ES2565579T3 - Método y sistema de tela de matriz inorgánica - Google Patents

Abstract

Un método para reforzar un soporte (20) estructural, en el que un sistema (10) de refuerzo que comprende una capa (12) fibrosa de vidrio AR incrustada en matriz (14) de material cementoso se aplica al soporte (20) estructural, en el que dicha capa (12) fibrosa de vidrio AR tiene un apresto aplicado sobre ella, y se aplica un revestimiento (24) resinoso sobre el apresto, siendo dicha matriz (14) de material cementoso (14) adherente a dicho revestimiento (24) resinoso, y siendo adherente dicho revestimiento (24) resinoso a dicho apresto, caracterizado por el hecho de que el apresto comprende una de las siguientes mezclas (i) un polímero epoxi, agentes de copulación de vinilo y amina y un tensioactivo no iónico, o (ii) un polímero epoxi, agentes de copulación metacrílicos y epoxi, y tensioactivos catiónicos y no iónicos, por ejemplo lubricantes parafínicos, y el revestimiento (24) resinoso se selecciona del grupo que consiste en acrílico y plastisol de PVC.

Description

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Al realizar el ensayo de envejecimiento acelerado con NaOH al 5%, se recogieron muestras de fibra de vidrio de tela sin dañar de buena calidad. Se ensayaron muestras tanto de la dirección de la máquina como de la dirección transversal a la máquina, teniendo cada muestra una longitud de 330 mm y una anchura de 50 mm. Las muestras se sumergieron libremente en un baño alcalino de NaOH (hidróxido de sodio) al 5% en agua destilada durante 28 días, siendo reemplazado el baño después de cada ensayo. Después del acondicionamiento en el baño de álcali, las muestras se lavaron con por lo menos 1 litro de agua destilada por lo menos diez veces. Tras el lavado, las muestras de tela se secaron durante siete días a temperatura ambiente. Después del secado, las muestras de tela se ensayaron para ver la tensión a una velocidad de 305 cm/h (2 pulg/min) usando una abertura de mordaza de 12,7 cm (5 pulgadas).

El ensayo de TAT se realizó según el borrador de European Standard (Copyright 1997, CEN Members) preparado por el Technical Committee para el European Committee for Standardization (CEN) y presentado a los miembros del CEN. Las muestras finales individuales revestidas se colocaron en una disolución de tres álcalis que consiste en 1 g de NaOH, 0,5 g de Ca(OH)2, y 4 g de KOH en 1 litro de agua destilada a 60ºC. Después de veinticuatro horas, se sacaron y se lavaron con agua del grifo hasta que se alcanzó un pH de 9. Las muestras se colocaron a continuación en una disolución ácida de HCl al 0,5% durante una hora, se sacaron y se lavaron con agua del grifo hasta que se alcanzó un pH de 7. Las muestras se secaron a continuación durante una hora en un horno a 60ºC. Después del secado en el horno, las muestras se dejaron secar a temperatura ambiente durante veinticuatro horas y a continuación se ensayaron para ver su tensión.

Los ensayos de SIC evalúan la resistencia a los álcalis de la hebra o filamentos de vidrio en cemento, midiendo la resistencia a la tracción de una hebra situada en un bloque de mortero de cemento. Se instalan hebras bien estiradas en un marco de molde metálico con los extremos libres revestidos con una mezcla de revestimiento para proteger las partes de las fibras que no estarán en contacto con el cemento. Después de mezclar la pasta de cemento, que tiene una relación de agua a cemento de 1:0,43 y una relación de cemento a arena de 1:0,34, se llena el molde con la pasta de cemento y se hace vibrar para evitar la formación de burbujas de aire cerca de las hebras. Se permite que el cemento fragüe durante una hora a temperatura ambiente, a continuación durante veintitrés horas en agua fría, después de lo cual se retira el marco del molde.

Las muestras que contienen el bloque de cemento y hebras se enviejen subsecuentemente por inmersión en agua a 80ºC durante cuatro días. Las muestras se sumergen a continuación en agua fría. Las muestras se ensayan a continuación para ver la resistencia a la tracción usando un dinamómetro.

Los resultados del TAT, envejecimiento acelerado en NaOH, y los ensayos de SIC revelan que ciertas fibras de vidrio AR revestidas tienen resistencia a la tracción mejorada sobre el vidrio AR y vidrio E sin revestir. Los resultados de los ensayos también indican que la combinación de apresto y revestimiento afecta el rendimiento de tracción. Los aprestos anhidros superan a los aprestos acuosos. Además, los resultados revelan que una combinación de apresto/revestimiento de apresto anhidro Cem-FIL 020 con el revestimiento V38 de plastisol de PVC Cem-FIL proporciona el mejor rendimiento de tracción.

