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Ing. Amando Padilla Ramirez Ing Gilberto Galindo Castro Ing. Luis Miguel Morelos Gilberto Contreras
Materiales M t i l compuestos t en la l construcción
Concretos Poliméricos Concretos Poliméricos
Concretos Poliméricos Concretos Poliméricos • El concreto polimérico es un material compuesto con material compuesto con propiedades tales que le permiten ser usado en permiten ser usado en muchos casos como un sustituto de los concretos Portland normales.
Que es el Concreto Polimérico? Es una mezcla de: Resinas poliméricas (poliéster, acrílicas, epóxicas, furánicas) Cargas minerales ( arenas, cuarzos, carbonatos, sílicas) Fibra de vidrio
Que permite un rápido curado y alta resistencia mecánica mínima absorción resistencia mecánica, mínima absorción de agua
Concreto Polimérico
Resina (Catalizador, acelerador, etc.)
Cargas (Arena Silca, Marmolina, Carbonate de Calcio)
Refuerzos
Aditivos
(Fibra de Vidrio, Varilla, etc.)
(Pigmentos, humectantes, etc.)
Si ilit d Similitud con concreto Portland t P tl d Concreto Polimérico • Resina • Cargas (arena,talco, carbonato de calcio) • Catalizador • Fibras
Concreto Portland • Cemento • Arenas y gravas • Agua Refuerzos (varillas) • Refuerzos (varillas)
• Ventajas Ventajas – Alta resistencia mecánica – Alta resistencia al rayado Alta resistencia al rayado – Alta resistencia al agua – Alta resistencia química Alta resistencia química – Alta resistencia a UV – Impermeable Soporte para equipos eléctricos Soporte para equipos eléctricos
• Bajo peso especifico • Alta resistencia mecánica. Resistencia a la flexión y tensión son y superiores a la del concreto
• Alta resistencia química a ácidos, álcalis y otros elementos corrosivos
• Baja absorción de humedad. Menos 1% (ASTM D‐570) • Resistente al impacto. (ASTM D‐2444) • Estable bajo condiciones de congelación
Comparación con concreto normal Comparación con concreto normal Característica
Concreto de Cemento 2200-2400
Concreto Polimérico 1500-2400
Resistencia. Compresión Kg/cm2
51-611
509-1528
Resistencia Tensión Kg/cm2 Resistencia.
11-74
153-560
Módulo elástico x106 Kg/cm2
0.05-0.40
0.10-0.45
R i t Resistencia i all C Corte t K Kg/cm / 2
8491 8.4-9.1
45 6 49 2 45.6-49.2
Resistencia. Ciclos C Congelamiento/descongelamiento l i t /d l i t (Ciclos / % perdida peso)
750/25
1600/0
Peso Volumétrico Kg/m g 3
Aplicaciones p • Construcción y y vivienda • Industria química Industria química • Procesamiento de alimentos • Ingeniería minera y Ingeniería minera y civil
Ductos
Drenado d
A li i Aplicaciones • TTubería por vaciado b í i d vertical y vibrado entre dos moldes dos moldes. • Que son empleadas para el manejo de aguas el manejo de aguas agresivas (aguas negras, desechos químicos) desechos químicos)
D t Ductos y tubos t b Puede ser usado para fabricar o reparar tuberías Las tuberías de concreto, se vacían verticalmente dentro de moldes metálicos usando vibración para la p óptima compactación de acuerdo a los estándares de vaciados de concreto hidráulico.
CARACTERÍSTICAS Tuberías rígidas resistentes a al corrosión ampliamente usadas en estructuras de manejo li t d t t d j de aguas de desecho
Las tuberías son económicamente viables por su bajo mantenimiento viables por su bajo mantenimiento en la industria del manejo de aguas industriales y de desecho, fosos colectores, secciones estructurales y l t i t t l en la Industria minera
Resistencia a solventes y Químicos Concreto Polimérico
Cemento Portland
Agua
Ok
Permeable
Gasolina
Ok
Permeable
Aceite Hidráulico
Ok
Permeable
Sosa cáus cáustica) ca)
Ok
Corroe
Ácidos
Ok
Corroe
Sales terreas
Ok O
Corroe Co oe
Aplicaciones Eléctricas Aplicaciones Eléctricas asilantes de bajo y alto voltaje
Pisos industriales sos dust a es • Losetas para piso • Pisos industriales Pi i d i l – Automotrices – Estampado – Químicos – Electromecánicos
• Sistemas de reparación rápidos
Reparaciones
Retiro de concreto dañado Cámara atacada por sulfatos
Aplicación de concreto polimérico
Paredes reparadas
R Reparaciones i Antes
Después Relleno de juntas
Montajes de estructuras Reparación de grietas
Reparaciones
Tiempo de curado de 1 hora dependiendo del temperatura del ambiente y de las superficies temperatura del ambiente y de las superficies
Ot as ap cac o es Otras aplicaciones • Partes resistentes a la corrosión • Soportes de postes • Soportes para Cabinas eléctricas • Soportes para señalizaciones de tránsito
Construcción
Fachadas Alfeizar de ventanas Alfeizar de ventanas
/ Wall claddings
Industria sanitaria
Coc as y ta jas Cocinas y tarjas
Sopo tes de aqu a a Soportes de maquinaria
Otras aplicaciones
Escultura del gorila plateado en g p concreto polimérico para el Zoológico londinense.
