Desarrollo de materiales cementicios polifuncionales mediante impresión 3D

L'ús d'additius en el formigó per proporcionar-li altres característiques com la millora de conductivitat, piezoresistivitat o piezoelectricitat i convertir així el formigó en un material multifuncional, ha anat augmentant en els últims anys. Les fibres de carboni tenen la característica de millorar la conductivitat elèctrica i atorgar al material capacitat piezoresistiva, capacitat utilitzada en els sensors de base-ciment. En aquesta investigació, es planteja una nova aplicabilitat per al formigó mitjançant la propietat auxètica. Aprofitant la tecnologia d'impressió 3D, es fabriquen espècimens amb estructures cel·lulars auxètiques, augmentant la capacitat de deformació de la peça. Com a base s'emplea un formigó d'alta resistència amb una addició del 0,6% de fibres de carboni, incrementant així la capacitat conductora del material fins a un 40% respecte a una mateixa mescla sense fibres, i únicament perdent el 10% de resistència davant la compressió. Mitjançant l'assaig de compressió uniaxial, s'aconsegueix observar el fenomen piezoresistiu del material amb una variació del 30% en la seva resistència elèctrica. A més a més, també s'arriba a observar una lleugera variació en el potencial elèctric causada pel material amb base-ciment, indicant una possible generació d'energia elèctrica. S'espera que a través d'aquest projecte no només s'utilitzi la geometria auxètica amb fins d'auto-sensorització, sinó que futures investigacions segueixin explorant la idea de poder arribar a generar energia elèctrica a través del formigó.
El uso de adiciones en el hormigón para proporcionarle otras características como la mejora de conductividad, piezoresistividad o piezoelectricidad y convertir así al hormigón en un material multifuncional, ha ido en aumentando en los últimos años. Las fibras de carbono tienen la característica de mejorar la conductividad eléctrica y otorgar al material capacidad piezoresistiva, capacidad empleada en los sensores de base-cemento. En esta investigación, se plantea una nueva aplicabilidad para el hormigón mediante la propiedad auxéctica. Aprovechando la tecnología de impresión 3D, se fabrican especímenes con estructuras celulares auxécticas, aumentando la capacidad de deformación de la pieza. Como base se emplea un hormigón de alta resistencia con una adición del 0,6% de fibras de carbono, incrementando así la capacidad conductora del material hasta un 40% respecto a una misma mezcla sin fibras, y únicamente perdiendo el 10% de resistencia frente a compresión. Mediante el ensayo de compresión uniaxial, se logra observar el fenómeno piezoresistivo del material con una variación del 30% en su resistencia eléctrica. Además, también se llega a observar una ligera variación en el potencial eléctrico causada por el material con base-cemento, indicando una posible generación de energía eléctrica. Se espera que a través de este proyecto no solo emplear la geometría auxéctica con fines de auto-sensorización, sino que futuras investigaciones sigan explorando la idea de poder llegar a generar energía eléctrica a través del hormigón.
The use of additions in concrete to achieve other characteristics such as improved conductivity, piezoresistivity or piezoelectricity and convert concrete into a multifunctional material, has been increasing in recent years. Carbon fibers have the characteristic of improving electrical conductivity and giving to the material piezoresistive capacity, used in cement-based sensors. In this research, a new applicability for concrete is proposed through the auxectic behaviour. Taking advantage of 3D printing techniques, specimens with auxectic cellular structures are manufactured, increasing the deformation capacity of the piece. High-resistance concrete with 0.6% of carbon fibres addition is used, thus increasing the conductive capacity of the material up to 40% compared to the same mixture without fibres, and only losing 10% of compress resistance. Furthermore, through the uniaxial compression test, it is possible to observe the piezoresistive phenomenon with a variation of 30% in electrical resistance. In addition, it was observed a slight variation in the electrical potential caused by the cement-based material, indicating a possible generation of electrical energy. It is expected that this research will provide not only the use of auxectic geometry for self-sensing applications, but also for future researchers to continue exploring the idea of being able to generate electrical energy through concrete.