ES2905275T3

ES2905275T3 - Fibra compuesta revestida con sílice para el refuerzo de hormigón

Info

Publication number: ES2905275T3
Application number: ES17714056T
Authority: ES
Inventors: Patrick Moireau; Francois Roederer; Jean-Louis Viana; Gerard Tardy; David Blandin
Original assignee: Owens Corning Intellectual Capital LLC
Current assignee: Owens Corning Intellectual Capital LLC
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2022-04-07
Anticipated expiration: 2037-03-09
Also published as: EP3426617B1; RU2018132002A3; RU2732284C2; CA3016701A1; US20190092686A1; TW201800361A; EP3426617A1; WO2017156206A1; RU2018132002A

Abstract

Una fibra compuesta para el refuerzo de hormigón, comprendiendo la fibra compuesta: una pluralidad de fibras de vidrio, en donde la pluralidad de fibras de vidrio incluye un revestimiento monomérico/oligomérico para formar fibras revestidas; y una pluralidad de partículas de sílice distribuidas sobre la superficie de las fibras revestidas.

Description

DESCRIPCIÓN

Fibra compuesta revestida con sílice para el refuerzo de hormigón

Solicitudes relacionadas

La presente solicitud reivindica la prioridad y el beneficio de la Solicitud Provisional de patente de los EE. UU. n.° de serie 62/306.219, presentada el 10 de marzo de 2016, para SILICA-COATED COMPOSITE FIBER FOR THE REINFORCEMENT OF CONCRETE (fibra compuesta revestida con sílice para el refuerzo de hormigón).

Campo de la divulgación

La presente divulgación se refiere a una composición y a un método para fabricar fibras compuestas revestidas con sílice para el refuerzo de hormigón, así como a un método para reforzar el hormigón y otros materiales de construcción usando tales fibras.

Antecedentes

Los materiales de construcción como el hormigón se pueden reforzar con fibras para superar problemas específicos que pueden surgir al usar elementos de refuerzo tradicionales tales como barras de acero y/o mallas de alambre soldadas. Las fibras pueden introducir dureza (es decir, capacidad de absorción de energía durante la falla) al hormigón, superando su fragilidad intrínseca y proporcionando resistencia posterior al agrietamiento bajo tensiones de tracción directas o indirectas. La gran mayoría de las fibras convencionales utilizadas para el refuerzo del hormigón están hechas de acero con bajo o alto contenido de carbono, o polímeros como el polipropileno, alcohol polivinílico, poliéster, etc. Sin embargo, estas fibras convencionales adolecen de varias limitaciones. Problemas de procesabilidad tales como el agrupamiento durante el mezclado, los bloqueos durante el bombeo, la reducción de la trabajabilidad y la difícil compactación y acabado surgen de las cantidades relativamente altas requeridas. Adicionalmente, el beneficio de coste-rendimiento de tales fibras convencionales es a menudo menor que el de los miembros de refuerzo tradicionales debido a las cantidades relativamente altas requeridas. El documento DE-102005048190 está dirigido a un material compuesto de hormigón. El material compuesto de hormigón incluye fibras o filamentos encolados con un agente de encolado que consiste en agentes formadores de película, agentes adherentes y tensioactivos. El documento US-2005202258 está dirigido a una placa de yeso que incluye un refuerzo de fibra de vidrio con una superficie rugosa.

Sumario

Varios ejemplos de realizaciones de la presente divulgación están dirigidos a una composición y a un método para fabricar fibras compuestas utilizadas en el refuerzo de hormigón. Las fibras compuestas divulgadas en el presente documento comprenden fibras de vidrio revestidas con sílice. Las partículas de sílice proporcionan una zona de contacto mejorada entre las fibras compuestas y la matriz de hormigón.

De acuerdo con algunos ejemplos de realizaciones, se proporcionan fibras compuestas para el refuerzo del hormigón. Las fibras compuestas comprenden una pluralidad de fibras de vidrio, en donde las fibras de vidrio incluyen un revestimiento polimérico y una pluralidad de partículas de sílice distribuidas sobre la superficie de las fibras de vidrio.

De acuerdo con algunos ejemplos de realizaciones, se proporciona un método de fabricación de fibras compuestas. El método comprende proporcionar una composición de revestimiento monomérico/oligomérico viscoso, aplicar la composición de revestimiento monomérico/oligomérico viscoso a una pluralidad de fibras de vidrio para formar fibras revestidas, aplicar una pluralidad de partículas de sílice sobre la superficie de las fibras revestidas para formar fibras revestidas con sílice y exponer las fibras revestidas con sílice a energía térmica o radiación para curar la composición de revestimiento monomérico/oligomérico y formar fibras compuestas.

