Revi sta Mexican a de Fís; r:a 20 (1971) FA 109 _ F A1l7

ESTUDIO DE lMPREGNAOON DE CONCRETO

CON METACRILATO DE METILO

G. Alcayde y A. Pérez de' Mendoza,

Centro de Materiale$ de la Universidad Nacional de México

México, D. F.

y

R. Rivera Rosas, D. M. K. de Grinberg

Departamento de Ciencia de Materiales del

Instituto Po/itécTlico Nacional

Ji éxico, D. F.

I. ANTECEDENTES

FAI09

El Centro de Investigación de Materiales llevó a cabo una investiga.ción 1 tendiente a mejorar las propiedades del concreto normal de 250 Kg/cm 2,

en lo referente a la compresión la tensión y la cavitación. En dicha investi-gación se estudió el efecto en la resistencia a la compresión que mostraba elconcreto impregnado con los monómeros de metacrilato de metilo o con estire-no al producirse la polimerización en su seno, por alguna de las siguientestécnicas:

a) Irradiación gamma.

b) Irradiación gamma con catalizador.

e) Tratamiento térmico catalítico.

FAllO Alcayde y pcrez de ~tendoza

Los resultados dt: los ensayos de compreslon de las muestras así tra-

tadas mostraban que el comportamiento es mejor con metacrilato de metilo y

con irradiación gamma con catalizador como condición de polimerización.Losresultados más bajos se obtuvieron al utilizar estireno y el tratamiento de me-nor eficacia, pero más conveniente desde el punto de vira práctico, es el tér-mico catal írieo.

2. OS] ETIVOS

Dado que los resultados obtenidos fueron realmente alentadores, se

propuso el siguiente trabajo con el fin de ajustar las condiciones de impreg-nación del concreto por inmersión y por rociado, así como la velocidad de im-pregnación y el tiempo de polimerización en diferentes condiciones.

Como técnicas de control de los procesos se emplearon metalografía

y microdureza.

3. PARTE EXPERIMENTAL

a) f)~t~rmif1acióf1 d~ las curvas d~ impugnación ~n mu~stras sum~rgidas.

Para realizar las curvas de impregnación se eligieron muestras cilín-dricas de 2.93 cm de diámetro y 4.13 cm de altura, lo que representa un áreatotal de impregnación de 37.8 cm2•

Las muestras fueron suspendidas de la parte inferior del platillo deuna balanza analítica automática Sartorius, que tiene para tal efecto orificiosen la parte inferior de su cuerpo. La precisión de la lectura es de 0.1 mg.Las muestras fueron así sumergidas en un recipiente con metacrilato de meti-lo con 2% de peróxido de benzoílo como catalizador. El equipo empleado semuestra en la fig. 1.

La ganancia en peso de la muestra fué graficada en función del tiempocomo lo muestra la fig. 2. De esta gráfica es posible ver un amortiguamientobrusco de la curva entre los 10 y los 15 minutos de impregnación, para entrarluego a una curva de baja pendiente. La velocidad de impregnación pasa así

J u -1 / . -3 / .e 3.600 x 10 g mIO. a 2.2 x 10 g mln.Luego de impregnadas las muestras durante dos horas se envolvieron

en papel de aluminio y se introdujeron en una estufa de secado a 70 Oc parasu polimerización durante 24 horas.

ImpregnaciótJ de Concrf"IO

/1.•

FAlll

Retiradas las muestras de la estufa fueron cortadas transversal y lon-gitudinalmente y pulidas en seco con óxido de magnesio. Su aspecto macros.cópico es mostrado en la fig. 3. reproducida a tamaño natural.

El frente tI<.'penetración es fácilmente apreciable a simple vista ya quela zona impregnada aparece más oscura y brillante. La penetración en el ca-so anterior alcanz() un esp<:sor de 7 mm lo que representa la mitad del radiode la muestra original.

Sobre las muestras así preparadas se hicieron ensayos de microdurezaVickers en las distintas zonas tréuando de que las improntas sean en la zonadt: ceme'nto y no <.'nla de grava. Los valores promedio de las distintas zonasestán representadas en la fig .. 4, Es posible apreciar en ellas un gradiente de

FAIl2

'"E

29000

28000

27000

26000

:\lcaydc y Perez de .\tendoza

o 5 10 15 20 25 30 35 40 i:. (min)

F IG. 2

Fig. 3

fmprí'Rnación de Conrrí'to F ,\ 11.\

25.3244.7850.1475.68

Fi~. 4

dureza que \'a del horde al centro de la muestra y. adt'más. que los ensayosde microdureza son más efectivos para controlar la penetración que la metalo-grafía. ya que aquella da una consolidación del material en áreas que no pa-recen impregnadas a simple visra.

