Desempeño del Concreto Reforzado con Macrofibras Poliméricas con Óxido de Grafeno:
Reporte de Resultados Graphenergy® Construcción
Las macrofibras poliméricas son pequeños filamentos de material sintético resistente, esparcido en toda la mezcla de concreto para reforzarlo desde adentro. Su distribución aleatoria crea un efecto de refuerzo tridimensional discontinuo y homogéneo que le permite al concreto mejorar su tenacidad y ductilidad en cada punto de la estructura.
Los materiales utilizados para la fabricación de este tipo de producto suelen ser polipropileno, polietileno, poliéster o nylon en distintos calibres o dimensiones, pero muy efectivos para el refuerzo de pavimentos y carreteras, losas, prefabricados, concreto lanzado e incluso, en algunas ocasiones puede sustituir la malla electrosoldada. Dada la gran diversidad de productos, antes de su utilización es importante asesorarse adecuadamente y considerar que, no siempre las macrofibras incrementan la resistencia a la compresión o flexión del concreto, porque en su mayoría se utilizan para el control de la microfisuración y, por lo tanto, no están indicadas para la sustitución total de refuerzo estructural como acero.
La empresa mexicana Energeia- Graphenemex® a través de su división de polímeros, integró la multifuncionalidad del óxido de grafeno para lanzar al mercado las Macrofibras poliméricas Graphenergy® con la finalidad de mejorar el desempeño del concreto ante intensos esfuerzos.
Las macrofibras poliméricas Graphenergy® representan una innovación en el refuerzo tridimensional secundario para concreto gracias a la integración de polietileno, polipropileno y óxido de grafeno dentro de su formulación. A diferencia de fibras convencionales, el diseño nanotecnológico y la superficie ondulada de estas macrofibras mejoran notablemente su desempeño dentro del concreto.
“El óxido de grafeno es uno de los materiales más interesantes para mejorar las características de una gran cantidad de polímeros; consiste en láminas de grafeno o de carbono puro estabilizadas con grupos oxigenados que lo vuelve una estructura multifacética, compatible con el agua, afín con los cristales de cemento y fácilmente combinable con otros compuestos para diseñar materiales con propiedades nuevas o mejoradas”
¿Por qué utilizar óxido de grafeno para la fabricación de macrofibras sintéticas?
- Mejora las características mecánicas de los polímeros y, por lo tanto, aumenta la resistencia de cada fibra ante las cargas.
- Mejora la compatibilidad de las fibras con el concreto, lo que resulta en una excelente distribución dentro del concreto en estado fresco.
- Genera una mejor interfaz fibra- cemento y, en consecuencia, favorece el anclaje de las fibras dentro del concreto endurecido.
Ciencia basada en evidencia
Como evidencia de los beneficios que las macrofibras sintéticas con óxido de grafeno ofrece al concreto, a continuación, presentamos los resultados de un estudio cuyo objetivo fue analizar a 7 días el comportamiento de un concreto reforzado con distintas dosificaciones de Macrofibras Graphenergy®.
Cabe mencionar que, para este estudio se establecieron tanto normativas como límites de acuerdo con las necesidades de un proyecto específico y, en consecuencia, la información reportada es únicamente con fines informativos.
¿Cómo se evalúa el concreto reforzado con fibra?
Las pruebas más importantes se enfocan en determinar cómo las fibras mejoran la resistencia y tenacidad del concreto, especialmente después de la aparición de fisuras. Por lo tanto, por un lado, se utiliza la norma ASTM C78 para determinar la resistencia a la flexión del concreto simple (sin refuerzo con fibra), que nos ayuda a conocer cuánta fuerza soporta el concreto cuando se dobla antes de romperse. Y, por otro lado, se atiende la ASTM C1609 para determinar la resistencia a la flexión del concreto reforzado con fibra. Es decir, para medir qué tan resistente sigue siendo el concreto una vez que aparece la primera grieta, así como para evaluar su comportamiento cuando trata de romperse al ser traccionado o “jalado”.
¿Qué materiales se usaron?
Los materiales fueron seleccionados para cumplir con la normativa aplicable de acuerdo con el diseño de concreto y limites establecidos, incluyendo: arena, grava, cemento tipo II, agua, un aditivo reductor de agua y, la variable más importante para este estudio: las macrofibras sintéticas Graphenergy® en una proporción de 35,000 a 47,000 fibras por m3 de concreto.
Tabla de resultados
Interpretación
Módulo de ruptura
Antes de aparecer la primera grieta, el concreto dosificado con las macrofibras Graphenergy® resistió entre 36 y 41 kg/cm2, cumpliendo con la especificación de un concreto razonablemente fuerte en flexión.
Es importante destacar que para esta prueba es relativamente irrelevante la presencia o ausencia de fibras, puesto que depende directamente de la pasta de concreto, agregados y curado. Por lo tanto, era de esperarse que las fibras no tuvieran aportaciones importantes en los resultados o una relación clara entre dosificación y resistencia. Lo que sí es importante mencionar es que, el cumplimiento de la especificación es el primer dato de una buena distribución de las fibras dentro de la mezcla.
Relación mínima equivalente de resistencia a la flexión 𝑅D𝑇,150
La aportación verdaderamente importante de las macrofibras es notable con esta determinación. La cual nos habla de la resistencia del concreto después de agrietarse y que, de acuerdo con las especificaciones, debería resistir al menos el 21% de su fuerza original. Sorprendentemente, el refuerzo con las macrofibras Graphenergy soportó desde un 69 hasta un 94%, en conformidad con el incremento en el número de fibras. Esto demuestra cómo las fibras continúan trabajando incluso cuando hay grietas.
Resistencia residual mínima con deflexión neta l/150 fd150
Este resultado se interpreta como el comportamiento del concreto post- fisuración en cuanto a su capacidad para controlar la apertura de grietas. Es entonces como los resultados expresados en la tabla respaldan el valor agregado de las macrofibras en la resistencia del concreto desde edad temprana, ofreciendo una diferencia que supera el 300% respecto a la especificación (7.7 kg/cm2).
Conclusión
Es evidente que el concreto reforzado con las macrofibras Graphenergy® cumple y supera ampliamente las especificaciones del proyecto. Y, aunque no en todos los casos existe una linealidad entre cantidad de fibra respecto a la resistencia del concreto, como ocurre con el módulo de ruptura, este reporte de resultados permite apreciar como las macrofibras mejoran sustancialmente la capacidad post-fisuración y tenacidad del concreto, surgiendo como una novedosa alternativa altamente recomendable para el refuerzo del concreto sometido a impactos, cargas cíclicas o donde la ductilidad es esencial.
Redacción: EF/DHS
