ES2403134A1

ES2403134A1 - Cementitious composite having carbon nanofibres for heating

Info

Publication number: ES2403134A1
Application number: ES201101197A
Authority: ES
Inventors: Pedro Garces Terradillos; Oscar Galao Malo; Francisco Javier BAEZA DE LOS SANTOS; Emilio Manuel ZORNOZA GOMEZ
Original assignee: Universidad de Alicante
Current assignee: Universidad de Alicante
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-05-14
Anticipated expiration: 2031-11-07
Also published as: WO2013068615A1; ES2403134B1

Abstract

The invention relates to a cementitious composite having added carbon nanofibres for heating buildings or de-icing road surfaces, among others. The composite is made up of a cementitious matrix which comprises a mixture of cement and water carbon nanofibres which are added to the components of the cementitious mixture prior to mixing same, said nanofibres being evenly dispersed in the cementitious matrix two silver-painted electric contacts applied to two opposite smaller sides, which enable the application of an electric current and a platinum (Pt100) resistive temperature sensor adhered to the top surface of the test piece (10 x 10 cm), which makes it possible to monitor temperature variations on the surface of the test piece.

Description

Composite cementicio con nanofibras de carbono para calefacción. Cementitious composite with carbon nanofibers for heating.

Campo de la invención Field of the Invention

La presente invención se encuadra en el campo de la ingeniería civil y edificación, y más particularmente se refiere a tecnología de los materiales y nanotecnología. The present invention falls within the field of civil engineering and building, and more particularly refers to materials technology and nanotechnology.

Antecedentes de la invención Background of the invention

Los materiales cementicios ostentan una posición privilegiada en la industria de la construcción gracias a su papel como material estructural a consecuencia de sus buenas prestaciones mecánicas. Este hecho ha sido el motor de constantes investigaciones al respecto en el último siglo. Sin embargo, actualmente se solicita a los materiales estructurales la capacidad de desarrollar múltiples funciones, obviamente sin merma de sus propiedades estructurales. Cementitious materials hold a privileged position in the construction industry thanks to their role as structural material as a result of their good mechanical performance. This fact has been the engine of constant research in this regard in the last century. However, structural materials are currently being requested to develop multiple functions, obviously without reducing their structural properties.

Si se consiguen las mismas prestaciones con un único material multifuncional que con una combinación de materiales estructurales y funcionales, directamente se reducen costes, mejorando la durabilidad del conjunto y la necesidad de mantenimiento, aumentando el volumen funcional, evitando la degradación de las propiedades mecánicas y simplificando el diseño. If the same benefits are achieved with a single multifunctional material as with a combination of structural and functional materials, costs are directly reduced, improving the durability of the assembly and the need for maintenance, increasing the functional volume, avoiding the degradation of mechanical properties and Simplifying the design.

Muchos de los métodos que actualmente se usan para eliminar el hielo de las carreteras se basan en el empleo de compuestos químicos perjudiciales para el hormigón armado o el acero de las estructuras de paso (viaductos, túneles, pistas de aeropuertos). Así, se puede utilizar cloruro de sodio hasta temperaturas de -10°C con un coste aproximado de 29 $/m3 resultando el más barato de todos los fundentes propuestos. También se puede utilizar cloruro de calcio hasta temperaturas de -25°C cuyo coste sube hasta 294 $/m3. Otros fundentes como son el acetato de calcio y magnesio, la urea, el cloruro de magnesio, la formamida y el pirofosfato tetrapotásico, tienen un coste muy superior al del cloruro de sodio y su eficacia es similar. Sin embargo, el principal problema que conlleva el uso del cloruro sódico (o cualquier otra sal clorada) es que desarrolla el proceso de corrosión de armaduras, que es, sin lugar a dudas, la principal patología que pueden presentar las estructuras de hormigón armado. En la Tabla 1 [Yehia, S. (1999)] se presenta un resumen de las características principales de los fundentes como elemento de acción contra heladas. Many of the methods currently used to remove ice from roads are based on the use of chemical compounds that are harmful to reinforced concrete or steel in passing structures (viaducts, tunnels, airport runways). Thus, sodium chloride can be used up to temperatures of -10 ° C with an approximate cost of $ 29 / m3 resulting in the cheapest of all the fluxes proposed. You can also use calcium chloride up to temperatures of -25 ° C whose cost goes up to $ 294 / m3. Other fluxes such as calcium and magnesium acetate, urea, magnesium chloride, formamide and tetrapotassium pyrophosphate, have a much higher cost than sodium chloride and its effectiveness is similar. However, the main problem involved in the use of sodium chloride (or any other chlorinated salt) is that it develops the reinforcement corrosion process, which is, without a doubt, the main pathology that reinforced concrete structures can present. Table 1 [Yehia, S. (1999)] presents a summary of the main characteristics of fluxes as an element of action against frost.

