J07-Alvaro Gonzalez - Auto-reparación de morteros de hormigón mediante bacterias

Auto-reparación de morteros de
hormigón mediante bacterias
Álvaro Gonzalez V.
Profesor Asistente - Universidad Católica de Chile
1

Concepto de autorreparación
Terminator II
Arnold le
dispara a T-1000
Robot T-1000

Concepto de autorreparación
3

Concepto de autorreparación
Lesión/Fractura
Reparación autónoma
4

Materiales autorreparables
Agente reparador se libera
cuando se produce grieta
Agente reparador actúa o se
libera por estímulo externo
Reparación autónoma
Reparación estímulo externo
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Materiales de pavimento
Autorreparación de Hormigón
→ Esta Presentación
Autorreparación de asfalto
→ Otra presentación

Uso de hormigón en infraestructura
2.7%
- Existen iniciativas para disminuir impacto ambiental
- Uso de materiales con menor energía
- Extender su vida útil: ¿autorreparación?

Agua
Autorreparación en hormigón
Honkers, TU Delft, Holanda
• Existen agentes biológicos como bacterias que
naturalmente precipitan carbonato de calcio (CaCO 3 ).
• Grietas pequeñas (<0.1 mm) tienden a repararse
naturalmente.
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Bacteria Bacilus Pseudofirmus
Bacteria alcalifílica
Importada liofilizada desde Bélgica
O 2
Lactato de Calcio
Agua
Ca 2+
CaC 6 H 10 O 6 + 6O 2 → CaCO 3 + 5CO 2 + 5H 2 O
Lactato de Calcio + Oxígeno
→ Calcium carbonate + Carbon dioxide
+ Water
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Preguntas de Investigación
Literatura:
• Se ha investigado fundamentalmente cemento Portland
• Se ha investigado en un rango de temperaturas reducido
Preguntas:
¿Qué efecto tiene el tipo de cemento?
¿Cuál es el efecto de distintas temperaturas?

Diseño experimental
: Cuantificación del porcentaje de auto-reparación mediante análisis visual.
: Ensayo de resistencia a la compresión.

Etapas del trabajo experimental
ETAPA 1
Preparación agente de
auto-reparación
ETAPA 2
Fabricación probetas
cúbicas
Fabricación probetas
prismáticas
ETAPA 3
Resistencia a
compresión
(3, 7 y 28 días de
curado)
Agrietamiento y
verificación de autoreparación
(hasta 63
días)

Impregnación bacteria en árido liviano
Mixture Description and Cement type Cement Water Sand LWA W/C
ID
[kg/m 3 ] [kg/m 3 ] [kg/m 3 ] [kg/m 3 ]
C – PT Control – Portland 530 265 690 300 0.5
C – PZ Control - Pozzolanic 530 265 690 300 0.5
L – PT Lactate only – Portland 530 265 690 300 0.5
L – PZ Lactate only – Pozzolanic 530 265 690 300 0.5
B – PT Lactate + Bacteria – Portland 530 265 690 300 0.5
B – PZ Lactate + Bacteria - Pozzolanic 530 265 690 300 0.5

Resultados: ensayos compresión
→ No se aprecian efectos significativos en la resistencia a la compresión

Parámetros autorreparación
40x40x160 mm
Curado 28 días
Software ImageJ® para análisis de imágenes
Auto-reparación según porcentaje de área sellada
Auto − reparación área t % = a i − a t
a i
∙ 100%

Resultados de autorreparación
Resultados con Cemento Portland, 0 y 28 días
Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3
0 días 28 días 0 días 28 días 0 días 28 días

Resultados de autorreparación
Procesamiento de Imágenes con ImageJ®
0 días 7 días 14 días 21 días 35 días 63 días
→ Se observa autorreparación hasta los 21 días

Resultados: tipo de cemento
Portland
Puzolánico
• Muestras de control con
baja reparación.
• Resultados similares
entre cementos
• Las muestras con sólo
lactato entregan buen
resultado.

Resutados: temperatura
• Se agrupan resultados según
ancho de grieta.
• A 4°C no se observó
reparación.
• Mayor reparación a 23 °C.
• Reparación disminuye a
mayor ancho de grieta

Resultados rayos X y microscopio
Nombre
Fórmula
Calcite, syn CaCO 3
Vaterite CaCO 3
Quartz low alpha-SiO 2
Albite, calcian (Na,Ca)(Si,Al) 4 O 8
Portlandite Ca(OH) 2
→ Se saca material de relleno de la grieta.
→ Ensayo difracción por rayos X indica presencia de CaCO 3
→ Microscopía electrónica de barrido confirma presencia de cristales

Conclusiones
• Entre la primera y tercera semana se observa la mayor cantidad de
autorreparación.
• No se observa autorreparación a los 4 °C, la mayor fue a los 23 °C.
• Se observa reparación en cemento puzolánico.
• El lactato de calcio ayuda a precipitar calcio, además de las
bacterias.
• Se logró producir un hormigón con bacterias y propiedades de
autorreparación en laboratorio.
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Agradecimientos
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Auto-reparación de morteros de
hormigón mediante bacterias
Álvaro Gonzalez V.
Profesor Asistente - Universidad Católica de Chile
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