De acuerdo con algunos ejemplos de realizaciones, se proporciona un método de hormigón reforzado. El método incluye proporcionar una composición de revestimiento monomérico/oligomérico viscoso, aplicar la composición de revestimiento monomérico/oligomérico viscoso a una pluralidad de fibras de vidrio para formar una pluralidad de fibras revestidas, aplicar una pluralidad de partículas de sílice sobre la superficie de la pluralidad de fibras revestidas para formar fibras revestidas con sílice, exponer la pluralidad de fibras revestidas con sílice a energía térmica o radiación para curar la composición de revestimiento monomérico/oligomérico y formar una pluralidad de fibras compuestas, preparar una composición de hormigón y mezclar la pluralidad de fibras compuestas en la composición de hormigón.

Breve descripción de los dibujos

Las ventajas de los conceptos inventivos serán evidentes al considerar la siguiente divulgación detallada, especialmente cuando se toma junto con los dibujos adjuntos en los que:

la figura 1 es un diagrama de un método de fabricación de fibras compuestas de acuerdo con un ejemplo de realización divulgado en el presente documento.

la figura 2 es una imagen de un ejemplo de fibra compuesta que comprende mecha de vidrio impregnada con epoxi-acrilato de acuerdo con el proceso divulgado en el presente documento.

la figura 3 es una imagen de un ejemplo de fibra compuesta que comprende mecha de vidrio impregnada con acrilato de poliuretano de acuerdo con el proceso divulgado en el presente documento.

la figura 4 es un gráfico que muestra la resistencia a la tracción por flexión de muestras comparativas de cemento armado con material compuesto, sin revestimiento de sílice.

la figura 5 es un gráfico que muestra la resistencia a la tracción por flexión de muestras de cemento armado con material compuesto de acuerdo con la presente invención, incluyendo un revestimiento de partículas finas de sílice.

la figura 6 es un gráfico que muestra la resistencia a la tracción por flexión de muestras de cemento armado con material compuesto de acuerdo con la presente invención, incluyendo un revestimiento de partículas gruesas de sílice.

Descripción detallada

Las composiciones y métodos para elaborar fibras compuestas utilizadas en el refuerzo de hormigón se describen en detalle en el presente documento. Las fibras compuestas comprenden una pluralidad de fibras de vidrio revestidas con sílice. Estas y otras características de las fibras compuestas, así como algunas de las muchas variaciones y adiciones opcionales, se describen en detalle a continuación.

Los intervalos numéricos, como se usan en el presente documento, pretenden incluir todos los números y subconjuntos de números dentro de ese intervalo, estén específicamente divulgados o no. Además, estos intervalos numéricos deben interpretarse como un sustento para una reivindicación dirigida a cualquier número o subconjunto de números en el intervalo. Por ejemplo, una divulgación de 1 a 10 debería interpretarse como que soporta un intervalo de 2 a 8, de 3 a 7, de 5 a 6, de 1 a 9, de 3,6 a 4,6, de 3,5 a 9,9 y así sucesivamente.

Todas las referencias a características o limitaciones de la presente divulgación en singular incluirán la característica o limitación correspondientes en plural y viceversa, a menos que el contexto especifique o implique claramente lo contrario por el contexto en el que se hace la referencia.

En el documento WO-2015034805 se divulgan ejemplos de fibras compuestas utilizadas en el refuerzo de hormigón. Las fibras compuestas de acuerdo con la presente divulgación pueden incluir cualquier combinación o subcombinación de las características divulgadas por la presente solicitud y/o la solicitud de PCT anterior.

El término "fibra", como se usa en el presente documento, a menos que se especifique lo contrario, se refiere a una colección de uno o más monofilamentos.

La expresión "revestimiento polimérico" como se usa en el presente documento, a menos que se especifique lo contrario, se refiere a una mezcla de monómeros y/u oligómeros que se endurecen mediante uno de los métodos de curado descritos o sugeridos de otro modo en el presente documento.

El término "impregnado", como se usa en el presente documento, a menos que se especifique lo contrario, significa impregnado parcial o totalmente.

La expresión "curado por radiación" como se usa en el presente documento, a menos que se especifique lo contrario, se refiere a monómeros y/u oligómeros que se han polimerizado con ayuda de radiación, preferentemente en presencia de un catalizador adecuado.

La expresión "curado por UV" como se usa en el presente documento, a menos que se especifique lo contrario, se refiere a la polimerización de monómeros y/u oligómeros en presencia de radiación UV.

El término "polímero", como se usa en el presente documento, a menos que se especifique lo contrario, incluye el término "copolímero", y, a menos que se especifique lo contrario, el término "copolímero" se refiere a polímeros formados de dos o más monómeros diferentes, incluyendo, por ejemplo, terpolímeros, pentapolímeros, homopolímeros funcionalizados después de la polimerización de modo que dos o más grupos funcionales diferentes estén presentes en el copolímero producto, copolímeros de bloque, copolímeros segmentados, copolímeros de injerto y cualquier mezcla o combinación de los mismos. El término "(co)polímero", como se usa en el presente documento, significa homopolímero o copolímero.

