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Self-healing of concrete improve through the precipitation of calcium
carbonate
Auto-reparación del hormigón
mejorarla por medio de la
precipitación de carbonato de
calcio
Claudia Stuckrath, Ricardo Serpell, Loreto M. Valenzuela, Mauricio López
Pontificia Universidad Católica de Chile
Jueves 7 de noviembre de 2013
http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2010/11/19/article-1331281-0C1CAB55000005DC-616_468x286.jpg
¿Cómo?
¿Cuándo?
ACI 224R recomienda que las que tienen
un ancho sobre 0,41 mm, 0,30 mm, y 0,18
mm deben ser reparadas para ambientes
de baja humedad, alta humedad y
ambientes salinos respectivamente
3
http://www.curitas.com.mx/~/media/Hansaplast/international/instant-help/health-and-protection/cuts-and-grazes/cutz-grazesstep03_175px.jpg?bc=White&w=175
http://www.foundationarmor.com/wp-content/themes/shopperpress/thumbs/Cracked-Concrete-Repair-Methods-For-Concrete-Cracks.jpg
Materiales que se auto-reparan
4
Sanación autógena: espesores menores a 0.05 mm
5
Precipitación de carbonato de calcio
1.
2.
3.
4.
Concentración de Ca2+ ↑
Concentración de carbono inorgánico disuelto
pH (pk2 (HCO3-/CO32-)=10.3, pk (Ca2+/CaCO3)=9) 
Disponibilidad de sitios de nucleación ↑
6
Mecanismo propuesto de bacteria
A- Ca2+
Ca2+
A-
A-
Ca2+
Fuente externa de Calcio
Ca2+
A-
-
-
-
-
-
Envoltura celular
bacteriana
Disociación
sales
desobre
calcio
Difunde
pH
CO92
7
Procedimientos
8
Procedimiento

3 tipos:
Calcio
Bacteria
Calcio+Bacteria

Probetas rilem
4x4x16cm con
enfierradura


Hidratar todo el
cemento
Ancho grieta
estudiada 0.08 a
0.22 mm
Wiktor, V., & Jonkers, H. M. (2011). Cement and Concrete Composites, 33(7), 763–770.

Bajo agua 20°C
9
Resultados
10
Probeta con solo calcio
0 días
100 días
0 días
100 días
1mm
0.5mm
11
11
Resultados: sellado de grietas visualmente
100%
Sellado (%)
80%
Calcio
Bacteria
Calcio+Bacteria
60%
40%
Control
20%
0%
0
50
Tiempo (días)
100
Los tres agentes reparan bien las grietas en el rango
estudiado
El mejor resultado es con solo calcio
12
Resultados: Microscopia electrónica de barrido
Solo bacterias
Bacterias combinadas con calcio
13
Conclusiones
14
Conclusiones
Es posible aumentar la capacidad de auto-reparación del
hormigón por medio de utilizar diferentes agentes que aumentan
la capacidad de precipitar carbonato de calcio.
El agente que mejor sellado visual tiene es con solo calcio (C)
pero el mas estable térmicamente es con calcio y bacteria
combinados (CB). Estudios de permeabilidad son necesarios para
conocer cual es el mejor agente.
15
Agradecimientos
Eduardo Agosin PhD por facilitar el laboratorio de microbiología
Mauricio Guerra por su apoyo en el laboratorio de materiales
Oscar Parada por facilitar materiales
A los grupos de investigación ETC (http://web.ing.puc.cl/etc/ ) y de
Loreto Valenzuela (http://web.ing.puc.cl/~lvalenzr/)
Artículos
Quantification of chemical and microbial calcium carbonate
precipitation: performance of self-healing in reinforced mortar
containing chemical admixtures
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Self-healing of concrete improve through the precipitation of calcium
carbonate
Auto-reparación del hormigón
mejorarla por medio de la
precipitación de carbonato de
calcio
Claudia Stuckrath, Ricardo Serpell, Loreto M. Valenzuela, Mauricio López
Pontificia Universidad Católica de Chile
Jueves 7 de noviembre de 2013
Anexo
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Tipos de self-healing
Aditivo de bacterias (MICP)
Controlar ancho de grieta
Encapsulación química
Aditivos minerales
Li, Victor C., and Emily Herbert. Journal of Advanced Concrete Technology 10, 2012, 207–218
20
C  Calcita
A  Aragonito
V  Vaterita
21
https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcR9kxxOuzU0VvRtUfvkD-ghV6K_PH0nU6vy2nVK4YLriVWcE9_6
Polimorfismos de
CaCO3
Procedimiento
Bajo vacío se impregna una solución de
- Lactato de calcio a 50g/L
- Bacteria + Extracto de levadura 1g/L
3 tipos:
-Calcio
-Bacteria
-Calcio+Bacteria
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Procedimiento
Enfierradura
Llenado de moldes
Mezcla de Hormigón
DOSIFICACIÓN
Cemento Portland tipo I
Agua potable
Arena silícea
Agente de Auto reparación
w/c
kg/m3
400
261
968
304
0,65
23
http://www.binder-world.com/mediadb/products/models/700x700_ED_400.jpg
Procedimiento
Curado acelerado para tener la menor cantidad de partículas de
cementos no hidratadas.
Curado en calor por 21 días para simular un hormigón de 56
días de madurez.
24
Procedimiento
Carga
Grieta
Corte
Grieta
Flexión
Se cargó con una prensa hidráulica hasta obtener grietas donde
el acero había fluido para mantenerla abiertas.
Se estudió un rango de 0.08 a 0.22 mm.
25
Procedimiento
CO2
O2
Intercambio de gases
26
Procedimiento: Toma de muestras
Se separó la probeta longitudinalmente para
exponer una cara y poder medir el pH.
Se sacó una muestra del interior de la grieta para
hacer DSC y SEM.
27
Resultados: pH al interior de las probetas
No existe una baja de pH
generalizada, por lo que es un método
seguro en temas de corrosión.
Mejora la permeabilidad al aire,
debido a que el proceso de
carbonatación natural no se produjo
en las que tenia agentes.
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Resultados: Análisis térmico
A mayor temperatura de
descomposición de carbonato de
calcio indica mayor estabilidad en la
estructura del cristal.
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