Concreto reforzado con nanotubos de carbono dopados con oxígeno y dopados con nitrógeno

Abstract

"En éste trabajo se describen los efectos de la incorporación de nanotubos de carbono multipared en mezclas de morteros hidráulicos basados en cemento gris tipo Portland. Los nanotubos de carbono fabricados presentan modificaciones en su red hexagonal por la inclusión de átomos nitrógeno (N) u oxígeno (O) en. A este tipo de nanotubos de carbono se les denomina “nanotubos de carbono dopados”. Se eligieron este tipo de nanotubos de carbono dopados debido a que propiedades mecánicas excepcionales. Adicionalmente, se realizaron cálculos basados en la Teoría de la Funcional de la Densidad implementada en el código SIESTA (Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms) para demostrar los beneficios de usar este tipo de nanotubos Para la incorporación de los nanotubos de carbono a la mezcla cementicia se desarrolló un sistema de dispersión continua basado en energía ultrasónica transmitida por una punta metálica dentro de un tanque contenedor con recirculación forzada, los resultados de la dispersión se muestran en imágenes de Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). Mediante micrografías SEM se reporta también la observación de alteraciones en la morfología de las estructuras producto de la hidratación del cemento gris cuando se incorporan nanotubos de carbono, además se presenta el seguimiento de la hidratación en muestras sin nanotubos de carbono, muestras con nanotubos de carbono nitrogenados, muestras con nanotubos de carbono oxidados durante las primeras 12 hrs de hidratación y muestras con nanotubos de carbono nitrogenados, esto se hizo utilizando difracción de rayos X (XRD) en las primeras 4 horas de hidratación. Los resultados relevantes producto de éste trabajo se pueden resumir como sigue: 1. El incremento de la resistencia a la compresión de las muestras llevadas a la falla de 30% respecto de las muestras de control cuando se incluyen nanotubos de carbono dopados con nitrógeno en agua con pH 7. 2. Un cambio en la morfología de las estructuras del cemento hidratado debido a la inclusión de NTC, en particular éste proceso es más evidente en el caso de la ettringuita. 3. Hay evidencia de enlace entre los nanotubos de carbono oxidados con los iones calcio que se liberan al iniciar la hidratación del cemento."

"Cement pastes based on ordinary Portland cement (OPC) and commercial aggregates reinforced with nitrogen-doped or oxygen-functionalized multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) are investigated, nanoestructure selection was supported by theoretical result from computational calculus based in Density Functional Theory (DFT) implemented in SIESTA (Spanish Initative fos Electronic Electronic Simulations with Thousands of Atoms) code. Large area carpets (~mm2) containing aligned MWCNTs, synthesized by the chemical vapor deposition method, and a set up based in a chamber with recycling motion affected by a ultrasonic tip was designed for nanotubes dispersion, results are shown in SEM micrographs taken after dispersion time, nanotubes were dispersed during 1 and 2 hours in distilled water at pH 1 and 7. The cement pastes (with a MWCNTs content of 0.1 wt% with respect to cement powder mass) are characterized by scanning electron microscopy at an early hydration age (first hours of setting time) and mechanically characterized during the solidification process for a period of 28 days. Compressive strength results revealed that enriched concretes exhibit an increment of approximately 30% in mechanical resistance to compressive forces, which is a significant increment compared to the resistance of conventional concrete. We foresee that our composite materials based on OPC and modified MWCNTs are excellent candidates to improve the current mechanical properties of concretes. Finally, density functional theory calculations are performed in order to investigate the possible interaction between cement material and carbon nanotubes with hydration monitoring by XRD (during 4 hour) and SEM (during 12 hours) that shows a possible interaction because of the morphology changes when carbon nanotubes are present in the mix."