PROTOCOLO DE INVESTIGACIN

APLICACIN DE NANOTUBOS MULTIPARED COMO PROTECTOR CATDICO DE LA CORROSIN EN ACERO DE REFUERZO.

EJECUTOR:

ING. MOISS FERNANDO PREZ CANTO

CHETUMAL, Q. ROO JUNIO DEL 2014INSTITUTO TECNOLGICO DE CHETUMALMAESTRA EN CONSTRUCCIN

4.bin

CONTENIDOAntecedentes Definicin y formulacin del problemaJustificacin de la investigacinMarco tericoObjetivos de la investigacinHiptesisMetodologaCronogramaBibliografa

ANTECEDENTES El concreto reforzado es, sin duda, uno de los materiales ms importantes en la industria de la construccin, y ha hecho posible, en mayor o menor grado, la infraestructura de todos los pases del mundo. Con el, los ingenieros y arquitectos han desarrollado nuevas tecnologas de construccin.R. G. SOLS, E. I. MORENO Y P. CASTRO. DURABILIDAD EN LA ESTRUCTURA DE CONCRETO DE VIVIENDA EN ZONA COSTERA, INGENIERA REVISTA ACADMICA DE LA FACULTAD DE INGENIERA, UADY, MRIDA YUCATN, 9:2005, NM. 1, PP. 13-18.

Hoy en da los problemas que se cuestionan son aquellos que ataen a su durabilidad, debida fundamentalmente a la corrosin del acero de refuerzo; las consecuencias de la corrosin conducen en todos los casos al acortamiento de la vida til de la estructura y la disminucin en la calidad del servicio.

Desde la dcada de 1960 varios investigadores iniciaron el desarrollo de materiales y mtodos para el control de la corrosin. El uso de materiales polimricos como recubrimiento de la varilla fue ampliamente difundido en los aos 70. Otra opcin que se ha ensayado es el uso de sustancias que reduzcan la velocidad de corrosin, las cuales se adicionan durante el mezclado del concreto y se conocen como inhibidores. Debido las limitaciones encontradas en los mtodos anteriores, se recurri a utilizar un mtodo que ha demostrado una gran efectividad, la proteccin catdica. Con este mtodo se tiene la ventaja de aplicar la corriente suficiente para la proteccin. Ante todo esto una de las respuestas a estas necesidades es el surgimiento de la nanotecnologa donde entra el papel de los nanotubos de carbono los cuales pudieran fungir como protectores catdicos de acuerdo a las propiedades atribuidas.

Para hacer referencia a los nanotubos de carbono (CNTs) es necesario centrarse en sus orgenes, inicios y a las primeras experiencias cientficas que se tuvieron. En 1985, un conjunto de sucesos dentro de una investigacin cientfica, dieron lugar a un inesperado resultado. En 1991, los nanotubos de carbono (CNTs) fueron descubiertos accidentalmente por el japons Sumnio Iijima.W. Krtchmer, L. D. Lamb, K. Fortiropoulos, D. H. Huffman, Nature, 1991, 347, pp. 354-356

Debido a las diferentes propiedades que presentan los CNTs, estos han motivado a la realizacin de diferentes investigaciones enfocadas a la inhibicin de la corrosin en el acero.1.- En investigacin realizada por A. Rashidi, representa el comportamiento de la corrosin en acero al carbn mediante nanofluidos que contienen nanotubos de carbono de pared mltiple (MWCNTs) y tensioactivos con y sin inhibidores de la corrosin.2.- A. Gergely menciona en un estudio realizado sobre la proteccin anticorrosiva de acero laminado en fro con capas de pintura que contienen alumina y nanotubos de carbono de pared mltiple. 1.- A. RASHIDI ET AL., AN INVESTIGATION OF ELECTROCHEMICAL BEHAVIOR OF NANOFLUIDS CONTAINING MWCNT ON THE CORROSION RATE OF CARBON STEEL, MATERIALS RESEARCH BULLETIN, 48 (2013), PP. 4438-4443.

2.- A. GERGELY ET AL., CORROSION PROTECTION OF COLD-ROLLED STEEL WITH ALKYD PAINT COATINGS COMPOSITED WITH SUBMICRON-STRUCTURE TYPES POLYPYRROLE-MODIFIED NANO-SIZE ALUMINA AND CARBON NANOTUBES, MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING B, 177 (2012), PP. 1571-1582.

DEFINICIN Y FORMULACIN DEL PROBLEMAEl problema ms importante que se observa en las construcciones de concreto es actualmente el deterioro por cargas ambientales. En las zonas costeras los principales agentes agresores son cloruros, sulfatos y humedad los cuales penetran a travs de la red de poros del concreto.

