El lactato de calcio ayuda a precipitar calcio, además de las bacterias.

• Se logró producir un hormigón con bacterias y propiedades de autorreparación en laboratorio.

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Agradecimientos

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