NANO CARBONO NEGRO- SEBASTIAN OSORIO Y ANDREA PUELLO

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FICHA DE PRESENTACIÓN DE PROPUESTAS
SEMINARIO TALLER 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
Información General
1.1 Título:
	Preparación y propiedades del hormigón de ultra alto rendimiento modificado con nano carbono negro
1.2 Tipología:
	Proyecto de Investigación científica
	X
	Proyecto de Consultoría
	
1.3 Información Equipo de Trabajo o Talento Humano: 
	Código
	Nombre completo
	Correo electrónico
	2018115031
	Andrea Sofía Puello Meza
	andreapuellosm@unimagdalena.edu.co
	2018115026
	Sebastián Osorio Boom
	sebastianosorioab@unimagdalena.edu.co
Resumen
El concreto de ultra alto rendimiento (UHPC según sus siglas en inglés) consta de una ultra alta resistencia y excelente durabilidad logrando así un gran potencial para su aplicación en la ingeniería civil. Sin embargo, el UHPC usualmente requiere altas temperaturas y curado a vapor, lo cual no solo aumenta el costo de este, sino también un alto consumo de energía. Esta investigación se presenta con el fin de estudiar los parámetros experimentales para lograr un diseño de mezcla con proporciones básicas de un UHPC curado en condiciones normales (curado en agua y luego al aire) mediante la optimización de la gradación de arena, relación agua-aglomerante, método vibratorio, fibra de acero y contenido de superplastificante. Posteriormente, incorporar nano carbono negro (NCB) para mejorar las propiedades de este, y se caracteriza la microestructura utilizando porosimetría de intrusión de mercurio. Se espera que, con estos resultados se logre las características de un UHPC, con un menor consumo energético.
Planteamiento del problema y justificación
El concreto de ultra alto rendimiento (UHPC según sus siglas en inglés) es un tipo de material cementante con ultra alta resistencia, excelente durabilidad y propiedades de fluidez. Desde que fue aplicado por primera vez en el puente peatonal de Sherbrooke en 1997 en Canadá, ha sido ampliamente utilizado en vigas de gran luz, ingeniería con requerimientos de carga complejos, edificios de gran altura, caminos y puente. Sin embargo, el UHPC usualmente necesita ser curado a vapor en condiciones de alta temperatura ya que tiene un ultra alto contenido de material cementante por encima de los 900 kg/m3 y una ultra baja relación agua-aglomerante entre 0.16-0.22, lo que da como resultado que el grado de hidratación de los materiales cementantes sea mucho más bajo que el concreto normal a una edad temprana.
 Este curado a vapor a alta temperatura da como resultado un incremento en el consumo de energía del UHPC. Está comprobado que el consumo de energía causado por el curado a vapor a alta temperatura representa alrededor del 80% de la energía total utilizada en la preparación de este. Además, el curado con vapor a alta temperatura podría aumentar la dificultad de producir UHPC, lo que podría limitar la aplicación de este tipo de concreto en la ingeniería práctica. Por lo tanto, es necesario diseñar un UHPC curado en condiciones convencionales, es decir, diseñar un concreto que tenga resistencias a la compresión y a la flexión a los 28 días superiores a 120 MPa y 25 MPa, respectivamente, después de curar en un ambiente húmedo durante 7 días y luego al aire para el resto de los días. 
Objetivos
4.1 Objetivo General
Evaluar las propiedades del concreto a partir de un diseño de mezcla con adición de nano carbono negro que apunta a un concreto de ultra alto rendimiento
4.2 Objetivos Específicos
Investigar el efecto de la gradación de arena, la relación aglutinante de agua, el método de vibración, las fibras de acero y el contenido de superplastificantes en las resistencias mecánicas y la trabajabilidad del concreto.
Analizar los efectos en las propiedades de UHPC adicionando nano carbono negro (NCB), en las resistencias mecánicas, la trabajabilidad, la absorción de agua y la contracción por secado