Tabla 1. Resumen de las características principales de los fundentes como elemento de acción contra heladas. Table 1. Summary of the main characteristics of fluxes as an element of action against frost.

Fundente Cloruro de Sodio (NaCI) Flux Sodium Chloride (NaCI): Rango de temperaturas -10 a 0°C Rendimiento 13 a 68 g/m2 Coste aproximado 29$/m3 Temperature range -10 to 0 ° C Yield 13 to 68 g / m2 Approximate cost $ 29 / m3

Cloruro de Calcio (CaCI2) Mezcla de sales con cloruro cálcico Acetato de Calcio y Magnesio (CMA) Urea Calcium Chloride (CaCI2) Mixture of salts with calcium chloride Calcium and Magnesium Acetate (CMA) Urea: -25°C -17 a 0°C -5 a 0°C -9oc No usado en USA 21 a 50 11m3 15 a 39 g/m2 26 a 136 g/m2 294$/m3 108$/m3 738$/m3 145 a 290$/m3 -25 ° C -17 to 0 ° C -5 to 0 ° C -9oc Not used in the USA 21 to 50 11m3 15 to 39 g / m2 26 to 136 g / m2 $ 294 / m3 $ 108 / m3 $ 738 / m3 145 to $ 290 / m3

Cloruro de Magnesio Magnesium chloride: -15°C 8 a 11 g/m2 N/ A -15 ° C 8 to 11 g / m2 N / A

Formamida Formamide: -18°C N/ A 290 a 435$/m3 -18 ° C N / A 290 to $ 435 / m3

Pirofosfato tetrapotásico Tetrapotassium Pyrophosphate: -4°C 49 g/m2 435$/m3 -4 ° C 49 g / m2 $ 435 / m3

1 O 1 o: Frente a estos métodos químicos existe la posibilidad de utilizar sistemas de calefacción, entre los que se incluirían las capas de hormigón conductor. En la Tabla 2 se incluyen algunos ejemplos de sistemas de calefacción comparando sus costes y la potencia eléctrica que consumen [Yehia, S. (1999)]. Faced with these chemical methods there is the possibility of using heating systems, which would include conductive concrete layers. Table 2 includes some examples of heating systems comparing their costs and the electrical power they consume [Yehia, S. (1999)].

15 fifteen

Tabla 2. Ejemplos de sistemas de calefacción. Table 2. Examples of heating systems.

Sistema de calefacción Heating system: Coste aproximado Coste anual de explotación Consumo energético Approximate cost Annual operating cost Energy consumption

Lámpara de infrarrojos Infrared lamp: 96$/m2 N/ A 75 W/m2 $ 96 / m2 N / A 75 W / m2

Calefacción por cable eléctrico Electric cable heating: 54$/m2 4.8$/m2 323 a 430 W/m2 $ 54 / m2 $ 4.8 / m2 323 to 430 W / m2

Agua caliente Hot water: 161$/m2 250$/nevada 473 W/m2 $ 161 / m2 $ 250 / snowfall 473 W / m2

Calefacción de gas Gas heating: 378$/m2 2.1$/m2 N/ A $ 378 / m2 $ 2.1 / m2 N / A

Recubrimiento de hormigón conductor Conductive Concrete Coating: 48$/m2 5.4$/m2 516 W/m2 $ 48 / m2 5.4 $ / m2 516 W / m2

Un primer sistema que puede utilizarse es la instalación de lámparas de infrarrojos, A first system that can be used is the installation of infrared lamps,

cuyo coste es relativamente barato pero a costa de una menor durabilidad y una whose cost is relatively cheap but at the cost of less durability and a