La expresión "fibra compuesta" como se usa en el presente documento, a menos que se especifique lo contrario, se refiere a una colección de una o más fibras revestidas con una mezcla de monómeros y/u oligómeros, y tratada con el método de curado apropiado para formar un revestimiento polimérico a partir de la mezcla de monómeros y/u oligómeros.

La expresión "diámetro equivalente" como se usa en el presente documento, a menos que se especifique lo contrario, significa diámetro según se define en la norma EN14889.

El término "hormigón", como se usa en el presente documento, a menos que se especifique lo contrario, significa cualquier tipo de material de construcción que contenga agregados incrustados en una matriz (el cemento o aglutinante) que llene el espacio entre las partículas agregadas y las pegue entre sí, por ejemplo, hormigón a base de cemento Portland, mortero mineral o asfalto.

En el presente documento se divulgan fibras compuestas curadas revestidas con partículas de sílice para el refuerzo de hormigón. Los ejemplos de fibras compuestas divulgadas en el presente documento pueden fabricarse utilizando cualquier tipo de fibra adecuado, tal como, por ejemplo, una fibra de vidrio. Una composición de revestimiento líquida, o de otra manera viscosa, monomérica u oligomérica se puede preparar y aplicar a la superficie de las fibras de vidrio. A continuación, la superficie de las fibras se recubre además con partículas tales como partículas de sílice. Las fibras revestidas pueden entonces exponerse a energía térmica o radiación, tal como la radiación ultravioleta, lo que cura la composición de revestimiento para formar una fibra compuesta.

De acuerdo con diversos ejemplos de realizaciones, se proporcionan fibras compuestas para el refuerzo del hormigón. La longitud de las fibras compuestas puede ser cualquier longitud adecuada para el refuerzo de hormigón, tal como una longitud de aproximadamente 10 mm a aproximadamente 80 mm, desde aproximadamente 20 mm hasta aproximadamente 60 mm, o desde aproximadamente 30 mm hasta aproximadamente 50 mm. El diámetro equivalente de las fibras compuestas puede ser de aproximadamente 0,3 mm a aproximadamente 2 mm, o de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 1,3 mm. En algunos ejemplos de realizaciones, las fibras compuestas curadas tienen una rugosidad superficial entre 20 pm y 200 pm, según se mide por microscopio o SEM.

En algunos ejemplos de realizaciones, las fibras iniciales sin revestir son fibras inorgánicas tales como fibras de vidrio. Los ejemplos de fibras de vidrio no exclusivas incluyen fibras de vidrio de tipo A, fibras de vidrio tipo C, fibras de vidrio tipo G, fibras de vidrio tipo E, fibras de vidrio tipo S, fibras de basalto, fibras de vidrio tipo E-CR (por ejemplo, fibras de vidrio Advantex® disponibles en el mercado de Owens Corning), fibras de vidrio tipo R, fibras de vidrio biosolubles, vidrio resistente a los álcalis, o combinaciones de los mismos, todo lo cual puede ser adecuado para su uso como fibra de refuerzo. En algunos ejemplos de realizaciones, una fibra de vidrio resistente a los álcalis ("AR"), tal como Cem-FIL® disponible de Owens Corning, es adecuada para su uso como fibra de refuerzo.

El diámetro de los monofilamentos que forman la fibra de vidrio puede variar de aproximadamente 10 micrómetros a aproximadamente 27 micrómetros, o de aproximadamente 13 micrómetros a aproximadamente 20 micrómetros. El tex de las fibras (la masa lineal en g/km) puede ser de aproximadamente 136 tex a aproximadamente 4800 tex. En algunos ejemplos de realizaciones, el tex está en el intervalo de aproximadamente 400 tex a aproximadamente 1200 tex.

En algunos ejemplos de realizaciones, las fibras de vidrio divulgadas en el presente documento están impregnadas con un revestimiento monomérico y/u oligomérico que conduce a un revestimiento polimérico después del curado. El revestimiento polimérico puede ser un revestimiento curado térmicamente o por radiación, tal como, por ejemplo, un revestimiento curado por IR o un revestimiento curado por UV. Puede usarse una amplia gama de radiación, es decir, desde UVC hasta luz visible o haz de electrones de alta energía. Los monómeros, los oligómeros y los polímeros curables por UV son conocidos en la técnica. Los monómeros, los oligómeros y los polímeros curables por UV particularmente adecuados incluyen acrilatos, metacrilatos, éteres vinílicos y derivados vinílicos a base de poliuretano, epoxi, poliéster, estructuras de poliéter con o sin estructuras principales alifáticas, cicloalifáticas o aromáticas y copolímeros basados en tales estructuras. En algunos ejemplos de realizaciones, la estructura de revestimiento polimérico incluye poliuretanos basados en estructura aromática, solos o en una mezcla con epoxi o derivado de poliéter. En algunos ejemplos de realizaciones, el revestimiento polimérico se basa en epoxi-acrilato, mientras que en otros ejemplos de realizaciones, el revestimiento polimérico se obtiene principalmente a partir de acrilato de poliuretano.