El transpone hurizontal de líquidos por capilaridad en mat('riales hasido descrita2 aproximadamente por la fórmula:

l ~(0"')'12=27)

)-Al '

superficialvi scosidad

tensiónT¡ es la

frente líquido, ves lacapilaridad promedio,

donde x es t:I desplazamiento delde la solucilln. res d radio de ladel líquido y I es el ticmpo.

Sin embargo. nU('Stra curva parece responder más a una ecuación ddtipO

x A r ¡ - exp (kl)]

que ('s una curva clásica de saturación. Representando In (A _ x) - kt ob-

FAl14 Alcayde y Perez de Mcndoza

tenemos dos líneas rectas que se intersectan a los 13 minutos de pcnetraC1on,lo que sugeriría dos procesos de consolidación sucesivos, cosa que tambiénparece desprenderse de los valores de dureza de la sección transversal (fig.

S) .b) p.studio d~ mu~stras impT~g1Zadas por rociado.

Seis muestras de concreto se impregnaron con metacrilato de metilocon 2% de peróxido de benzoilo, pintándolas con soplete de aire y dándolesa cada una de ellas un número de impregnaciones creciente de la muestra 1a la muestra 6. Luego fueron envueltas en papel de aluminio y puestas a po~limerizar a 70 oC.

)(

I«

t. (mio)

Fig. 5

ImpreRnarión dl' Concrl'lo

Fi;:. ~

1 l¡':. 10

FAl15

FA 116 Alcaydc y Perez de \tenJoza

En dichas muestras no es posible apreciar un frente de penetración

ya que el monómero es absorbido en forma gradual a partir de la superficie yredistribuido más o menos uniformemente en su interior como lo muestran losensayos de microdureza. Las cantidades que son absorbidas por el material

no son suficientes para producir una consolidación de la muestra.

e) M~talografla y dur~za d~ C071cr~tos impr~gllados con distintos polí-ros,

Con el fin de explicar los resultados obtenidos anteriormente 1, se

prepararon muestras de concreto impregnados con distintos polímeros.Las muestras sin impregnación muestran el aspecto de la fig. 6 Y su

\'alor promedio de microdureza Vickets es de 28.74 ..\luestras impregnadas con metacrilato de metilo durante 24 y 48 ho.

ras, con irradiación gamma o con tratamiento térmico catalítico, son mostra-

das en las figs. 7 y 8 siendo sus valores de microdureza 71.90 y 74.30 res-

peC[ivamente. Los resultados muestran un pequeño efecto sobre la microdu-

reza de las muestras a tiempos largos de impregnación, aunque ambas apare-cen como totalmente impregnadas.

Dos muestras impregnadas durante 48 horas con estireno y sometidas

a irradiación gamma r a tratamiento térmico catalítico son mostradas en las

figs. 9 y 10. En ambas la impregnación es sólo parcial y se puede vcr abun-

dantes grietas al frente de penetración. Esto puede scr debido a la diferen-

cia en los coeficientes de dilatación del polímero y el concreto, ya que en elcaso del estireno éste es muy grande. Parece corroborar la presente aseve-

ración el hecho de que las grietas son más marcadas en la muestra que fue

sometida a un calentamiento de polimerización. La presencia de tales fisu-ras podría explicar los resultados desfavorahles encontrados 1 ya que tales fi-

suras actuarían como concentradores de tensiones y conducirían a la fragili-zación del material.

£1) Ti~mpos d~ jmpr~gnaciót1

A fin de ajustar las condiciones de polimerización a emplear se hicie-ron polimcrizacionl.'~ l.'IJ tuho de ensayos en distintas condiciones, olHenién-dose los siguientes resultados para metacrilato de metilo con 2% de peróxidode benzoílo:

Polimerización al sol 05 OC) 2 horas.

Polimerización en estufa a 70 oe 2 horas.

Polimerización en estufa a 35 oe 26 horas.

Imprí'Rnación dí' COnCrf'IO FA 117

De los datos anteriores se desprende la conveniencia de emplear ra-diación solar para acelerar la polimerización.

AGRADECIMIENTOS

El presente trabajo es el resultado de una invesugaclon conjunta en-tre t"l Centro de ~fateriales de la Universidad Nacional Autónoma de Méxicoy el Departamento de Ciencia de .\1ateriales del Instituto Politécnico Nado.nal. El tema fue sugerido por el C. I. M. Y se llevó a cabo en los laborato-rios de ambas instituciones.

Los autores desean agradecer a los Dres. J. A. Nieto R. y A. Grinberg,por impulsar el desarrollo de esta colaboración.

BIBLIOGRAFIA

1. Pérez de ~1endoza A., Garcéa A., Alcayde G., 11Conferencia Imerame.ricana de Tecnología de .\1ateriales, México 19iO, p. 137.

2. Tammes E. y Vos 13.11., Vocht in BouUlconstrucli~s, Bouwcentrum,Rotterdam ( 1966).