Explicación de la invención

Tradicionalmente la línea de investigación de los materiales cementicios empleados en obra civil y edificación ha estado orientada al estudio de sus propiedades mecánicas debido a su principal y única función estructural. No obstante, últimamente ha surgido una nueva tendencia en esta línea; la integración de otras propiedades que le permitan tener funciones complementarias, convirtiéndose en materiales "multifuncionales".

Existen diversas categorías dentro de los materiales cementicios "multifuncionales"; una de ellas son los materiales cementicios conductores.

Las propiedades eléctricas se consiguen mediante adiciones conductoras como los materiales carbonosos (por ejemplo, polvo de grafito, fibras de carbono o nanofibras de carbono).

Esta invención plantea la viabilidad del uso de nanofibras de carbono en matrices cementicias: pastas, morteros y hormigones, a fin de usar dichos composites en la monitorización de deformaciones, es decir de detectar su propia deformación al verse sometidos a acciones externas sin ningún tipo de sensor embebido o adherido.

Este procedimiento innovador se basa en el cambio en la resistencia eléctrica del material cementicio con adición de nanofibras de carbono al ser sometida a tensiones. De este modo, se realizar un cambio proporcional de la resistencia de contacto de la matriz con la nanofibra con el nivel de tensiones a que es sometida, lo cual es indudablemente interesante a la hora de hablar de una estructura inteligente.

La función de percepción de la deformación mediante adición de nanofibras de carbono consiste en que al someter al material a una compresión, esta resistencia de contacto entre la matriz cementicia y la nanofibra disminuye, produciendo a su vez el descenso de la resistencia eléctrica global en la dirección del esfuerzo. Mientras que si la tensión aplicada es de tracción el fenómeno generado es el contrario.

Si la tensión aplicada sobrepasa el límite elástico del material se observan efectos irreversibles en la respuesta de su resistencia eléctrica. En ese caso, la capacidad de percibir la deformación del material no es capaz de recuperar totalmente su valor inicial de resistencia ya que en ese nivel tan elevado de tensión ya se han producido dos cambios irreversibles, el fallo del anclaje nanofibra-matriz y la rotura de algunas de las nanofibras.

El desarrollo de este composite cementicio permite diferentes aplicaciones prácticas: control de vibraciones estructurales, monitorización de tráfico pesado, detección de movimiento en estancias y seguridad de edificios, en tiempo real, entre otros.

Descripción de los dibujos

En la Figura 1 se representa una probeta prismática de dimensiones 4x4x16 cm. Esta probeta utilizada en la invención esta fabricada con pasta de cemento Pórtland y nanofibra de carbono del tipo stacked-cup, con un diámetro exterior que varía entre los 20 y 80 nm y un gran hueco central. Dichas nanofibras presentan una relación de aspecto muy alta, con una longitud de varias micras. El método de medida consiste en introducir la corriente por la cara superior 1 y la cara inferior 2 de la probeta y la diferencia de potencial se tomó entre los puntos 3 y 4. A partir de los valores de caída de potencial entre los puntos 3 y 4, se calcula la variación de las resistividades correspondientes.

En la Figura 2 se representa un ejemplo del comportamiento de la invención donde se muestra la evolución de la resistencia eléctrica en función de la deformación durante un ensayo de compresión axial. Probeta 4x4x16 cm de pasta de cemento con adición 5% de nanofibra de carbono, amplitud de carga de 4000 N y velocidad 100 N/s.

En la Figura 3 se recoge la relación entre el incremento unitario de resistencia eléctrica y la deformación unitaria en un ensayo de compresión axial. Probeta 4x4x16 cm de pasta de cemento con adición 5% de nanofibra de carbono, amplitud de carga de 4000 N y velocidad 100 N/s.

Descripción detallada de la invención

Esta realización se proporciona a modo de descripción detallada para cubrir completamente el alcance de la invención para los expertos en la técnica.

La invención consiste en el uso de nanofibras de carbón en matrices cementicias: pastas, morteros y hormigones, con el objetivo de desarrollar la función de percepción de la deformación y así poder detectar su propia deformación al verse sometidos a acciones externas sin ningún tipo de sensor embebido o adherido.

En cuanto a los materiales utilizados y preparación de las probetas, se han considerado probetas prismáticas de dimensiones 4x4x16 cm con pasta de cemento Pórtland y nanofibra de carbono del tipo stacked-cup, con un diámetro exterior que varía entre los 20 y 80 nm y un gran hueco central. Dichas nanofibras presentan una relación de aspecto muy alta, con una longitud de varias micras.

Los componentes básicos utilizados han sido:

2. Un composite cementicio según la reivindicación 1 para monitorizar deformaciones.

3. Uso del composite según la reivindicación 1 para control de vibraciones estructurales, monitorización de tráfico pesado, detección de movimiento en estancias y seguridad de edificios en tiempo real.