5 5: mayor necesidad de mantenimiento en lugares como puentes o pistas de greater need for maintenance in places like bridges or tracks

aeropuerto. Otro sistema puede ser la calefacción por cable eléctrico, que presenta airport. Another system may be electric cable heating, which has

serios problemas de durabilidad y mantenimiento, tiene un consumo energético serious problems of durability and maintenance, has an energy consumption

mayor pero presenta un coste aproximado menor que el sistema de lámparas de higher but has an approximate lower cost than the lamp system

infrarrojos. El uso de agua caliente o calefacción de gas implica tanto un consumo infrared The use of hot water or gas heating implies both consumption

1O 1O: energético mayor como un coste superior, aparte de ser poco aplicable es higher energy as a higher cost, apart from being little applicable is

estructuras aisladas como puentes. Por último, la utilización de un recubrimiento de Isolated structures such as bridges. Finally, the use of a coating of

hormigón conductor, con un consumo energético del mismo orden que los conductive concrete, with an energy consumption of the same order as the

anteriores, tiene un coste aproximado inferior a todos los anteriormente expuestos. above, it has an approximate cost lower than all of the above.

Atendiendo únicamente al coste directo de todos los métodos comentados, el más Attending only to the direct cost of all the commented methods, the most

15 fifteen: barato, obviamente, es el uso de Cloruro de Sodio (NaCI). Para poder evaluar Cheap, obviously, is the use of Sodium Chloride (NaCI). To be able to evaluate

realmente la eficiencia de cada uno de ellos debería incorporarse al estudio, el really the efficiency of each of them should be incorporated into the study, the

coste del mantenimiento tanto de estructuras como vehículos dañados por la propia cost of maintenance of both structures and vehicles damaged by the own

técnica de deshielo. Un buen ejemplo es Canadá, donde se usa masivamente el thawing technique. A good example is Canada, where the

Cloruro de Sodio (NaCI}, y donde podemos comentar que la gran mayoría del Sodium Chloride (NaCI}, and where we can comment that the vast majority of

20 twenty: parque automovilístico tiene serios problemas de corrosión en sus bajos, lo que car park has serious corrosion problems in its low, which

conlleva un coste elevadísimo de mantenimiento y reparación. It carries a very high cost of maintenance and repair.

No obstante, si se consigue optimizar la dosificación y consumo energético, los However, if you can optimize the dosage and energy consumption, the

materiales cementicios conductores pueden ser una alternativa, ya que ofrecen Conductive cementitious materials may be an alternative, as they offer

además muy buena durabilidad y prestaciones estructurales. Además no existen los also very good durability and structural benefits. In addition there are no

daños colaterales expuestos en el párrafo anterior en relación al uso del Cloruro de collateral damage described in the previous paragraph in relation to the use of Chloride

Sodio (NaCI) y los problemas derivados de la corrosión que producen. De hecho, Sodium (NaCI) and the problems arising from the corrosion they produce. In fact,

este es el objetivo de un trabajo posterior de los mismos autores [Yehia, S. (2000)]. This is the objective of a later work by the same authors [Yehia, S. (2000)].

5 5: Dicho grupo investigador ha llegado incluso a instrumentar satisfactoriamente un This research group has even successfully implemented a

puente de 36m de longitud en Nebraska utilizando un hormigón con fibras de 36m long bridge in Nebraska using concrete with fiber

carbono [Tuan, C.V. (2004.b)]. Se combinaron buenas resistencias mecánicas carbon [Tuan, C.V. (2004.b)]. Good mechanical strengths were combined

(resistencia característica de 31 MPa) con una velocidad de calentamiento de (characteristic resistance of 31 MPa) with a heating rate of

0.14°C/min y una densidad de potencia de 590W/m2 . Después de conseguir usarse 0.14 ° C / min and a power density of 590W / m2. After getting used

1 O 1 o: con éxito en cuatro nevadas durante los años 2003 y 2004, se vio que el consumo successfully in four snowfalls during the years 2003 and 2004, it was seen that consumption

energético condujo a un coste medio de 0.8$/m2 por nelada, que teniendo en energy led to an average cost of $ 0.8 / m2 per snowfall, which taking into

cuenta la superficie total del puente equivale a unos 200$ por nevada. The total area of the bridge is equivalent to about $ 200 per snowfall.