Donde usar el Concreto Polimérico Donde usar el Concreto Polimérico • Debido Debido a un costo mayor que el cemento a un costo mayor que el cemento Portland, los concretos poliméricos deben ser usados solo en aplicaciones en los cuales los d l li i l l l altos costos sean justificados por: – Propiedades superiores, mecánicas químicas – Menor costo de mano de obra Menor costo de mano de obra – Menor requerimiento de energía durante el proceso y manejo proceso y manejo.
Debido a sus propiedades el concreto polimérico p p p tiene múltiples aplicaciones en nuestros días: • Producción Producción de productos prefabricados para sistemas de drenado de productos prefabricados para sistemas de drenado y alcantarillado en puentes • Producción de canales, conductos de desagüe, registros del Producción de canales, conductos de desagüe, registros del drenaje y de tanques industriales, q p • Producción de tanques industriales para electrólisis de materiales no ferrosos • Producción de producción de los registros y canales de drenado de aguas residuales industriales agresivas, y tanques de almacenaje para sustancias corrosivas, e.g. los ácidos, bases. • Recubrimientos de alta resistencia química en ductos, cámaras, etc.
Variables de Formulación de los V i bl d F l ió d l Concretos Poliméricos Concretos Poliméricos Ti Tipo y contenido de: t id d z Resina (poliéster, epóxica) Resina (poliéster, epóxica) z Cargas (arenas, talcos, etc.) z Refuerzos (fibras de vidrio, carbón) z Catalizador Catalizador
Importancia de la resina • La resina, funciona como aglutinante o matriz, d b d debe de: – mojar y adherir las cargas, j y g – proteger al concreto del medio ambiente, evitando la absorción de agua y evitando la absorción de agua y – ser capaz de transferir la carga a los agregados.
Tipos de resina en los Concretos Poliméricos Tipos de resinas más usuales Tipos de resinas más usuales z Poliéster z Epóxica ( ) z Acrílica (PMMA) z Furánicas Concreto
Furano
Epoxi
Poliéster PMMA
0
50
100
150
200
Resistencia a la Compresión MPa
250
Características de las Resinas más Características de las Resinas más comunes Resina Poliéster isoftálica Poliéster Ortoftálica Mezclas con DCPD Epóxica p
Características Resistencia a sistemas corrosivos. Uso generales generales, buenas propiedades mecánicas Baja viscosidad mayor capacidad de carga Alta resistencia mecánica y a la corrosión
Características de las resinas poliéster en los Características de las resinas poliéster en los concretos poliméricos Resina
Características
Aplicaciones
Poliéster
Relativamente fuerte, buena adhesión a otros materiales, buena resistencia química y al congelamiento, l i pero alto encogimiento en el proceso proceso.
Debido a su bajo costo,, ampliamente p usado en paneles para edificios públicos y comerciales, i l pisos, i tubería, escaleras, y otras aplicaciones de vaciado.
Ca acte st cas de as es as Características de las resinas •Las resinas son formuladas tomando en cuenta las necesidades del usuario final. •Son resilentes, promovidas, no tixotrópicas, formuladas para usarse con varias cargas en la fabricación de concreto polimérico y productos similares. similares
Selección de resinas Selección de resinas • R Resulta importante no solo las propiedades lt i t t l l i d d mecánicas y químicas de la resina, Sino también la Sino también la viscosidad y capacidad de capacidad de incorporación de cargas. cargas
• Resina Ortoftalica: A596‐07 • Resina Ortoftalica Modificada A834‐PP‐ 08A • MI21BG Resina isoftálica
Resina Ortoftálica A596‐07 Resina Ortoftálica A596‐07 • Alta aceptación de carga. • Tiempos de gelado y curado apropiados para tener altos índices de productividad índices de productividad. • Buen desarrollo de dureza • Buena resistencia al impacto Buena resistencia al impacto • Exotermia controlada que permite evitar estrellamientos en p procesos de alta productividad. p • En ciclos normales de producción generalmente no requieren post‐curado.