Antecedentes y fundamentación
Sabemos que desde que se agregó cemento a las mezclas de concreto, lo que cambió el uso del polvo de ladrillo y otros elementos del pasado, el concreto logró una de sus propiedades más importantes como el material de construcción más utilizado en el mundo con poco éxito. se ha producido en el último medio siglo en comparación con otros elementos como teléfonos móviles, coches que se desarrollan año tras año porque el material en sí es muy bueno, satisface plenamente las necesidades de la nueva era; hasta la llegada de los nuevos inventos, la arquitectura futurista y las grandes inversiones en el mundo inmobiliario, que requerían un mayor desarrollo de este tipo de materiales, bien para agilizar los plazos de entrega de las obras, bien para construir obras muy duraderas. un área amplia donde el hormigón de alto rendimiento juega un papel importante.
El cemento es una mezcla de conglomerado hecha de la hidratación de piedra caliza molida y arcilla en agua, a la que se le agregan agregados como grava y arena para darle resistencia. Los componentes secos se mezclan y el se debe aplicar rápidamente después de humedecerlo, ya que se seca relativamente rápido. Esta mezcla hidratada crea una pasta flexible y plástica que es muy suave (cuando está seca y bien molida, por supuesto), y cuando está seca o solidificada, adquiere una dureza y durabilidad únicas. También es una pieza flexible, el aguanta bien las fluctuaciones y el movimiento del suelo. 
 Cuando se coloca en construcción, utiliza encofrados, vigas y columnas para dar mayor resistencia a las piezas, ya que el cemento seco es un poco pesado. También es muy versátil, ya que el cemento puede ser tratado con propiedades fúngicas, hidrófugas o hidrófugas, y también puede ser coloreado o pigmentado. El cemento es uno de los principales componentes de la construcción por separado, en mezcla de hormigón o en forma de hormigón.
El Concreto de Ultra Alto Desempeño o Avanzado es uno de los más recientes desarrollos en tecnología de hormigón que se caracteriza por ofrecer un comportamiento estructural más parecido al del propio acero que al concreto convencional, especialmente por ser altamente dúctil al ser sometido a tensión.
El UHPC también se destaca por sus elevadas resistencias a compresión (del orden de 120 a 150 MPa) y su sobresaliente comportamiento a la flexión y tracción.
El Concreto Avanzado es un material que permite construir con secciones mucho más delgadas y ligeras en comparación con el hormigón  convencional, consumiendo un menor número de recursos naturales y permitiendo mayor luz con secciones muy esbeltas.
Asimismo, permite la sustitución total o parcial de las armaduras, reduciendo los tiempos de ejecución de obra y garantizando la calidad de la estructura. Su durabilidad es superior a la del hormigón convencional debido a la prácticamente nula porosidad  de este material obtenida por las muy bajas relaciones agua /cemento empleadas.
El Concreto Avanzado tiene una resistencia a compresión de 150 MPa, a flexión de 18 MPa y a tracción directa de 5 MPa. Esto quiere decir que, comparado con un concreto convencional, es siete veces más resistente a compresión, cinco veces más resistente a flexión y hasta 50 veces más resistente a tracción directa. Adicionalmente, en aspectos de durabilidad es muy superior pues presenta una muy baja permeabilidad  al agua (< 2 mm) y a la penetración del ion cloruro (< 1000 Coulomb).
TABLA 1. PROPIEDADES DEL CONCRETO CONVENCIONAL
El UHPC tiene la capacidad de autodetección heredada debido a su inclusión de fibras metálicas. En muchos otros casos, los materiales de nano carbono eléctricamente conductores se agregan a menudo a la mezcla de UHPC para mejorar las propiedades mecánicas, lo que también abre un gran potencial para permitir que el UHPC detecte de manera efectiva el estrés, la tensión y el daño por grietas