Para poder aplicar un hormigón como resistencia en la calefacción por efecto Joule, In order to apply a concrete as resistance in the heating by Joule effect,

la resistividad no puede ser muy elevada, ya que de lo contrario la intensidad the resistivity cannot be very high, since otherwise the intensity

15 fifteen: circulante sería demasiado pequeña haciendo deficiente el sistema [Chung, D.D.L. circulating would be too small making the system deficient [Chung, D.D.L.

(2003)]. Por tanto, un compuesto cementicio eficaz como elemento calefactor debe (2003)]. Therefore, an effective cementitious compound as heating element must

tener una baja resistividad, que se conseguirá gracias a las adiciones de materiales have a low resistivity, which will be achieved thanks to the additions of materials

conductores. drivers.

En una revisión realizada por Chung se incluye un resumen de las adiciones A review of the additions is included in a review by Chung

20 twenty: conductoras que se han utilizado en compuestos cementicios para su uso como conductors that have been used in cementitious compounds for use as

elemento de calefacción [Chung, D.D.L. (2004)]. En la Tabla 3 se compara la heating element [Chung, D.D.L. (2004)]. Table 3 compares the

eficiencia de distintas adiciones para conseguir calentar pastas de cemento a partir efficiency of different additions to heat cement pastes from

de una temperatura ambiente de 19°C. of an ambient temperature of 19 ° C.

Tabla 3. Comparación de la eficiencia de distintas adiciones para conseguir Table 3. Comparison of the efficiency of different additions to achieve

25 25: calentar pastas de cemento a partir de una temperatura ambiente de 19°C. heat cement pastes from an ambient temperature of 19 ° C.

Material Material: Temperatura máxima (oC) Tiempo para alcanzar la mitad de la temperatura máxima Consumo energético (W) Resistividad (O·cm) Maximum temperature (oC) Time to reach half the maximum temperature Energy consumption (W) Resistivity (O · cm)

Cemento con O. 7% en vol. de fibras de acero Cement with O. 7% in vol. of steel fibers: 60 6 min 5.6 0.85 60 6 min 5.6 0.85

Cemento con 1.0% en vol. de fibras de carbono Cement with 1.0% in vol. carbon fiber: 56 4 min 1.8 100 56 4 min 1.8 100

Cemento con 37% en vol. de partículas de grafito Cement with 37% in vol. of graphite particles: 24 4min 0.27 410 24 4min 0.27 410

Tejido de fibra de carbono (sin recubrimiento) Carbon fiber fabric (uncoated): 134 2 min 6.5 0.11 134 2 min 6.5 0.11

Tejido de fibras de Ni/Cu/carbono recubierto de Ni Ni / Cu / Carbon coated Ni fiber fabric: 79 14 S 3.0 0.07 79 14 S 3.0 0.07

Láminas de fibra de carbono con matriz epoxi Carbon fiber sheets with epoxy matrix: 89 16 S 0.59 89 16 S 0.59

Grafito flexible Flexible graphite: 980 4s 94 7.5·10"4 980 4s 94 7.510 "4

Aunque hasta la fecha son escasos los estudios encaminados a la aplicación como elemento de calefacción de los materiales cementicios conductores, en ningún caso se han reportado resultados utilizando nanofibras de carbono como adición Although to date there are few studies aimed at the application as a heating element of conductive cementitious materials, in no case have results been reported using carbon nanofibers as an addition

5 conductora. Existen antecedentes en la década de los 90 de patentes que plantean sistemas de deshielo de infraestructuras utilizando hormigones con adición de fibras de carbono. 5 driver. There is a history in the 1990s of patents that raise infrastructure defrosting systems using concrete with the addition of carbon fibers.

Recientemente se ha publicado un estudio donde se utilizan fibras de carbono, para mejorar la conductividad térmica del hormigón, y posteriormente se adhiera una 10 lámina flexible con nanofibras en su base que actuaba como elemento calefactor [Chang, C. (2009)]. A study has recently been published where carbon fibers are used to improve the thermal conductivity of concrete, and subsequently a flexible sheet with nanofibers adheres to its base that acted as a heating element [Chang, C. (2009)].

Tampoco hay antecedentes en los que la pasta de cemento conductora con nanofibras de carbono, haya sido proyectada. There is also no history in which the conductive cement paste with carbon nanofibers has been projected.