Tambin la porosidad del concreto es sin duda un factor crucial en este fenmeno de la corrosin, ya que la penetracin ser ms rpida cuanto mayor sea la porosidad del recubrimiento.los cloruros provenientes de la brisa marina atacan la estructura y la van debilitando con el tiempo.

MARCO TERICOEL FENMENO DE LA CORROSIN

La corrosin es un proceso natural que ocurre en los materiales y se puede definir como la destruccin o deterioro de un material por efecto o reaccin con el medio ambiente. Este proceso se lleva a cabo en los metales a travs de un comportamiento electroqumico en el que hay un intercambio de electrones por medio de una reaccin qumica, llevndose a cabo la prdida de stos para que ocurra la corrosin.

PEDRO CASTRO (COMP.), INFRAESTRUCTURA DE CONCRETO ARMADO: DETERIORO Y OPCIONES DE LA PRESERVACIN, IMCYC, MXICO, 2001, PP. 1-2.

Corrosin por cloruros

La situacin ms agresiva y comn que puede desencadenar la corrosin localizada en el acero de refuerzo del concreto se da por la presencia de cloruros.

Corrosin por carbonatacin

La concentracin tpica de CO2 en la atmsfera es de 0.03%; debido a sus caractersticas cidas, el CO2 reacciona con el concreto hmedo, gracias a la naturaleza alcalina de este ltimo. Este proceso se conoce como carbonatacin.

NANOTUBOS DE CARBONO

Un CNTs es una nanopartcula cilndrica compuesta por una o varias capas de grafeno enrolladas, las cuales estn formadas por mltiples anillos de tomos de carbono perfectamente estructurados. Su tamao vara desde un dimetro de unos pocos nanmetros y puede medir varios milmetros de largo.

BIANCO, A.; K. KOSTARELOS; C.D. PARTIDOS Y M. PRATO: BIOMEDICAL APPLICATIONS OF FUNCTIONALIZED CARBON NANOTUBES, CHEMCOMM., (2004), P. 571.

KROTO, H.W.; J.R. HEATH; S.C. OBRIEN; R.F. CURL Y R.E. SMALLEY: BUCKMINSTERFULLERENE, NATURE, 318 (1985), P. 162.

De acuerdo con la estructura de su pared, los CNTs se clasifican en nanotubos de pared sencilla (SWCNTs); del ingls singlewalled carbon nanotubes) y nanotubos de pared compuesta (MWCNTs); del ingls multi-walled carbon nanotubes).

Pueden distinguirse 3 tipos de estructura de nanotubo:

Tipo butacaTipo zigzagTipo quiral

ANDRS ARIZA BACHILLER, JULIO CSAS CASAS YAYA. TSIS: ESTADO DEL ARTE USO DE NANOTUBOS DE CARBONO PARA MEJORA DE LAS PROPIEDADES EN LOS CONCRETOS. UNIVERSIDAD CATLICA DE COLOMBIA, FACULTAD DE INGENIERA, PROGRAMA DE INGENIERA CIVIL, BOGOT D.C. 2013, PP. 20-21.

PROPIEDADES DE LOS NANOTUBOS DE CARBONO

La resistencia a la tensin es hasta 20 veces superior a la de los mejores aceros, con un sexto de su densidad y la mitad de densidad que el aluminio. La rigidez de los nanotubos es igualmente elevada, alcanzando su mdulo de Young cifras 5 veces superiores al acero. Tambin son conductores elctricos y trmicos, tan eficientes al menos como el cobre y el diamante, respectivamente.

ANDRS ARIZA BACHILLER, JULIO CSAS CASAS YAYA. TSIS: ESTADO DEL ARTE USO DE NANOTUBOS DE CARBONO PARA MEJORA DE LAS PROPIEDADES EN LOS CONCRETOS. UNIVERSIDAD CATLICA DE COLOMBIA, FACULTAD DE INGENIERA, PROGRAMA DE INGENIERA CIVIL, BOGOT D.C. 2013, PP. 20-21.

JUSTIFICACIN DE LA INVESTIGACIN Las viviendas construidas en las zonas costeras presentan la mayora de los factores que facilitan la corrosin del acero de refuerzo, por lo que su capacidad para resistir a la accin del tiempo reteniendo su calidad y condiciones de servicio puede ser mejorada, incluyendo en su diseo y construccin aspectos que ayuden a hacerlas menos vulnerables ante las cargas ambientales.Es importante tambin atender este problema por las condiciones de inseguridad que se presentan en estas viviendas, ya que se pone en riesgo la vida de las personas que las habitan.