TABLA 2. PROPIEDADES DEL CONCRETO DE ULTRA ALTO RENDIMIENTO
. Para un UHPC típico, la resistencia a la compresión puede alcanzar hasta 150–200 MPa, la energía de fractura es de hasta 40 000 J/m2 y la deformación última por tracción es comparable a ladel acero (puede ser del orden del 1 %), que son todas de magnitud mayor que los compuestos ordinarios a base de cemento (Dong et al., 2016). Por lo tanto, UHPC es un material ideal para lograr la funcionalidad de SHM debido a su alta capacidad de autoenvío al mismo tiempo que brinda resistencia y durabilidad superiores a los componentes o estructuras. Este artículo revisa los avances recientes en la capacidad de autodetección de varios materiales compuestos basados en UHPC. También se discuten futuras aplicaciones y desafíos.
Hipótesis
Los parámetros experimentales estudiados logran un diseño de mezcla con proporciones básicas de un UHPC curado en condiciones normales
La adición de nano carbono negro mejora las propiedades del concreto de ultra alto rendimiento
Plan de Actividades/Metodología
1. Materiales experimentales
Las materias primas incluyen agua, cemento, humo de sílice, arena de cuarzo, fibras de acero, superplastificante (SP) y nano negro de carbón (NCB)
La tabla 1 muestra la fábrica del fabricante e información específica de todas las materias primas
	Nombre del material
	Fábrica del fabricante
	Información específica del material
	52.5 Cemento
	Guangzhou Yuebao Cemento Co., Ltd.
	Cemento P.II 52.5 R (horno rotativo) marca Jinyang
	Humo de sílice
	Gansu Sanyuan Silicio Material Co., Ltd.
	Modelo: SY-94 semi-cifrado micro silicio en polvo
	Arena de cuarzo
	Foshan Li Dewang Trading Co., Ltd.
	Malla 26–40, malla 40–70, malla mixta 70–110
	Fibra de acero
	Shanghai Zhenqiang Fibra Co., Ltd.
	Diámetro: 0.12 mm; Longitud: 8 mm; Resistencia a la tracción: 3000 MPa.
	Superplastificante
	Grupo de Nuevos Materiales Kezhijie
	Superplastificante de alto rendimiento de la serie de ácido policarboxílico, tasa de superplastificante saturado 45%, contenido sólido 35%
	Nano carbono negro
	Centro comercial Grap
	Modelo: GM-TY5 Nano Super High Conductive Carbon Black
Tabla 1
2. Equipos experimentales
Incluidos los moldes, hormigonera, báscula electrónica, bandeja de concreto, raspador, cubo de caída, regla de acero, secadora, pinza vernier, máquina de curado de alta temperatura y prensa. Se utilizó una hormigonera de sartén ordinaria HJW60 para mezclar UHPC. La máquina de prensa MTS que se muestra en la Fig. 3 se utilizó para probar las propiedades mecánicas de UHPC.
3. Muestras y procedimientos de ensayo
El proceso de mezcla de UHPC incluyo principalmente los siguientes pasos:
1.1. Verter el cemento pesado, el humo de sílice y la arena en la batidora y mezclar durante 4 min.
1.2. Agregar CB y SP en agua y mezclar, verter en mezclas de Paso I y mezclar durante 10 minutos.
1.3. Agregar fibras de acero a las mezclas del Paso II, mezclar 3 min y luego mezclar 1 min en sentido contrario a las agujas del reloj.
Resultados o Productos Esperados
	PRODUCTO
	RESPONSABLES
	APORTE
	CANTIDAD
	Artículos de Investigación Calidad A1
	Andrea Sofía Puello Meza
	Recolección de muestras, análisis y elaboración de los manuscritos
	1
	Trabajo de grado en pregrado
	Sebastián Osorio Boom
	Dirección de trabajo de grado
	1
Cronograma
	AÑO I
	ACTIVIDAD
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10
	11
	12
	Recolección de Materiales experimentales
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Equipos experimentales
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Muestras y procedimientos de ensayo
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Mezclas experimentales
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Resultados y discusión
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Presupuesto
11.1 PRESUPUESTO DETALLADO 
	PRESUPUESTO GENERAL (EN MILES DE $)
	Rubro General
	Unimagdalena
	ENTIDAD A
	TOTAL
	
