El uso de fibras naturales de fique en sus distintos tamaños jerárquicos en la construcción

Título

El uso de fibras naturales de fique en sus distintos tamaños jerárquicos en la construcción

Colaborador

Vazquez, Analia
Gañan Rojo, Piedad

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2013-03-08

Extensión

158 p.

Resumen

Latinoamérica es uno de los principales productores de fibras naturales en el mundo; por lo tanto, la búsqueda de nuevas aplicaciones es de gran importancia social y económica. Actualmente éstas fibras se utilizan comúnmente para la fabricación de: bolsas para el empacado de productos agroindustriales, cuerdas, hilos y en la elaboración de artesanías. La industria de la construcción utiliza gran cantidad de materia prima, por lo tanto, el desarrollo de nuevas investigaciones que permitan ampliar el uso de éstas fibras en el sector de la construcción es de gran importancia a nivel mundial. En ésta tesis se estudió el uso de fibras de fique, en el desarrollo de nuevos materiales en la construcción, en tres órdenes jerárquicos de tamaño: macro, micro y nano. En el caso de macro-fibras se elaboraron y caracterizaron perfiles de epoxi con fibras naturales (PRFN) a fin de compararlos con las maderas comúnmente usadas en la construcción en Latinoamérica. Se estudió el efecto de la modificación química de las fibras sobre las propiedades a flexión y la durabilidad en ambientes alcalinos, de los PRFN. Adicionalmente, mediante la dispersión de arcillas, se modificaron las propiedades de barrera del compuesto en ambientes húmedos y con pH~13. Los resultados mostraron que el tratamiento de las fibras con NaOH 18 p/v% incrementó significativamente las propiedades a flexión y la durabilidad de los compuestos. La adición de arcillas incorporó aire en la matriz epoxi y por lo tanto no tuvo ningún efecto sobre la durabilidad de estos compuestos, sin embargo, si generó un camino tortuoso para el ingreso de los iones de hidróxido de calcio en el compuesto. A partir de la comparación entre nuestro material y las maderas comúnmente usadas en el sector de la construcción en Latinoamérica; se encontró que nuestro material es similar al bambú y a los tableros de fibra orientada (OSB), pero con propiedades superiores inclusive después de 28 días de exposición a ambientes húmedos y con pH pH~13. En cuanto a las fibras en tamaño micro y nano, se estudió el efecto del contenido de micropartículas de celulosa cristalina (MCC) y de micro y nano fibras de celulosa (MNFC) en las propiedades de la pasta de cemento en estado fresco y en estado endurecido; variando el contenido de MCC así: 0, 1, 2y 3 p/p%; y el contenido de MNFC así: 0, 0.1, 0.2, 0.3 y 0.4 p/p%. Ambos tipos de celulosa se mostraron compatibles con los productos de la hidratación del cemento. Sin embargo las MNFC expusieron una mayor compatibilidad con los productos de hidratación debido a su mayor área superficial. La adición de un 3 p/p% MCC incrementó el τ0 de la pasta en un 25 %; mientras que la adición de un 0.4p/p% de MNFC lo incrementó en un 570 %. La reacción de hidratación y la Temperatura adiabática máxima, se modificaron con la presencia de MCC; mientras que la adición de nanofibras de celulosa no afectó éstas variables, debido a que se utilizó en proporciones más bajas. Los resultados obtenidos para el análisis termogravimetrico, demostraron que bajo las condiciones de curado adecuada, tanto las MCC como las MNFC incrementaron el grado de hidratación de la pasta de cemento. Esto se debió a que liberan de manera controlada su contenido de agua y la aportan al proceso de hidratación. Este incremento en el grado de hidratación generó mayor módulo y mayor retención de las propiedades mecánicas frente a la temperatura; sin embargo, la adición de MCC generó micro-fisuras en la superficie de la pasta de cemento con tamaños entre los 3 y 4 μm; mientras que la adición de MNFC no.
Latin America is one of the leading fiber producers in the world; and those fibers are used to manufacture: bags to packing agro-industries products, ropes, threads and handicrafts. It is important to find new applications for this natural resource, because it will influence the social and economical developments of the region. Therefore, develop further research to extend the use of these fibers in the construction sector is a great importance worldwide theme, because the construction industry uses large quantities of raw materials. This thesis studied the use of Fique fibers to develop new materials for construction applications, in three hierarchical size orders: macro, micro and nano. In case of macro-fibers, epoxy/fique profiles were developed (PRFN) and compared with wood commonly used in construction industry in Latin America. The effect of fibers chemical modification on bending properties and durability in alkaline environments of PRFN was studied. Additionally, barrier properties of epoxy/fique composites, in moist and alkaline environments, were modified by dispersing clay in the matrix. Results showed that fibers treatment with NaOH 18 w/v% increased significantly the flexural properties and the durability of composite. However, addition of clays incorporated air in the epoxy matrix and therefore did not have an effect on composites, but generated a tortuous path to calcium ions. From comparison our material with timber commonly used in Latin America construction industry, it was found that our material is similar to bamboo and oriented strand board (OSB), but with superior properties even after 28 days exposed to moisture and pH~13.
Respect to use of micro and nano fibers; it was studied the effect of the content of microparticles of crystalline cellulose (MCC) and micro and nano cellulose fibers (MNFC) on properties of cement paste in fresh and hardened state. The content of MCC was varied as follows: 0, 1, 2 and 3 wt.%. The content of MNFC was varied as follows: 0, 0.1, 0.2, 0.3 and 0.4 wt.%. Both types of cellulose were compatible with cement hydration products. However MNFC had greater compatibility with hydration products because its greater surface area. The addition of 3 wt.% MCC increased cement paste workability by 25%, while adding a 0.4 wt% of the MNFC increased it by 570%. Moreover, hydration reaction and maximum adiabatic temperature were modified by presence of MCC, while cellulose nanofibers did not had any effect on these variables because MNFC was used in lower proportions.Results obtained from thermogravimetrical analysis showed that, under appropriate curing conditions, both MCC and MNFC increased hydration degree of cement paste. That occurred due to a controlled release of cementitious material's water content that contributed with hydration process. The increment in hydration generated higher modulus and better retention of mechanical properties with temperature. However, the addition of MCC generated micro-cracks (3 – 4 μm) on cement paste; while addition of MNFC did not.