Además del revestimiento polimérico, la superficie de las fibras de vidrio divulgadas en el presente documento se recubre además con partículas que pueden incluir, pero sin limitación, sílice, arena, alúmina, óxido de circonio y similares. En algunos ejemplos de realizaciones, las fibras de vidrio se recubren adicionalmente con partículas de sílice. El tamaño de las partículas puede variar dependiendo de las características deseadas del producto final. En algunos ejemplos de realizaciones, las partículas de sílice tienen un diámetro de aproximadamente 5 micrómetros a aproximadamente 150 micrómetros. En algunos ejemplos de realizaciones, las partículas de sílice tienen un diámetro de aproximadamente 20 micrómetros a aproximadamente 40 micrómetros, o de aproximadamente 20 micrómetros. En algunos ejemplos de realizaciones, las partículas de sílice tienen un diámetro superior a 100 micrómetros.

En la figura 1 se muestra un ejemplo de proceso para producir fibras compuestas revestidas con sílice. El proceso generalmente incluye impregnar mechas de vidrio con un revestimiento monomérico/oligomérico, recubrir adicionalmente la superficie de las fibras de vidrio con partículas tales como partículas de sílice y curar las fibras compuestas usando curado UV estándar. El proceso se describe con más detalle a continuación.

De acuerdo con el ejemplo de proceso mostrado en la figura 1, se pasa una mecha de fibra de vidrio 2 a través de un baño 6 que contiene la composición monomérica/oligomérica para impregnar, o de otra manera recubrir, la mecha de fibra de vidrio con el revestimiento monomérico/oligomérico curable. Según varios ejemplos de realizaciones, al menos el 50 % de la superficie de los filamentos está impregnada con un revestimiento monomérico/oligomérico. En algunos ejemplos de realizaciones, hasta el 95 % de la superficie de los filamentos está impregnada con el revestimiento monomérico/oligomérico. En algunos ejemplos de realizaciones, hasta el 100 % de la superficie de los filamentos está impregnada con el revestimiento monomérico/oligomérico. En algunos ejemplos de realizaciones, el revestimiento monomérico/oligomérico se aplica a una temperatura de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 80 °C. Para revestimientos muy viscosos (más de 500 mPas a 25 °C), el revestimiento se aplica a una temperatura entre 60 °C y 80 °C para reducir el intervalo de viscosidad por debajo de 200 mPas y mejorar la velocidad y la calidad de la impregnación. Generalmente, para mejorar la velocidad y la homogeneidad de la impregnación, la viscosidad del revestimiento se mantiene por debajo de 200 mPas durante la etapa de impregnación mediante el control de la temperatura. El revestimiento polimérico puede comprender desde aproximadamente el 5 % en peso hasta aproximadamente el 50 % en peso de la fibra compuesta final. En algunos ejemplos de realizaciones, el revestimiento polimérico es de aproximadamente el 10 % en peso a aproximadamente el 30 % en peso de la fibra compuesta.

Antes de pasar por el baño de revestimiento 6, la mecha de fibra de vidrio 2 puede pasar opcionalmente sobre uno o más rodillos 4 o a través de ranuras, un peine, barras, frenos magnéticos o mecánicos, etc., para controlar la tensión y ayudar a guiar la mecha de fibra de vidrio 2 hacia el baño de revestimiento 6 con un mínimo de enredos y/o enrollamientos. Debe entenderse que una variedad de estructuras, aparatos y artículos adecuados, podrían utilizarse para controlar la tensión y guiar la mecha de fibra de vidrio 2 al baño de revestimiento 6, y la presente divulgación no se limita al uso de rodillos 4 como se ilustra en la figura 1.

De acuerdo con algunos ejemplos de realizaciones, el exceso de revestimiento se puede eliminar de la fibra de vidrio revestida a través de una variedad de medios, incluyendo, por ejemplo, pasar la fibra de vidrio revestida a través de uno o más moldes de formación 8, tal como un molde de formación de alambre. Los moldes de conformación 8 pueden estrecharse para eliminar progresivamente el exceso de revestimiento de la fibra de vidrio revestida y lograr un nivel de revestimiento particular. En algunos ejemplos de realizaciones, los moldes 8 pueden tener un diámetro y/o una forma particular, de manera que la fibra de vidrio revestida salga de los moldes de conformación que tienen el diámetro y la forma aproximados del molde final. En un ejemplo de realización, la cantidad de revestimiento de la fibra de vidrio revestida se controla mediante una serie de moldes calibrados. Por ejemplo, cinco moldes de diferentes diámetros pueden ajustar el diámetro de la fibra de vidrio revestida de 1,1 mm a 0,7 mm (es decir, un molde de 1,1 mm, dos moldes de 0,9 mm y dos moldes de 0,7 mm).

