Utilización de exoesqueleto de crustàceos para aplicaciones en concreto reforzado

RESUMEN A causa de los diversos problemas que aquejan a la industria y a la sociedad por fallas estructurales en obras civiles, en las que la corrosión juega un papel muy importante, se dio a la tarea de investigar nuevos mecanismos capaces de mejorar las propiedades mecánicas del concreto reforzado y disminuir la corrosión en las varillas. En trabajos previos se ha demostrado las mejoras en la resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, mayor vida útil, entre otros al utilizar el concreto polimérico [McCarter y Barclay 1993]. El polímero en forma de fibra ha demostrado ser un excelente aditivo para el concreto reforzado, sus múltiples beneficios entre ellos el bajo costo, motivó para ampliar las investigaciones en el tema [Martínez 2005]. La realización de esta tesis lo que pretende es ampliar los beneficios que los biopolímeros tienen al ser agregados al concreto y al ser utilizados como recubrimientos sobre la superficie de la varilla, en este trabajo se utilizó el quitosano como agregado con un retenido mayor en la malla n° 100, y el recubrimiento compuesto por 0.5g de quitosano con vinagre de manzana como disolvente. Material como agregado Se fabricaron seis probetas de trabajo para las pruebas electroquímicas en las que se agregaron las diferentes formas de exoesqueleto de camarón: entero, molido, fibra, quitina, quitosano y quitina grado reactivo. Dichos agregados se mezclaron en el concreto y se utilizó un arreglo de tres electrodos iguales compuesto por tres varillas de acero del #3 (3/8”) sumergidas en el concreto. Para las pruebas mecánicas se fabricaron seis probetas y cada una contenía un tipo diferente de forma de exoesqueleto de camarón (descritas anteriormente). Material como recubrimiento v Se fabricaron tres probetas con recubrimiento: blanco, 0.5g VM y 0.5g AA. El recubrimiento fue aplicado sobre la superficie expuesta de la varilla. Se utilizaron tres varillas de acero del #3 (3/8”) sumergidas en el concreto. Las técnicas electroquímicas utilizadas para el estudio de la corrosión fueron: potenciales de corrosión, ruido electroquímico, resistencia a la polarización lineal, curvas de polarización e impedancia. Para las pruebas mecánicas se utilizaron las técnicas de resistencia a la compresión. Dichas pruebas fueron elegidas dependiendo de las necesidades de información que se requerían para el estudio de esta tesis. Los resultados de las pruebas electroquímicas para los materiales como agregados demuestran poca efectividad, al obtener valores muy semejantes al de la probeta blanco. En el caso de las pruebas mecánicas el material como agregado a la mezcla de concreto, obtuvo excelentes resultados al tener la probeta con quitosano una mayor resistencia a la compresión f´c= 125.02 kg/cm2 con respecto a la probeta blanco con una f´c= 91.33 kg/cm2. En el caso de las pruebas electroquímicas los resultados para las probetas con recubrimiento fueron exitosos ya que la probeta con 0.5g de quitosano y vinagre de manzana (VM) obtuvo valores de potencial de -890 mV a -12.98 mV y una densidad de corriente de 1.8E-3 mA/cm2 a diferencia de la probeta de diseño-blanco que tuvo valores de -892 mV a -558.6 mV y una densidad de corriente de 1.7E-4 mA/cm2. Las probetas con recubrimiento mostraron pocas probabilidades de corrosión, velocidad de corrosión moderada y mayor resistencia a la solución, en cambio la probeta blanco presento 90% de probabilidades de corrosión y poca resistencia a la solución de NaCl al 3%. En ambas pruebas tanto electroquímicas como mecánicas, se obtuvo información importante con respecto a la agresividad del ambiente marino y el comportamiento del concreto biopolimérico. Algunas de las recomendaciones que se pueden dar derivadas de este trabajo es moler el quitosano a un tamaño menor que el que se estudió para seguir mejorando las propiedades mecánicas del concreto y estudiar vi más a fondo el efecto que tiene el vinagre de manzana en el recubrimiento. Todo esto con el fin de encontrar un punto en que tanto los resultados electroquímicos como los mecánicos sean exitosos.

ABSTRACT The research about the new mechanisms to improve the mechanical properties of reinforced concrete structures and decreased corrosion on the steel rods, plays an important role in the corrosion study due to problem afflicting to industry and society. The structural failures in civil works are the main cause of corrosion, specially on the steel rods. In previous work, improvements in compressive strength, flexural strength, longer life, among others when using polymer concrete [McCarter and Barclay 1993] have been detected. The polymer in the form of fiber has an excellent additive for reinforced concrete, the multiple benefits including low cost, motivated to expand research on the subject [Martínez 2005]. The main objective of this thesis is intended to increase the benefits that biopolymers have when added to concrete and when used as coatings on the surface of the steel rod, in this work, the chitosan is used as an aggregate with a greater retention in the mesh No. 100, and the coating composed of 0.5g of chitosan with apple cider vinegar as coating. Chitin and chitosan (Biopolymers) used as aggregate concrete-based materials. Six test specimens were manufactured for electrochemical prove in which the different forms of shrimp exoskeleton are added: whole, ground, fiber, chitin, chitosan and chitin analytical grade. These aggregates are mixed in the concrete and an arrangement of three equal electrodes composed of three # 3 (3/8 ”) steel rods submerged in the concrete is added. For the mechanical tests, six specimens were manufactured and each contained a different type of shrimp exoskeleton shape (described above). Chitin and chitosan (Biopolymers) used as coating concrete-based materials. viii Three coated specimens were manufactured: control sample, 0.5 g VM and 0.5 g AA. The coating was applied on the exposed surface of the steel rod. Three # 3 (3/8 ”) steel rods submerged in the concrete were used. The electrochemical techniques used for the study of corrosion were: corrosion potentials, electrochemical noise, resistance to linear polarization, polarization and impedance curves. The mechanical tests were carried out using compression resistance techniques. These tests were chosen from the information required for the study of this thesis. The results of the electrochemical tests of these materials as aggregates demonstrated little effectiveness, because were obtained values very similar to the control specimen. On the other hand, by the mechanical tests, the material as an aggregate to the concrete mixture was obtained excellent results. The test tube with chitosan had a greater compressive strength f´c = 125.02 kg / cm2 respect to the control test tube against to f´ c = 91.33 kg / cm2. In the case of electrochemical tests, the results for the coated specimens were successful since the specimen with 0.5 g of chitosan and apple cider vinegar (VM) obtained potential values of -890 mV to -12.98 mV and a current density of 1.8E-3 mA / cm2 under the control-design specimen that had values from -892 mV to -558.6 mV and a current density of 1.7E-4 mA / cm2. Coated specimens showed a decrease ratio of corrosion, moderate corrosion rate and greater resistance to the solution, while the control specimen had a 90% chance of corrosion and poor resistance to the 3% NaCl solution. In both electrochemical and mechanical tests, important information was obtained regarding the aggressiveness of the marine environment and the behavior of biopolymer concrete. Some recommendations that can be derived from this work, are to grind the chitosan to a size smaller than the one studied to continue ix improving the mechanical properties of the concrete and further study the effect that apple cider vinegar has on the coating. All this in order to find a point where both electrochemical and mechanical properties of the biopolymer concrete studied results are successful.