HIPTESIS LOS NANOTUBOS DE CARBONO DE ACUERDO A SUS PROPIEDADES NANOESTRUCURALES PUDIERAN AFECTAR LA DURABILIDAD DEL ACERO DE REFUERZO EN LAS CONSTRUCCIONES GENERANDO UNA VENTANA DE POTENCIAL CATDICA MS AMPLIA PUDIENDO TENER UN EFECTO EN EL PROCESO DE CORROSIN APORTANDO UNA CAPA PROTECTORA INHIBIDORA.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACINObjetivo General Evaluar la influencia de los nanotubos de carbono como protector catdico de la corrosin en acero de refuerzo.

Objetivos especficos Caracterizar el nanomaterial de recubrimiento nanoestructurado (nanotubos de carbono) mediante la tcnica XRD (X Ray Diffraction) y SEM (Scanning Electron Microscope) para determinar sus propiedades cristalogrficas y microestructurales.

Realizar un estudio de corrosin acelerada mediante cmara de niebla salina.

Realizar un estudio de corrosin acelerada en un medio alcalino mediante las tcnicas electroqumicas VL (Voltametra Lineal) y EIE (Espectroscopa de Impedancia Electroqumica).

Analizar el efecto de los nanotubos de carbono sobre las propiedades mecnicas del acero.

METODOLOGA ETAPA 1. CARACTERIZACIN DEL NANOMATERIAL

Se obtendrn las propiedades cristalogrficas del nanomaterial elegido mediante la tcnica de Difraccin de Rayos X (XRD)

Se caracterizar mediante el Microscopio Electrnico de Barrido (SEM) el tamao del nanotubo, dimetro y largo.

ETAPA 2. ESTUDIO DE LA CORROSIN ACELERADA

Se realizarn muestras para la realizacin de las pruebas en cmara de niebla salina y media celda.

Se realizara un estudio y montaje de una celda de tres electrodos y con la ayuda de un potenciostato/galvanostato.

Se medirn la concentracin y penetracin de cloruros y sulfatos en las muestras mediante tcnicas electroqumicas.

ETAPA 3. CARACTERIZACIN MECNICA.

En la tercera etapa las muestras antes y despus del proceso de corrosin sern sometidas a tensin con el objeto de observar la influencia del nanotubo superficial en la proteccin catdica del acero.

METODOLOGAETAPA 1

Actividad 1Actividad 2

Se obtendrn las propiedades cristalogrficas del nanomaterial elegido mediante la tcnica de Difraccin de Rayos X (XRD).

Se caracterizar mediante el Microscopio Electrnico de Barrido (SEM) el tamao del nanotubo, dimetro y largo.

METODOLOGAETAPA 2

Determinacin del solvente a utilizar para la disolucin de los NTC.

Obtencin de las muestras de acero de refuerzo. Actividad 1Actividad 2

Montaje de celda electroqumica Actividad 3

Electrodo de trabajo (acero al carbono) Electrodo de referencia (Ag/AgCl) Contraelectrodo (grafito)

Se introducen los electrodos en solucin de NaCl en diferentes concentraciones.

Medicin de los potenciales de corrosin mediante una fuente de poder marca BK Precision modelo XLN10014 para obtener los potenciales de corrosin en solucin, simulando una concentracin de salinidad en zona costera.

METODOLOGAETAPA 3Actividad 1

las muestras antes y despus del proceso de corrosin sern sometidas a tensin con el objeto de observar la influencia del nanotubo superficial en la proteccin catdica del acero.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

TIEMPO EN MESESACTIVIDAD123456789101112CARACTERIZACIN FISICOQUMICA DEL MATERIALOBTENCIN DE PROPIEDADES CRISTALOGRFICAS DEL NANOMATERIAL MEDIANTE XRDCARACTERIZACIN MEDIANTE SEM, TAMAO, DIMETRO Y LARGO DEL NANOMATERIALMONTAJE DE CELDA ELECTROQUMICAPRUEBAS ELECTROQUMICAS DE MEDIA CELDA PRUEBAS EN CMARA DE NIEBLA SALINAPRUEBAS DE TENSIN DEL ACEROANLISIS DE RESULTADOS

BIBLIOGRAFA R. G. SOLS, E. I. MORENO Y P. CASTRO. DURABILIDAD EN LA ESTRUCTURA DE CONCRETO DE VIVIENDA EN ZONA COSTERA, INGENIERA REVISTA ACADMICA DE LA FACULTAD DE INGENIERA, UADY, MRIDA YUCATN, 9:2005, NM. 1, PP. 13-18.

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MUCHAS GRACIAS