De acuerdo con el ejemplo de realización mostrado en la figura 1, la fibra de vidrio revestida se pasa a través de un lecho fluidizado 10 para adherir partículas a la superficie de la fibra de vidrio revestida. En algunos ejemplos de realizaciones, el lecho fluidizado puede comprender un lecho fluidizado de flujo de aire o un lecho fluidizado por vibración. Las partículas en suspensión rodean la fibra de vidrio revestida que pasa a través del lecho fluidizado. Las partículas se adhieren mediante el revestimiento monomérico/oligomérico pegajoso en la superficie externa de la fibra de vidrio revestida. En ejemplos de condiciones de laboratorio, la longitud del baño es de unos 20 cm, con al menos aproximadamente 1 cm de partículas de sílice suspendidas sobre la parte superior de la fibra de vidrio para asegurar una adhesión consistente de las partículas de sílice. Se pueden adaptar varios baños en línea según las necesidades, posiblemente con diferentes tipos de partículas. En algunos ejemplos de realizaciones, las partículas de sílice cubren desde aproximadamente el 5 % hasta aproximadamente el 85 %, o desde aproximadamente el 10 % hasta aproximadamente el 60 %, de la superficie de las fibras compuestas.

De acuerdo con el ejemplo de realización mostrado en la figura 1, la fibra compuesta revestida con sílice se trata posteriormente, tal como por exposición a la radiación, para curar el revestimiento. La fuente de radiación 12 puede ser cualquier fuente de radiación adecuada, tal como, por ejemplo, una lámpara UV, lámpara led, luz visible o radiación de haz de electrones (EB). En algunos ejemplos de realizaciones, se utilizan una pluralidad de lámparas UV para curar el revestimiento. En otros ejemplos de realizaciones, la fibra compuesta revestida con sílice puede exponerse a energía térmica para curar el revestimiento.

Aunque las partículas de sílice se han descrito anteriormente como un revestimiento superficial secundario después del revestimiento polimérico, los conceptos inventivos generales divulgados en el presente documento no se limitan a esta realización. En algunos ejemplos de realizaciones, las partículas de sílice se pueden mezclar dentro del revestimiento monomérico/oligomérico, y las fibras de vidrio se pueden impregnar o recubrir de otro modo con este revestimiento monomérico/oligomérico de partículas de sílice combinado.

En algunos ejemplos de realizaciones, después de la etapa de curado 12, la fibra compuesta revestida con sílice se puede enrollar. La bobinadora 14 puede ser una única bobinadora o puede incluir múltiples bobinadoras utilizadas en conjunto. La bobinadora 14 puede comprender cualquier bobinadora utilizada generalmente en la técnica, tal como una bobinadora de tracción interior construida sobre una cámara de caucho o una bobinadora de tracción exterior construida sobre un núcleo de cartón. En algunos ejemplos de realizaciones, la fibra compuesta revestida con sílice se puede enrollar a una velocidad de aproximadamente 5 m/min a aproximadamente 250 m/min para crear un paquete que tiene un diámetro exterior de hasta aproximadamente 1 metro.

Como alternativa, la fibra compuesta revestida con sílice puede alimentarse directamente a una cortadora 16 para la formación de una pluralidad de hebras compuestas cortadas. La cortadora 16 puede comprender cualquier medio de corte convencional, tal como, por ejemplo, un cabezal cortador de cuchilla que incluye cuchillas de afeitar insertadas en ranuras colocadas a una distancia correspondiente a la longitud de una hebra cortada deseada. Las hebras compuestas cortadas pueden tener cualquier longitud deseada para una aplicación particular, tal como, por ejemplo, desde aproximadamente 20 mm hasta aproximadamente 50 mm, o desde aproximadamente 35 mm hasta aproximadamente 40 mm.

En algunos ejemplos de realizaciones, la fibra compuesta revestida con sílice se enrolla primero en la bobinadora 14 y después se desenrolla para introducirla en la cortadora 16.

En algunos ejemplos de realizaciones, las hebras compuestas cortadas divulgadas en el presente documento se pueden usar para reforzar el hormigón. El hormigón armado se puede formar preparando un hormigón (por ejemplo, utilizando un método convencional de formación de hormigón) seguido de la mezcla de las hebras compuestas cortadas en el hormigón, formando así un hormigón armado con fibras compuestas. En algunos ejemplos de realizaciones, la cantidad de fibras compuestas revestidas con sílice en el hormigón armado es de aproximadamente 2 kg a aproximadamente 75 kg de fibra compuesta por metro cúbico de hormigón, o de aproximadamente 5 kg a aproximadamente 25 kg de fibra compuesta por metro cúbico de hormigón. En algunos ejemplos de realizaciones, la cantidad de fibras compuestas revestidas con sílice en el hormigón armado es de aproximadamente 7,5 kg a aproximadamente 12,5 kg de fibra compuesta por metro cúbico de hormigón.