El sistema 10 de refuerzo se puede aplicar a un soporte 20 estructural existente de la siguiente manera ejemplar. Una superficie 22 exterior del soporte 20 estructural se humedece, preferentemente con agua. (Antes de humedecer la superficie exterior del soporte estructural, se prefiere que la superficie se limpie de materia extraña y se limpie con un jabón suave, si es necesario). Una primera capa 14c de matriz inorgánica se aplica a continuación con una paleta

o similar técnica de revestimiento a la superficie 22 humedecida del soporte 20 estructural. Se debe entender que la matriz está en un estado húmedo o sin curar cuando se aplica al soporte 20. Preferentemente, el grosor de las capas de matriz varía de 0,16 a 0,63 cm (de 1/16 a ¼ de pulgada), y más preferentemente el grosor es de alrededor de 0,32 cm (1/8 pulgadas). Si el grosor es demasiado grande, la matriz puede exhibir agrietamiento por contracción.

Una vez que se ha aplicado la primera capa 14c de matriz inorgánica, una capa 12b fibrosa resistente a los álcalis se incrusta en la primera capa 14c de la matriz. Esto se puede realizar a mano o mediante cualquier método automatizado. Generalmente, las capas fibrosas se proporcionarán en forma de rollo y se cortarán del rollo a la forma y longitud deseadas. Las capas fibrosas se pueden orientar en una variedad de modos, tanto con respecto a la orientación de la estructura de soporte como con respecto a la orientación de las otras capas fibrosas empleadas en el sistema de refuerzo. La variación de la orientación de las capas fibrosas en estas formas puede mejorar las características de refuerzo y ductilidad del sistema de refuerzo.

Después de incrustar una capa 12b fibrosa en la primera capa 14c de la matriz, se aplica una segunda capa 14b de la matriz inorgánica sobre la capa 12b fibrosa. De nuevo, esta capa tiene preferentemente un grosor entre 0,16 y 0,63 cm (1/16 y 1/4 pulgadas), y más preferentemente es de alrededor de 0,32 cm (1/8 pulgada). Después de aplicar cada capa 14a-c de matriz inorgánica, la matriz se puede aplicar con una paleta para proporcionar una superficie substancialmente lisa.

Como se muestra en la realización ejemplar en las FIGs. 1 y 2, después de que se ha aplicado la segunda capa 14b de matriz inorgánica, se puede incrustar una segunda capa 12a fibrosa en la segunda capa 14b de la matriz y una tercera capa 14a de matriz inorgánica aplicada sobre la segunda capa 12a fibrosa. Si se desea, se puede incrustar una tercera capa fibrosa en la tercera capa 14a de matriz y una cuarta capa de matriz inorgánica aplicada sobre la

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de cizalladura de hormigón a alrededor de 45 grados. En los desplazamientos horizontales de 15,2 y 20,3 mm (0,6 y 0,8 pulgadas), el agrietamiento comenzó a aparecer intermitentemente en el medio del pilar central comenzando la formación de una grieta X. Al desplazamiento de 25,4 mm (1,0 pulgada), aparecieron significativamente más grietas diagonalmente desde la esquina reentrante norte superior (UN) hacia abajo. Al mismo tiempo el agrietamiento comenzó a crecer hacia arriba y a un ángulo de 45 grados a partir de esa esquina. Finalmente, a 30,5 mm (1,2 pulgadas) de desplazamiento, el refuerzo se agrietó desde la esquina reentrante norte superior (UN) diagonalmente a través de toda la muestra hasta la esquina reentrante sur (LS), y la cara posterior de los bloques de CMU del pilar se separó por cizalladura y cayó al suelo poniendo fin al ensayo.

La FIG. 7 muestra una curva de carga lateral-distorsión de carga frente a desplazamiento (en D4 y D7) para la muestra de pared 1, así como la curva de carga lateral-distorsión para la muestra de control. La muestra de control era una pared de CMU como se describe anteriormente sin la aplicación del sistema de refuerzo.