La calefacción eléctrica implica pasar corriente eléctrica a través de una resistencia Electric heating involves passing electric current through a resistor

15 como elemento de calor. En relación con la calefacción de los edificios y otras estructuras, la calefacción implica típicamente embeber elementos calefactores en el material estructural. Los materiales de los elementos calefactores no pueden ser demasiado bajos en resistividad eléctrica, porque ello implicaría que la resistencia del elemento calefactor sería demasiado baja y se necesitaría una corriente muy 15 as an element of heat. In relation to the heating of buildings and other structures, heating typically involves embedding heating elements in the structural material. The materials of the heating elements cannot be too low in electrical resistivity, because that would imply that the resistance of the heating element would be too low and a very current would be required.

20 elevada para alcanzar una determinada potencia. Los materiales de los elementos de calefacción son comúnmente aleaciones metálicas tales como el níquel-cromo. Así, los hilos metálicos se embeben en el material estructural a fin de conseguir una
20 high to reach a certain power. The materials of the heating elements are commonly metal alloys such as nickel-chromium. Thus, the metallic threads are embedded in the structural material in order to achieve a

calefacción por resistencia. Sin embargo, este procedimiento degrada las resistance heating. However, this procedure degrades the

propiedades mecánicas del componente estructural y dificulta la reparación de los mechanical properties of the structural component and hinders the repair of

elementos de calefacción. Además, embeber estos elementos en el componente heating elements. Also, embed these elements in the component

estructural está limitado a localizaciones seleccionadas y consecuentemente la structural is limited to selected locations and consequently the

5 5: calefacción no es uniforme. La no uniformidad se empeora debido a la pobre Heating is not uniform. Non-uniformity worsens due to poor

conductividad térmica de los materiales estructurales. Un material cementicio que thermal conductivity of structural materials. A cementitious material that

sea conductor eléctrico puede ser usado como una resistencia (Joule) y por tanto be electric conductor can be used as a resistor (Joule) and therefore

como un elemento de calefacción. No hay necesidad de embeber hilos en un As a heating element. There is no need to embed threads in a

componente estructural, lo que implica minimizar los problemas antes structural component, which implies minimizing problems before

1 O 1 o: mencionados. La resistividad de un hormigón convencional es demasiado elevada mentioned. The resistivity of a conventional concrete is too high

como para que una calefacción por resistencia resulte efectiva, pero mediante la so that resistance heating is effective, but by

adición de nanofibras de carbono es posible reducir la resistividad a valores addition of carbon nanofibers it is possible to reduce the resistivity to values

adecuados. adequate.

15 fifteen: Explicación de la invención Explanation of the invention.

Los materiales cementicios (pastas, morteros y hormigones) presentan, en menor o Cementitious materials (pastes, mortars and concrete) present, in lesser or

mayor grado, un buen comportamiento mecánico. Por otra parte son materiales greater degree, good mechanical behavior. On the other hand they are materials

dieléctricos, es decir, son malos conductores de la electricidad. Ahora bien, Dielectrics, that is, they are bad conductors of electricity. However,

mediante la adición de otro material, en este caso que sí es conductor (materiales by adding another material, in this case it is conductive (materials

20 twenty: carbonosos o fibras de acero), se obtienen materiales compuestos conductores con carbonaceous or steel fibers), conductive composite materials are obtained with

un nuevo y amplio rango de aplicación, es decir, con un valor añadido. Por tanto a new and wide range of application, that is, with added value. So

estamos transformando un material cementicio convencional en un material we are transforming a conventional cementitious material into a material

cementicio (conductor) multifuncional. multifunctional cementitious (conductor).

Su posible aplicación como elemento calefactor está directamente relacionada con Its possible application as a heating element is directly related to

25 25: la mejora de la conductividad eléctrica y térmica del compuesto. Como cualquier the improvement of the electrical and thermal conductivity of the compound. Like any

resistencia eléctrica a través de la que se haga circular una corriente eléctrica, un electrical resistance through which an electric current is circulated, a

material cementicio conductor (debido a la adición de un material carbonoso, por conductive cementitious material (due to the addition of a carbonaceous material, by

ejemplo) convierte parte de la energía eléctrica en calor, aumentando de esta example) converts part of the electrical energy into heat, increasing from this

manera la temperatura del material. Este fenómeno es conocido como efecto Joule. material temperature way. This phenomenon is known as the Joule effect.