En algunos ejemplos de realizaciones, las fibras compuestas revestidas con sílice divulgadas en el presente documento se proporcionan para el refuerzo de hormigón proyectado, es decir, hormigón que se proyecta contra una pared a alta velocidad y presión. Las fibras compuestas existentes utilizadas como refuerzo en hormigón convencional pueden presentar un "efecto rebote" indeseable cuando se utilizan en aplicaciones de hormigón proyectado. Las longitudes de las fibras compuestas existentes (de aproximadamente 2,5 cm a aproximadamente 4 cm) pueden contribuir a este efecto rebote del hormigón de la pared contra la que se proyectó.

El efecto rebote provoca una reducción en el nivel de refuerzo del hormigón que proporcionan las fibras compuestas convencionales en las aplicaciones de hormigón proyectado. Esto se debe a que durante la proyección del hormigón proyectado, las fibras de refuerzo golpean la pared a gran velocidad (varios metros por segundo). Las fibras compuestas convencionales son bastante flexibles y esencialmente actúan como "resortes" cuando golpean la pared. Debido a que la superficie de las fibras convencionales es lisa, el efecto rebote extrae las fibras del hormigón. La cantidad de fibras perdidas por este efecto depende de la velocidad de proyección, pero puede llegar hasta el 60 %.

Por el contrario, las fibras compuestas revestidas con sílice divulgadas en el presente documento proporcionan una superficie que ancla las fibras compuestas en el cemento proyectado y evita o reduce el efecto rebote no deseado. Para superar el efecto rebote en aplicaciones convencionales, se debe utilizar una mayor cantidad de fibras compuestas para lograr las propiedades mecánicas deseadas en el hormigón armado. Sin embargo, la rugosidad superficial proporcionada por las partículas de sílice que revisten las fibras compuestas divulgadas en el presente documento supera o reduce de otro modo este efecto rebote y logra las propiedades mecánicas deseadas sin necesidad de un aumento sustancial en el número de fibras compuestas utilizadas.

Además de las mejoras en la superación del "efecto rebote" en el cemento fresco, el revestimiento de partículas de sílice sobre las fibras compuestas divulgadas en el presente documento mejora la adhesión entre la matriz de hormigón y las fibras compuestas después de que el cemento se haya secado. En algunos ejemplos de realizaciones, el revestimiento de sílice mejora la adhesión entre la matriz de hormigón y las fibras compuestas en al menos 2 a 3 veces la de fibras compuestas por lo demás idénticas no revestidas con partículas de sílice.

Otras ventajas de las fibras compuestas descritas en el presente documento incluyen una alta velocidad de dispersión durante el proceso de mezclado, facilidad para lograr una distribución uniforme de fibras en la masa de hormigón, desgaste reducido de los sistemas de mezclado y bombeo, menos riesgo de obstruir las tuberías de bombeo y bloqueos al rellenar elementos estructurales, y menos riesgo de panales y los consiguientes problemas de durabilidad cuando se usa en combinación con el refuerzo convencional. Por ejemplo, las fibras de acero se fabrican en una forma con un "gancho" en cada extremo para dar un anclaje mecánico en el cemento o el hormigón. Eso puede generar problemas que se pueden describir como agrupaciones similares a "erizos", que pueden inducir roturas de la bomba y falta de homogeneidad del hormigón armado. Con la fibra de vidrio revestida con sílice divulgada en el presente documento, es posible lograr propiedades mecánicas similares sin los inconvenientes descritos anteriormente de los sistemas convencionales.

En algunos ejemplos de realizaciones, las fibras compuestas son resistentes a la corrosión y, por lo tanto, no desarrollan manchas de corrosión en el caso de superficies de hormigón expuestas. Adicionalmente, las fibras compuestas hacen que el hormigón endurecido sea más fácil de reciclar que las fibras de acero tradicionales.

Los conceptos inventivos generales se han descrito anteriormente tanto en general como con respecto a varios ejemplos de realizaciones específicas. Aunque los conceptos inventivos generales se han establecido en lo que se cree que son ejemplos de realizaciones ilustrativas, una amplia variedad de alternativas resultará evidente para los expertos en la materia a partir de la lectura de la presente divulgación. Los conceptos inventivos generales no están limitados de otra manera, excepto en los casos en que se presentan en reivindicaciones específicas. Adicionalmente, los siguientes ejemplos pretenden ilustrar mejor la presente invención, pero no limitar los conceptos inventivos generales.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos describen el rendimiento de varios ejemplos de realizaciones de las fibras compuestas revestidas con sílice de la presente divulgación, como se utiliza para refuerzo de hormigón.

Ejemplo 1

Las figuras 2 y 3 son imágenes de ejemplos de fibras compuestas revestidas con sílice. De acuerdo con el ejemplo de proceso divulgado en el presente documento, la fibra compuesta de la figura 2 se formó a partir de mechas de vidrio impregnadas con epoxi-acrilato. La fibra compuesta de la figura 3 se formó a partir de mechas de vidrio impregnadas con acrilato de poliuretano.