Ejemplo 2

Una segunda muestra 200 de pared (pared 2) que tiene un sistema de refuerzo aplicado se ensayó usando el mismo método de ensayo que el descrito anteriormente con respecto a la muestra 1 de pared. La pared 2 se preparó según los materiales y procedimiento descritos en el Ejemplo 1 y el sistema de refuerzo aplicado a la pared 2 se preparó con los materiales descritos en el Ejemplo 1. La única diferencia entre los Ejemplos 1 y 2 es con respecto al método de aplicación del refuerzo. Al aplicar el sistema de refuerzo de la pared 2, la primera capa fibrosa de vidrio se orientó de modo que la dirección de la trama de la tela que tiene dos mechas estaba a un ángulo de 45º con respecto a la parte inferior de la pared que va desde la esquina izquierda superior (US) hasta la esquina derecha inferior (LN). La segunda capa fibrosa de vidrio se orientó de modo que la dirección de la trama de la capa fibrosa estaba alineada perpendicular a la parte inferior de la pared 200 de muestra.

Haciendo referencia a la FIG. 8, el refuerzo de la pared 2 comenzó a mostrar grietas a un desplazamiento horizontal de 7,6 mm (0,3 pulgadas) de la misma manera que la pared 1. Aparecieron grietas en las esquinas reentrantes inferiores (LS y LN) y se propagaron hacia abajo, como es típico del crecimiento de grietas de cizalladura de hormigón. A 15,2 mm (0,6 pulgadas) de desplazamiento horizontal, comenzó a aparecer una grieta X a través de la sección de la pila central de la pared. A continuación, a 20,3 mm (0,8 pulgadas) de desplazamiento el refuerzo desarrolló una grieta horizontal cerca de la segunda junta del lecho de la pila. La cara posterior de los bloques de CMU se separó por cizalladura y la pared comenzó a desplomarse dando por finalizado el ensayo.

La FIG. 9 muestra una curva de carga lateral-distorsión de carga frente a desplazamiento (en D4 y D7) para la muestra de pared 2, así como la curva de carga lateral-distorsión para la muestra de control. De nuevo, la muestra de control era una pared de CMU sin la aplicación del sistema de refuerzo.

Ejemplo 3

Una tercera muestra 300 de pared (pared 3) que tiene un sistema de refuerzo aplicado se ensayó usando el mismo método de ensayo que el descrito anteriormente con respecto a las muestras 1 y 2 de pared. La pared 3 se preparó según los materiales y el procedimiento descrito en el Ejemplo 1. El sistema de refuerzo aplicado a la pared 3 se preparó con las composiciones de materiales descritas en el Ejemplo 1, excepto que la capa final de matriz aplicada al refuerzo comprendía material de QuickWall Sanded® de QuickCrete que tiene más arena que el producto QuickWall® normal.

El sistema de refuerzo aplicado a la pared 3 incluía una tercera capa fibrosa de vidrio incrustada en la tercera capa de matriz y una cuarta capa de matriz (el material QuickWall Sanded®) aplicada como revestimiento superior. Al aplicar el sistema de refuerzo de la pared 3, la primera capa fibrosa de vidrio se orientó de modo que la dirección de la trama de la tela que tiene dos mechas estuviera a un ángulo de 45º con respecto a la parte inferior de la pared que va desde la esquina izquierda superior (US) hasta la esquina derecha inferior (LN). La segunda capa fibrosa de vidrio se orientó de modo que la dirección de la trama de la capa fibrosa estuviera a un ángulo de 45º con respecto a la parte inferior de la pared que va desde la parte superior derecha (UN) hasta la esquina izquierda inferior (LS). La tercera capa fibrosa de vidrio se orientó de modo que la dirección de la trama de la capa fibrosa estuviera alineada perpendicular a la parte inferior de la pared 3.

Haciendo referencia a la FIG. 10, el agrietamiento en el refuerzo se inició a 0,5 mm (0,2 pulgadas) de desviación horizontal en la esquina reentrante norte inferior (LN). De 0,3 pulgadas a 2,54 cm (1,0 pulgadas) de desplazamiento, la grieta creció a lo largo de la unión del lecho en una localización hasta una longitud de 7 pulgadas. A 10,2 mm (0,4 pulgadas) de desplazamiento horizontal comenzó una grieta en la otra esquina reentrante inferior (LS), en ángulo hacia abajo. Continuó en la siguiente amplitud de desplazamiento horizontal. A 20,3 mm (0,8 pulgadas) de desplazamiento, una nueva grieta comenzó allí y siguió la unión del lecho aproximadamente 20,32 (8 pulgadas). Se inició una grieta diagonal a lo largo de la misma línea en la que se inició el fallo en la pared 1 a 0,5 pulgadas de desplazamiento horizontal y creció durante los ciclos de desplazamiento de 0,8. A 20,3 mm (0,8 pulgadas) de desplazamiento se inició una grieta en la esquina reentrante norte superior (UN) que se inclina hacia arriba. A continuación, a 2,54 cm (1,0 pulgada) de desplazamiento horizontal, se iniciaron varias grietas más en esa esquina y todas crecieron hacia arriba a ángulos variables. Durante los ciclos de desplazamiento horizontal de 2,54 cm (1,0