30 30: Esta característica puede ser de utilidad para una posible aplicación de los This feature can be useful for a possible application of

composites cementicios multifuncionales en calefacción de edificios o en deshielo multifunctional cementitious composites in building heating or thawing

de pavimentos, entre otros. of pavements, among others.

La aplicación como control de la capa de hielo sobre diferentes infraestructuras de The application as control of the ice sheet over different infrastructures of

transporte (autopistas, puentes o pistas de aeropuertos, por ejemplo) consigue transport (highways, bridges or airport runways, for example) gets

mejorar notablemente la seguridad vial, a la vez que no compromete la durabilidad de las propias estructuras con el uso de sustancias agresivas para la misma. significantly improve road safety, while not compromising the durability of the structures themselves with the use of aggressive substances for it.

5 5: Como se exponía anteriormente, la línea de investigación de los materiales cementicios empleados en obra civil y edificación ha estado orientada tradicionalmente al estudio de sus propiedades mecánicas debido a su principal y única función estructural. No obstante, últimamente ha surgido una nueva tendencia en esta línea; la mejora de algunas propiedades (eléctricas principalmente) que permitan su aplicación en nuevas funciones complementarias (no estructurales), convirtiéndose en materiales multifuncionales. As previously stated, the research line of cementitious materials used in civil works and building has traditionally been oriented to the study of their mechanical properties due to their main and only structural function. However, lately there has been a new trend in this line; the improvement of some properties (mainly electrical) that allow its application in new complementary (non-structural) functions, becoming multifunctional materials.

1 O 1 o: La mejora de sus prestaciones eléctricas se consigue mediante adiciones conductoras como los materiales carbonosos (por ejemplo, polvo de grafito o fibras y nanofibras de carbono). The improvement of its electrical performance is achieved by conductive additions such as carbonaceous materials (for example, graphite powder or carbon fibers and nanofibers).

15 fifteen: Esta invención plantea la viabilidad del uso de nanofibras de carbono en matrices cementicias a fin de usar dichos compuestos como elementos calefactores, lo que permite aumentar la temperatura de estancias en edificación o provocar el deshielo de firmes y pavimentos en obras civiles, entre otras aplicaciones. This invention raises the feasibility of the use of carbon nanofibers in cementitious matrices in order to use said compounds as heating elements, which allows to increase the temperature of rooms in buildings or cause the thawing of pavements and pavements in civil works, among other applications.

20 twenty: Este procedimiento innovador se basa en el incremento de la temperatura del composite de material cementicio con adición de nanofibras de carbono al aplicarle una corriente eléctrica continua, por efecto Joule. De este modo se puede calentar estancias en las que se incorpore dicha pasta o incluso provocar el deshielo en infraestructuras viarias en zonas frías. This innovative procedure is based on the increase in the temperature of the composite of cementitious material with the addition of carbon nanofibers when a continuous electric current is applied, by Joule effect. In this way you can heat rooms in which said paste is incorporated or even cause thawing in road infrastructure in cold areas.

25 25: Por otro lado, al margen de la aplicación manual de la pasta, el hecho de conseguir proyectar la pasta supone un sistema extremadamente útil de aplicación de materiales cementicios, con una rápida incorporación a estructuras existentes. Ningún otro sistema de calefacción anterior presenta esta versatilidad en el caso de que se quisiera aplicar calefacción a un elemento ya construido. On the other hand, apart from the manual application of the paste, the fact of projecting the paste supposes an extremely useful system for applying cementitious materials, with rapid incorporation into existing structures. No other previous heating system presents this versatility in the event that it is desired to apply heating to an already constructed element.

A estas ventajas, es posible añadir el hecho de que se reducen considerablemente los costes paralelos de aplicación y de mantenimiento en infraestructuras y vehículos derivados del uso de fundentes clorados. To these advantages, it is possible to add the fact that parallel application and maintenance costs in infrastructure and vehicles derived from the use of chlorinated fluxes are considerably reduced.

5 5: Descripción de los dibujos En la Figura 1 se representa una placa cuadrada de 1 Ox1 O cm y con 1 cm de espesor de pasta de cemento Portland con nanofibras de carbono con los terminales de corriente usada en los ensayos de calefacción. Description of the drawings Figure 1 shows a square plate of 1 Ox1O cm and 1 cm thick of Portland cement paste with carbon nanofibers with the current terminals used in the heating tests.