Las fibras compuestas se prepararon con fibras de vidrio Cemfil® disponibles de Owens Corning. Los ejemplos de fibras de vidrio AR fueron 640 tex, 19 pm, con encolado a base de epoxi. Las fibras revestidas de las figuras 2 y 3 se ajustaron a un diámetro equivalente de 0,7 mm utilizando una serie de moldes de calibración (1,1 mm, después 0,9 mm, después un segundo 0,9 mm, y finalmente 0,7 mm). Se depositaron partículas de sílice sobre la superficie húmeda de las fibras de vidrio usando un lecho fluidizado con flujo de aire. Posteriormente, las fibras compuestas se curaron usando radiación UV.

La figura 2 muestra una distribución equitativa muy cargada de partículas de sílice sobre la superficie de la varilla compuesta. La figura 3 muestra una distribución equitativa, pero de una menor cantidad de partículas de sílice en comparación con la figura 2.

Ejemplo 2

El comportamiento de adhesión de los ejemplos de fibras compuestas se midió utilizando el Ensayo de adherencia (Pull Out Test) en cemento fresco. Para realizar el Ensayo de adherencia (cemento fresco), se preparó una muestra de cemento fresco armado con fibras compuestas de 1 l para cada formulación, con una resistencia al cemento Rc de 80 MPa. Se preparó una varilla de 22 cm y se insertaron verticalmente 15 cm de la varilla en cada muestra. Las muestras se evaluaron posteriormente para determinar la resistencia a la extracción, extrayendo la varilla después de 10 minutos de maduración del cemento, para que la muestra de cemento se estabilizara, pero no se solidificara. La varilla se extrajo a una velocidad de 60 mm/mn, con las resistencias a la extracción observadas resumidas en la Tabla 1 a continuación.

T =1 =R i n i = = xr i n v =m n = =En = h r n i

Los resultados del Ensayo de adherencia muestran que la adhesión de las fibras compuestas con cemento fresco (tanto a la máxima resistencia como durante la extracción) es significativamente mayor para el ejemplo de producto con partículas de sílice (HDF 101) en comparación con el producto sin partículas de sílice (HDF 100). Esta mayor adhesión con el cemento conduce a una menor pérdida de fibras durante la proyección del hormigón armado.

Ejemplo 3

La Tabla 2 a continuación enumera varios ejemplos de composiciones de fibras compuestas y propiedades resultantes. Se evaluaron tres ejemplos de lotes de cemento para determinar los efectos que tenía la modificación de la rugosidad de la superficie sobre el rendimiento mecánico después del endurecimiento del cemento.

Como se muestra en los datos siguientes, el rendimiento mecánico del hormigón armado con fibras compuestas revestidas con sílice después del endurecimiento fue sustancialmente mayor que el de las muestras comparativas revestidas sin sílice.

T l 2: E m l m i i n fi r ^ m

Las muestras 36 y 42 de la Tabla 2 se evaluaron adicionalmente a los 21 días. La Tabla 3 muestra el impacto positivo en la unión entre las fibras y el hormigón que se incrementó a medida que el hormigón se curaba.

T = :^ h i n= = 7 í =21= í

Ejemplo 4

Para confirmar la unión más fuerte observada en el Ejemplo 3, se mezclaron dos lotes de hormigón (C30-37 de acuerdo con EN 206) con 10 kg de las fibras compuestas divulgadas en el presente documento o con 10 kg de fibras de vidrio convencionales que tienen una superficie lisa. Después de 28 días de curado a 23 °C y 90 % de humedad, los especímenes se doblaron en 3 puntos de acuerdo con la norma EN 14651.

La Tabla 4 muestra el rendimiento mejorado de las fibras compuestas revestidas con sílice, según lo medido por el Ensayo de adherencia descrito anteriormente:

T l 4: A h i n 2 í

Ejemplo 5

En una quinta prueba, se prepararon dos lotes de hormigón armado con fibras compuestas de acuerdo con el proceso divulgado en el presente documento y se compararon con un lote de hormigón armado con fibras compuestas sin revestir convencional. Las fibras compuestas tenían una longitud de 40 mm, una relación de aspecto de 70, y se dosificaron a 10 kg/m3 de fibra en hormigón (C30-37), con consistencia S4. Se prepararon especímenes de vigas con dimensiones de 10 cm x 10 cm x 40 cm y se evaluó la resistencia a la tracción por flexión de acuerdo con las normas EN 14651. Las muestras se curaron durante 7 días antes de la evaluación a 23 °C y 90% de humedad. Las figuras 4-6 muestran los resultados de la resistencia a la tracción por flexión de cada viga. En paralelo, se moldearon tres especímenes adicionales de 10x10x10 cm y se sometieron a ensayo para determinar la resistencia a la compresión de acuerdo con EN12390.