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La tripleta 2 mostró el mayor daño en el refuerzo. Se desarrollaron grietas en las esquinas reentrantes en la tripleta. Se desarrolló una grande en la parte inferior y se desarrollaron menores en la parte superior. El examen del refuerzo reveló el inicio de alguna deslaminación. Después de retirar la tripleta de la máquina de ensayo, la cara de la CMU del bloque central se desprendió del refuerzo, que se mantuvo intacto.

La tripleta 3 produjo pequeñas grietas finas en las esquinas reentrantes superiores del refuerzo, que era el único daño visible en el lado del refuerzo de la muestra.

Resultados

El beneficio de aplicar la matriz inorgánica reforzada con tela de vidrio AR para soportar estructuras tales como las paredes descritas anteriormente es añadir resistencia a la estructura de soporte y mejorar el rendimiento de la estructura incrementando los límites de desviación. Estos beneficios dan como resultado una mejor resistencia a terremotos y explosiones. Las curvas de carga lateral-distorsión, como las mostradas en las FIGs. 7, 9 y 11 indican la resistencia de ingeniería de la estructura de soporte en consideración. La resistencia de ingeniería se define como la carga máxima transcrita por la curva de carga lateral-distorsión. Para fines de ingeniería, la resistencia de ingeniería es un mejor indicador del rendimiento del sistema que la carga máxima medida porque incorpora un factor de seguridad que puede estar presente o no cuando se considera el valor de la carga máxima.

Para cada muestra pared reforzada ensayada, la carga de ingeniería mejoró frente a una muestra de control que no tiene refuerzo. La pared 1, que exhibe un incremento de resistencia del 57% sobre el control, funcionó la mejor, seguida de la pared 3 que tiene un incremento del 42% y la pared 2 que tiene un incremento del 38%. La FIG. 14 ilustra diferentes configuraciones de sistemas de refuerzo de polímero reforzado con fibra (FRP) aplicados a muestras de pared ensayadas en ensayos anteriores en el U.S. Army Engineer Research and Development Center, Construction Engineering Laboratory en condiciones similares. Las muestras reforzadas de FRP se cargaron con cizalladura en el plano con 54 kips de carga axial aplicada a ellas. La FIG. 15 compara los incrementos de carga de ingeniería para las paredes 1-3 con las paredes de la muestra que tienen sistemas de refuerzo de FRP aplicados en las diferentes configuraciones mostradas en la FIG. 14, sobre la muestra de control que no tiene refuerzo.

La carga horizontal máxima que resistió cada pared, junto con la carga de ingeniería y sus comparaciones con las paredes de control se listan en la Tabla 4. El orden de resistencia a la carga horizontal máxima para cada pared es el mismo que el orden de carga de ingeniería. Además de proporcionar el máximo incremento de resistencia, la pared 1 también exhibía el mejor desplazamiento antes del fallo. La FIG. 16 compara los desplazamientos de pared entre sí y también con muestras de pared reforzada con FRP ensayadas en ensayos anteriores. La Tabla 5 lista el desplazamiento máximo entre galgas D7 y D4 (Véase la Fig. 5) para las paredes 1-3, y compara esos valores con los del control que no tienen refuerzo aplicado. Las paredes ensayadas mostraron mejoras que varían del 29% para la pared 2 al 44% para la pared 1.

Tabla 4

Comparaciones de carga de la pared que muestran máxima carga de ingeniería

Pared No.

Carga máx. (L) kN (kips) (EL) (kips) kN L (kips) kN EL (kips) kN L (%) EL (%)

1

248 (55,7) 237 (53,28) 79 (17,68) 86 (19,37) 46,50 57,12

2

222 (49,96) 208 (46,81) 53 (11,94) 57 (12,9) 31,40 38,04

3

237 (53,25) 215 (45,26) 68 (15,23) 64 (14,35) 40,06 42,32

Control

169 (38,02) 151 (33,91)

Tabla 5

Comparaciones de desplazamiento de la pared que muestran el máximo desplazamiento

Pared No.

Máx. desplazamiento cm (pulgadas) S cm (pulgadas) S (%)

1

3,11 (1,224) 2,22 (0,876) 43,97

2

1,47 (0,577) 0,58 (0,229) 29,13

3

1,60 (0,631) 0,72 (0,283) 37,64

Control

0,88 (0,348)

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