En la Figura 2 se representa un ejemplo del comportamiento de la invención donde se muestra la evolución de la temperatura aplicando un voltaje de 70V de corriente continua. An example of the behavior of the invention is shown in Figure 2, showing the evolution of the temperature by applying a voltage of 70V DC.

1 O 1 o: En la Figura 3 se representa un ejemplo del comportamiento de la invención donde se muestra la evolución de la temperatura aplicando un voltaje de 1 OOV de corriente continua. An example of the behavior of the invention is shown in Figure 3, showing the evolution of the temperature by applying a voltage of 1 OOV of direct current.

En la Figura 4 se representa un ejemplo del comportamiento de la invención donde se muestra la evolución de la temperatura aplicando un voltaje de 150V de corriente continua. An example of the behavior of the invention is shown in Figure 4, showing the evolution of the temperature by applying a voltage of 150V of direct current.

15 fifteen

Descripción detallada de la invención Esta realización se proporciona a modo de descripción detallada para completamente el alcance de la invención para los expertos en la técnica. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This embodiment is provided by way of a detailed description for the full scope of the invention for those skilled in the art.: cubrir cover

20 twenty: La invención consiste en el uso de nanofibras de carbono en pastas de matriz cementicia, con el objetivo de desarrollar la función de calefacción y así poder desde calentar estancias en edificación hasta provocar el deshielo en pavimentos en obra civil. The invention consists in the use of carbon nanofibers in cementitious matrix pastes, with the aim of developing the heating function and thus being able to heat rooms in buildings to cause thawing of pavements in civil works.

25 25: En cuanto a los materiales utilizados y preparación de las probetas, se han considerado probetas de dimensiones 1 Ox1 Ox1 cm con pasta de cemento Portland y nanofibra de carbono del tipo stacked-cup, con un diámetro exterior que varía entre los 20 y 80 nanómetros y longitud superior a los 30 micrómetros, presentando una relación de aspecto muy alta. Las nanofibras de carbono se encuentran dispersadas previamente en el agua de amasado. Regarding the materials used and preparation of the specimens, specimens of dimensions 1 Ox1 Ox1 cm with Portland cement paste and carbon nanofiber of the stacked-cup type have been considered, with an outside diameter that varies between 20 and 80 nanometers and length greater than 30 micrometers, presenting a very high aspect ratio. Carbon nanofibers are previously dispersed in the kneading water.

30 30: En la Figura 1 se representa una probeta en perspectiva, en alzado y en planta indicando el montaje experimental realizado. Se compone de una placa cuadrada 2 de 1 Ox1 Ocm y con 1 cm de espesor. Dicha probeta está fabricada con una pasta de cemento Portland con adición de nanofibras de carbono. En dos caras opuestas 3 Figure 1 shows a test tube in perspective, elevation and plan indicating the experimental assembly performed. It consists of a square plate 2 of 1 Ox1 Ocm and 1 cm thick. Said specimen is made of a Portland cement paste with the addition of carbon nanofibers. On two opposite faces 3

de la probeta se aplica una capa de pintura de plata con el fin de mejorar el contacto eléctrico entre la probeta y los electrodos primarios de acero inoxidable. En el centro de la cara superior se adhiere un sensor de temperatura 1 para controlar su evolución al pasar corriente por el material. A layer of silver paint is applied to the specimen in order to improve the electrical contact between the specimen and the primary stainless steel electrodes. A temperature sensor 1 adheres to the center of the upper face to control its evolution as current passes through the material.

5 Los componentes básicos utilizados han sido: 5 The basic components used have been:

• •: Cemento tipo CEM 1 52.5 R Cement type CEM 1 52.5 R

• •: Relación agua cemento a/c=1 Cement water ratio a / c = 1

• •: Cantidad nanofibra de carbono añadida a la mezcla: 5% respecto masa de cemento. Amount nanofiber of carbon added to the mixture: 5% with respect to cement mass.

1 O Las probetas se curan en atmósfera controlada al 100% de humedad relativa y 20°C de temperatura, y se mantienen así hasta la fecha de ensayo. 1 O The specimens are cured in a controlled atmosphere at 100% relative humidity and a temperature of 20 ° C, and they remain so until the test date.