Se utilizaron datos de resistencia a la flexión EN 14651 para evaluar la resistencia residual promedio (ARS por sus siglas en inglés). La ARS es el valor medio de las resistencias individuales a 0,4, 1,2, 2,0 y 2,8 mm de apertura de ancho de fisura (señalado respectivamente denominado CMOD1, CMOD2, CMOD3, CMOD4). El valor de ARS muestra la resistencia residual observada después de que una muestra se rompa, es decir, una fuerza de "desgarro" residual requerida para extraer las fibras de vidrio incrustadas de la matriz. El valor de ARS es aplicable para evaluar aplicaciones industriales, por ejemplo, el comportamiento de un material durante un terremoto. Como se muestra en la Tabla 5, cada lote ilustrativo mostró una resistencia residual promedio mejorada (medida en MPa) en comparación con una fibra compuesta convencional sin revestimiento de sílice.

T l : R i n i r i l r m i

Como se utiliza en la descripción de la invención y las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", "uno/a", y "el/la" están previstos para que incluyan las formas plurales también, salvo que el contexto indique claramente otra cosa. En la medida en que el término "incluye" o "incluyendo" se utilice en la memoria descriptiva o en las reivindicaciones, se pretende que sea inclusivo de una manera similar a la expresión "que comprende", ya que esa expresión se interpreta cuando se emplea como una palabra de transición en una reivindicación. Además, en la medida en que se emplee el término "o" (por ejemplo, A o B), se pretende que signifique "A o B o ambos". Cuando los solicitantes pretendan indicar "solo A o B pero no ambos", se utilizará el término "solo A o B pero no ambos". Por tanto, el uso del término "o" en el presente documento es el uso inclusivo y no exclusivo. También, en la medida en que los términos "en" o "dentro" se utilicen en la memoria descriptiva o en las reivindicaciones, además, se pretende que signifique "sobre" o "encima de". Además, en la medida en que se utilice el término "conectar" en la memoria descriptiva o en las reivindicaciones, tiene la intención de significar no solo "directamente conectado a", sino también "indirectamente conectado a", como conectado a través de otro componente o componentes.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una fibra compuesta para el refuerzo de hormigón, comprendiendo la fibra compuesta:

una pluralidad de fibras de vidrio, en donde la pluralidad de fibras de vidrio incluye un revestimiento monomérico/oligomérico para formar fibras revestidas; y

una pluralidad de partículas de sílice distribuidas sobre la superficie de las fibras revestidas.

2. La fibra compuesta de la reivindicación 1, en donde el revestimiento monomérico/oligomérico es curable mediante energía térmica o radiación UV.

3. La fibra compuesta de la reivindicación 1, en donde las fibras de vidrio son fibras de vidrio resistentes a los álcalis.

4. La fibra compuesta de la reivindicación 1, en donde el revestimiento monomérico/oligomérico comprende epoxiacrilato.

5. La fibra compuesta de la reivindicación 1, en donde la fibra compuesta tiene una longitud de 20 mm a 60 mm.

6. La fibra compuesta de la reivindicación 1, en donde la fibra compuesta tiene una rugosidad superficial de entre 20 |jm y 200 jm.

7. La fibra compuesta de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de partículas de sílice se distribuye entre aproximadamente el 5 % y aproximadamente el 85 % de la superficie de las fibras revestidas.

8. Un método de fabricación de una fibra compuesta, comprendiendo el método:

proporcionar una composición de revestimiento monomérico/oligomérico viscoso;

aplicar la composición de revestimiento monomérico/oligomérico viscoso a una pluralidad de fibras de vidrio para formar fibras revestidas;

aplicar una pluralidad de partículas de sílice sobre la superficie de las fibras revestidas para formar fibras revestidas con sílice; y

exponer las fibras revestidas con sílice a energía térmica o radiación para curar la composición de revestimiento monomérico/oligomérico y formar la fibra compuesta.

9. El método de la reivindicación 8, en donde las fibras revestidas con sílice se curan mediante radiación UV.

10. Un método de hormigón reforzado, comprendiendo el método:

aplicar la composición de revestimiento monomérico/oligomérico viscoso a una pluralidad de fibras de vidrio para formar una pluralidad de fibras revestidas;

aplicar una pluralidad de partículas de sílice sobre la superficie de la pluralidad de fibras revestidas para formar fibras revestidas con sílice;

preparar una composición de hormigón; y

mezclar las fibras revestidas con sílice en la composición de hormigón.

11. El método de la reivindicación 10, que comprende además una etapa de exponer la pluralidad de fibras revestidas con sílice a energía térmica o radiación.

12. El método de la reivindicación 11, que comprende exponer la pluralidad de fibras revestidas con sílice a radiación UV.

13. El método de la reivindicación 11, que comprende además una etapa de curado de la composición de revestimiento monomérico/oligomérico para formar una pluralidad de fibras compuestas.

14. El método de la reivindicación 10, en donde el hormigón armado comprende hormigón proyectado.

15. El método de la reivindicación 13, en donde dichas fibras compuestas tienen una longitud de 20 mm a 60 mm.