	Efectivo
	Capacidad 
Instalada
	Efectivo
	Capacidad 
Instalada
	
	Personal
	
	9.000.000$
	
	
	9.000.000$
	Bienes, accesorios e insumos
	
	1.219.171$
	
	
	1.219.171$
	Servicios técnicos
	
	7.200.000$
	
	
	7.200.000$
	 TOTAL 
	
	17.419.171$
	
	
	17.419.171$
11.2 PRESUPUESTO DETALLADO (
	DESCRIPCIÓN DE PERSONAL (EN MILES DE $)
	Tipo de personal*
	Actividades
	Unimagdalena
	ENTIDAD A
	TOTAL
	
	
	Efectivo
	Capacidad 
Instalada
	Efectivo
	Capacidad 
Instalada
	
	Estudiante pregrado
	Recolección de materiales
	
	1.000.000$
	
	
	2.000.000$
	Estudiante pregrado
	Elaboración del diseño de mezcla
	
	1.000.000$
	
	
	3.000.000$
	Estudiante pregrado
	Análisis de las propiedades
	
	1.000.000$
	
	
	3.000.000$
	Estudiante pregrado
	Análisis de resultados e informe
	
	1.000.000$
	
	
	1.000.000$
	TOTAL
	
	9.000.000$
	
	
	9.000.000$
* Seleccione entre Docente (Planta, Ocasional o Catedrático), Estudiante (pregrado, maestría o doctorado), Egresado, o Externo según corresponda.
	DESCRIPCIÓN DE BIENES, ACCESORIOS E INSUMOS (EN MILES DE $)
	Nombre del bien, accesorio y/o insumo
	Justificación
	Unimagdalena
	ENTIDAD A
	TOTAL
	
	
	Efectivo
	Capacidad 
Instalada
	Efectivo
	Capacidad 
Instalada
	
	cemento
	Insumo requerido para la mezcla
	
	28.500$
	
	
	28.500$
	Humo de sílice
	Insumo requerido para la mezcla
	
	807.661$
	
	
	807.661$
	Arena de cuarzo
	Insumo requerido para la mezcla
	
	34.720$
	
	
	34.720$
	Fibra de acero
	Insumo requerido para la mezcla
	
	75.000$
	
	
	75.000$
	Super plastificante
	Insumo requerido para la mezcla
	
	142.900$
	
	
	142.900$
	Nano carbono negro
	Insumo requerido para la mezcla
	
	130.390$
	
	
	130.390$
	 TOTAL 
	
	1.219.171$
	
	
	1.219.171$
	DESCRIPCIÓN DE SERVICIO TÉCNICO (EN MILES DE $)
	Nombre del servicio técnico
	Justificación
	Unimagdalena
	ENTIDAD A
	TOTAL
	
	
	Efectivo
	Capacidad 
Instalada
	Efectivo
	Capacidad 
Instalada
	
	Laboratorio ASTM C 642
	Comprobar la absorción de agua
	
	80.000$
	
	
	2.400.000$
	Laboratorio ACI 360 y ACI 302
	Comprobar la contracción por secado
	
	80.000$
	
	
	2.400.000$
	Laboratorio NTC 396
	Comprobar la trabajabilidad
	
	80.000$
	
	
	2.400.000$
	 TOTAL 
	
	7.200.000$
	
	
	7.200.000$
* Cada ensayo por un valor de $80.000, teniendo en cuenta la realización de 30 ensayos.
Referencias
· Linbin Wang, Gengying Li, Chunbao He, Yanfeng Tang, Biliang Yi, Preparation and properties of nano-carbon black modified ultra-high-performance concrete, Case Studies in Construction Materials, Volume 17, 2022, e01378, ISSN 2214-5095, 
· https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01378.
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214509522005101)
· https://web.archive.org/web/20220203192427id_/https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmats.2021.746022/full
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