Resina Ortoftálica A596‐07 • El compuesto polimérico fabricado presenta buena p p p resistencia al intemperismo. j g • Baja absorción de agua. • Resistencia química moderada en ambientes alcalinos o ácidos. • En ambientes donde los requerimientos de resistencia a la corrosión son elevados se sugiere contactar al g representante de ventas para solicitar asistencia técnica.
Selección de cargas Selección de cargas • La carga tiene dos efectos importantes, L i d f i – Uno en la resistencia mecánica y – El otro en la cantidad de resina requerida debido a la absorción de resina por parte de la carga. la absorción de resina por parte de la carga.
• Mi Mientras menor sea la absorción, menor será t l b ió á la cantidad de resina requerida y el costo será menor.
A834 PP 08A O M difi d , A834‐PP‐08A Orto Modificada Presenta las mismas características que la A‐596‐07 con las siguientes variantes: ¾
Las resinas Orto‐Modificadas generalmente son mas eco ó cas económicas
¾
Menor viscosidad con alto contenido de sólidos.
¾
Color ámbar, mas obscuro que una Ortoftalica.
A834‐PP‐08A Orto Modificada • Las resinas Orto Modificadas por su composición química tienden a atacar los desmoldantes y pegarse química tienden a atacar los desmoldantes y pegarse a los moldes de PRFV, por lo cual es recomendable usarla en moldes de caucho de silicón (RTV) usarla en moldes de caucho de silicón (RTV). • Si se usa en Moldes de PRFV se recomienda primero realizar una serie de pruebas con su desmoldante realizar una serie de pruebas con su desmoldante, antes de iniciar producción.
Consumo de Resina Poliéster en el Concreto Polimérico Concreto Polimérico • El El nivel de resina en una formulación típica nivel de resina en una formulación típica varia entre 12% y 18%. • Estos niveles pueden subir o bajar según lo p g g eficiente de la compactación de los agregados o la fluidez requerida.
Tipos de Cargas de los concretos poliméricos p g p • Además de arenas, se emplean : d á d l Gravas, carbonatos, talcos, silicas, granito, cuarzo, cerámicas, microesferas de vidrio, y cargas metálicas. táli • Generalmente, los materiales sólidos no absorbentes pueden ser usados en b b t d d como cargas
Selección de las Cargas Selección de las Cargas En la selección de una carga, se debe considerar las l l ó d d b d l siguientes características •Bajo costo, disponibilidad •Facilidad de mojado Buena adhesión ilid d d j d dh ió •Baja Baja abrasividad abrasividad •Baja absorción de aceite
Alta Resistencia química
•Baja absorción de humedad Alta estabilidad térmica
Efecto del tipo de Carga en las Propiedades de Concretos poliméricos Propiedades de Concretos poliméricos Variables: z Tipo de carga Tipo de carga z Tamaño y distribución de partícula z Grado de compactación (factor de Grado de compactación (factor de empaquetamiento
Selección de cargas Selección de cargas • El factor de empaquetamiento está involucrado también con el cantidad de resina involucrado también con el cantidad de resina ya que esta deberá de llenar los huecos entre las partículas las partículas. • Por lo que mientras mayor sea el factor de empaquetamiento, menor será la cantidad de resina.
Factor de empaquetamiento Factor de empaquetamiento En un sistema de un solo tamaño de partículas , el volumen ocupado por las esferas es del 60 al 64% del volumen de empaquetamiento Por lo l que alrededor l d d de d un40% 40% corresponde a huecos entre las partículas í l
Factor de empaquetamiento La forma de incrementar el factor de empaqueta-miento es empleando p al menos sistemas binarios de p partículas. Si se emplean sistemas terciarios o ccuaternarios aternarios el factor de empaquetamien-to se incrementa incrementa.
Factor de empaquetamiento Obviamente, si el tamaño de la partícula fina es más pequeña, la densidad de empaquetamiento se i incrementa t .
Factor de empaquetamiento Factor de empaquetamiento Densidad de empaquetamiento teórico y experimental para sistemas mono, bi, ter y cuaternarios Com Malla C M ll Diá Diáme- Rel R l Fracc F potro Diáme- en Vol nente tros de huecos 1 0.5050 316 45.3 2 14 0.0610 38 37.5 3 60 0.0110 7 37.5 4 400 0.0016 1 42.5
X1
Composición X2 X3
Densidad de empaque % E i t l X4 Calculado C l l d Experimental
1.000 0.726 0.274 0.647 0.244 0.109 0.607 0.230 0.102 0.061
60.5 85.9 94.2 97.5
58 80 89.2 95.1
Beneficios • El incrementar el factor de empaquetamiento a permitido reducir la cantidad de resina, en el concreto.
