Aprèn - Ninel Estefanía Santillán Alarcón

La investigación y diseño de hormigón ha estado históricamente centrada en sus propiedades mecánicas. Sin embargo, la demanda de materiales de construcción multifuncionales ha aumentado. En este contexto, el hormigón conductor es un material al que se puede agregar funciones no estructurales, como la función de sensor, función de calefacción, resistencia a la corrosión y protección contra interferencias electromagnéticas. A pesar de su importancia, no se cuenta con una metodología de diseño estandarizada. El presente trabajo aborda el estudio y diseño conceptual de materiales cementicios multifuncionales. Para ello, se pretende diseñar un criterio de dosificación que permita dosificar las diferentes adiciones y componentes para obtener materiales cementicios conductores. Se utilizaron estudios experimentales y teóricos para determinar los parámetros de diseño, incluyendo la aplicación final, la selección de materiales conductores adecuados, la proporción de estos materiales en la mezcla, la resistividad y la relación agua‐cemento. También se consideraron otros factores como la resistencia mecánica y la durabilidad del hormigón conductor. Los parámetros se distribuyen en seis pasos para la obtención del hormigón conductor. Se encontró que la cantidad de material conductivo a incorporar puede afectar la trabajabilidad de la mezcla y se recomienda el uso de mezclas bifásicas para mantener un equilibrio entre las capacidades mecánicas y la resistividad deseada. Además, se debe tener en cuenta la compatibilidad entre adiciones y los factores ambientales que pueden influir en el resultado final. En resumen, el diseño de un hormigón conductor puede llegar a ser más complejo que el del hormigón tradicional. El equilibrio entre la matriz cementosa y el material conductor no es el único factor que se debe tomar en cuenta. Los factores ambientales, la compatibilidad entre adiciones y la aplicación influirán en el resultado final.

Concrete research and design have historically been focused on its mechanical properties. However, the demand for multifunctional building materials has increased. In this context, conductive concrete is a material to which non‐structural functions can be added, such as sensor function, heating function, corrosion resistance, and protection against electromagnetic interference. Despite its importance, there is no standardized design methodology. This document deals with the study and conceptual design of multifunctional cementitious materials. For this, it is intended to design a dosing criterion that allows the dosing of the different additions and components to obtain conductive cementitious materials. Experimental and theoretical studies were used to determine the design parameters, including the final application, the selection of suitable conductive materials, the proportion of these materials in the mix, the resistivity, and the water‐cement ratio. Other factors such as the mechanical resistance and durability of the conductive concrete were also considered. The parameters are distributed in six steps to obtain the conductive concrete. It was found that the amount of conductive material to be incorporated can affect the mixture's workability. The use of biphasic mixtures is recommended to maintain a balance between the mechanical capacities and the desired resistivity. In addition, the compatibility between additions and environmental factors that may influence the final result must be taken into account. In summary, the design of conductive concrete can become more complex than that of traditional concrete. The balance between the cementitious matrix and the conductive material is not the only factor that must be taken into account. Environmental factors, compatibility between additions and the application will influence the final result.

Diseño conceptual de materiales asfálticos multifuncionales

Projecte Final de Màster Oficial

Alarcón Balabarca, Alberth Zandro

Tutor/a - Director/a: Santillán Alarcón, Ninel Estefanía; Segura Pérez, Ignacio

Data de publicació: 2023

Escola Tècnica Superior d'Enginyeria de Camins, Canals i Ports de Barcelona (ETSECCPB)

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El presente Trabajo Final de Máster (TFM) se centra en el estudio y diseño conceptual de materiales asfálticos multifuncionales, con el objetivo de plantear un criterio de dosificación que permita determinar las proporciones adecuadas de adiciones conductoras y sus otros componentes para obtener mezclas asfálticas conductoras de electricidad (ECA, por sus siglas en inglés). Se realizó una revisión exhaustiva del estado actual del conocimiento sobre el desarrollo de ECA, centrándose en las adiciones de polvo de grafito (PGR), fibras de carbono (FC) y escorias siderúrgicas (SS). El objetivo fue identificar aspectos claves para el desarrollo de ECA. Para este proyecto, en el marco de la sostenibilidad y la industrialización, se emplearon subproductos industriales como PGR reciclado, FC reciclado y áridos SS. En el presente TFM se enfatizó en la aplicación de la teoría de percolación para determinar las cantidades precisas de adiciones conductoras, y en la modificación adecuada del esqueleto granular para incorporar estos aditivos sin afectar la cantidad de bitumen en las mezclas. Esto se hizo con el objetivo de obtener propiedades volumétricas equiparables a las mezclas convencionales y garantizar propiedades mecánicas apropiadas. Para lograr un diseño adecuado de ECA, resulta esencial evaluar el impacto de las adiciones conductoras y los demás componentes de las mezclas en las resistividades eléctricas resultantes. Con este fin, se implementó un programa experimental de tres campañas para evaluar tanto las propiedades eléctricas como físico-mecánicas. Adicionalmente, se analizó el efecto de la generación de calor en las ECA en relación con su resistividad eléctrica. Como resultado de la investigación, se logró obtener ECA capaces de conducir electricidad y generar calor al introducir corriente eléctrica. Se identificó una clara correlación entre los distintos componentes de las mezclas, la temperatura generada en las ECA y su resistividad eléctrica.

This Master's Thesis focuses on the study and conceptual design of multifunctional asphalt materials, with the aim of proposing a dosage criterion that allows determining the appropriate proportions of conductive additions and their other components to obtain electrically conductive asphalt mixtures (ECA). A comprehensive review of the current state of knowledge on ECA development was carried out, focusing on additions of graphite powder (PGR), carbon fibers (CF) and steel slag (SS). The objective was to identify key aspects for the development of ECA. For this project, within the framework of sustainability and industrialization, industrial by-products such as recycled PGR, recycled FC and SS aggregates were used. In the present TFM, emphasis was placed on the application of percolation theory to determine the precise amounts of conductive additions, and on the appropriate modification of the granular skeleton to incorporate these additives without affecting the amount of bitumen in the mixtures. This was done with the objective of obtaining volumetric properties comparable to conventional mixes and ensuring appropriate mechanical properties. In order to achieve an adequate ECA design, it is essential to evaluate the impact of the conductive additives and the other components of the mixes on the resulting electrical resistivities. To this purpose, a three campaign experimental program was implemented to evaluate both electrical and physical-mechanical properties. Additionally, the effect of heat generation in the ECA was analyzed in relation to their electrical resistivity. As a result of the research, ECA capable of conducting electricity and generating heat upon introduction of electric current were obtained. A clear correlation was identified between the different components of the mixtures, the temperature generated in the ECA and their electrical resistivity.