Mezcla típica de agregados Mezcla típica de agregados Composición %
Arena Malla 6
Diámetro medio mm 1.67
Polvo de mármol grueso
1.19 a 0.83
38%
Arena malla 30
0.58
19%
Carbonato de calcio malla 325
0 043 0.043
11%
32%
Resistencia a la compresión de concretos poliméricos (kg/cm2) li é i (k / 2)
Ventajas de los concretos poliméricos •Debido Debido a los componentes naturales es un material a los componentes naturales es un material favorable al medio ambiente, los desechos pueden ser usados nuevamente en el proceso de producción, usados nuevamente en el proceso de producción, •Buena adherencia a los materiales de la construcción (acero, concreto tradicional), •Buena capacidad de amortiguar las vibraciones, debido a la resina contenida en el material, •Posibilidad para obtener superficies muy lisas que garantizan muchos usos prácticos,
Ventajas de los concretos poliméricos •Posibilidad para diseñar acabados y colores específicos. os b dad pa a d se a acabados y co o es espec cos •Alta durabilidad del color y alta resistencia a la radiación UV), •Resistencia a cambios climáticos y factores atmosféricos •Tiempos de instalación cortos •Fácil de perforar, l y cortar con sierras de diamante •Alta resistencia a la abrasión (comparable con granito). Al i i l b ió ( bl i )
Costos y tiempos de proceso
Composición del costo del concreto polimérico Composición del costo del concreto polimérico
Ventajas y desventajas del Concreto Polimérico • Los Los tiempos de procesos del concreto polimérico son tiempos de procesos del concreto polimérico son cortos. – Generalmente de 8 a a 10 veces menores que los del concreto Portland. • Los costos son generalmente mayores, aunque en algunos casos bajo las mismas condiciones de g j resistencia mecánica pueden ser menores que los del cemento Portland.
Tiempo de Proceso (tapa de registro) p ( p g ) Operación
Concreto Polimérico
Concreto Portland
Minutos
Horas
Minutos
Horas
Preparación molde
15
0.25
15
0.25
Mezclado
15
0 25 0.25
15
0 25 0.25
Desmolde
40
0.67
120
2.0
Curado
70
1.17
2880
48.0
140
2.33
3030
50.5
Total
Costo unitario (mismo espesor de tapa) Costo unitario (mismo espesor de tapa) Concreto polimérico
Concreto Portland
4187
1100
100
100
Indirectos
35
35
Mano de obra
33
707
4355
1942
Costo primo Proceso
Total
Costo unitario (misma resistencia mecánica) ( ) Concreto C t polimérico
Concreto C t Portland
2094
1100
100
100
35
35
Mano de obra
32.7
707.0
Total
2261
1942
C Costo primo Proceso Indirectos
Porque usar Concreto Polimérico • Costo efectivo. Largo tiempo de vida y bajo costo de mantenimiento i i
• Reduce costos de instalación. No requiere de equipos especiales
• Por su alta resistencia química • Por su baja permeabilidad
Procesos • Batch (mecánico o manual) Batch (mecánico o manual) • Continuo
Proceso El proceso de mezclado no difiere sustancialmente del p proceso de mezclado del concreto Portland. • Pesar componentes • Vaciar la resina, • Mezclar con la resina las cargas iniciando por la mas fina hasta la mas gruesa hasta la mas gruesa • Finalmente mezclar el catalizador y • Vaciar y compactar (vibrar) y esperar curado Vaciar y compactar (vibrar) y esperar curado
Resina
Adicionar Pigmentos g y aditivos
Agitar
Agregar las mallas intermedias..,, Después las mas grandes
Agitar g
Agitar g
Agregar la malla mas fina.
Vaciar a molde (s)
Agregar Catalizador
Agitar
Procesos • Por lote Por lote – De concreto – Tanque de mezclado – Olla de mezclado con brazo esclavo
• Vaciado Continuo Vaciado Continuo – Equipos de dosificación continua i
De 5 a 300 kg/min.
Concretos Poliméricos Ligeros Concretos Poliméricos Ligeros Uso de micro esferas de Uso de micro esferas de cristal de boro silicato
Carga Ligeras Carga Ligeras • • • •
Tipos de microesferas Propiedades de micro esferas Ventajas y limitaciones Ventajas y limitaciones Aplicaciones
Mas fuertes más ligeras Mas fuertes más ligeras
Efecto en el peso específico 2.5 Grano grueso Micro esfera Micro esfera
Pesso específico o
2
1.5
1
05 0.5
0 52%
62% % en vol de carga
Efecto de las micro esferas en propiedades mecánicas
Efecto de micro esfera en concreto polimérico
Efecto de micro esfera en concreto polimérico
Gracias!!