Como se indica anteriormente, antes de su utilización se pintan bandas de pintura de plata en las dos caras laterales opuestas 3, dejando que sequen durante 24h para lograr un buen contacto eléctrico entre la fuente de corriente y la probeta de As indicated above, before use, silver paint strips are painted on the two opposite side faces 3, allowing them to dry for 24 hours to achieve good electrical contact between the current source and the test specimen.

15 pasta de cemento. 15 cement paste.

El siguiente paso, sería adherir el sensor de temperatura 1 tipo Pt1 00: detector de temperatura resistivo de platino, centrado en la cara mayor para registrar la temperatura del elemento. La evolución de la temperatura se puede controlar mediante un multímetro digital, con capacidad de registrar datos, conectado al The next step would be to adhere the temperature sensor 1 type Pt1 00: platinum resistive temperature detector, centered on the main face to record the temperature of the element. The temperature evolution can be controlled by a digital multimeter, with the ability to record data, connected to the

20 sensor de temperatura. 20 temperature sensor.

La densidad de corriente se aplica mediante una fuente de corriente continua en la que se fija el potencial a aplicar al elemento. La corriente se aplica mediante pinzas tipo cocodrilo a una malla de acero inoxidable de O. 9mm de luz de malla, firmemente apoyada sobre las caras opuestas 3 con pintura de plata. The current density is applied by a direct current source in which the potential to be applied to the element is set. The current is applied by means of alligator type clamps to a stainless steel mesh of O. 9mm of mesh light, firmly supported on opposite faces 3 with silver paint.

25 La utilización del elemento calefactor consiste en la aplicación de una diferencia de potencial constante de corriente continua entre las dos caras opuestas 3 pintadas de plata (1 Ox1 cm) de cada elemento, registrando las variaciones de temperatura en la superficie de la probeta (cara de 10x10cm) mediante el sensor de temperatura tipo Pt1 00 situado en el centro de la cara mayor. Variando el potencial aplicado 25 The use of the heating element consists in the application of a constant potential difference of direct current between the two opposite faces 3 painted silver (1 Ox1 cm) of each element, recording the temperature variations on the surface of the specimen (face 10x10cm) using the Pt1 00 type temperature sensor located in the center of the main face. Varying the applied potential

30 sobre el elemento desde 50V hasta los 150V de potencial, se obtienen intensidades de corriente comprendidas entre 1 OOmA y 450mA.
30 on the element from 50V to 150V potential, current intensities between 1 OOmA and 450mA are obtained.

En la Figura 2 se representa un ejemplo del comportamiento de la invención donde se muestra la evolución de la temperatura del punto central de la cara superior de la probeta al conectarse a una fuente de alimentación en condiciones potenciostáticas a un voltaje de 70V de corriente continua. La temperatura de la muestra se An example of the behavior of the invention is shown in Figure 2, showing the evolution of the temperature of the central point of the upper face of the specimen when connected to a power supply in potentiostatic conditions at a voltage of 70V DC. The sample temperature is

5 estabilizó en torno a los 40°C una vez transcurridos 3000 segundos (50 min). La intensidad de corriente circulante fue de 1 OOmA. Por lo que la potencia consumida resultó de 7W. 5 stabilized at around 40 ° C after 3000 seconds (50 min). The circulating current intensity was 1 OOmA. So the power consumed was 7W.

En la Figura 3 se representa los resultados para el mismo tipo de ensayo pero esta vez sometido a un potencial fijo de 1 OOV de corriente continua. En este caso la The results for the same type of test are shown in Figure 3 but this time subjected to a fixed potential of 1 continuous current OOV. In this case the

10 temperatura ascendió hasta 52°C en 3000 segundos (50 minutos), momento en el que se desconectó la fuente de corriente. La intensidad de corriente circulante fue de 1 OOmA. Por lo que la potencia consumida resultó de unos 1 OW. The temperature rose to 52 ° C in 3000 seconds (50 minutes), at which time the power source was disconnected. The circulating current intensity was 1 OOmA. So the power consumed was about 1 OW.

En la Figura 4 se representa los resultados para el mismo tipo de ensayo pero sometido a un potencial fijo de 150V de corriente continua. En este caso la The results for the same type of test are shown in Figure 4 but subject to a fixed potential of 150V of direct current. In this case the

15 temperatura ascendió hasta 136°C en 4000 segundos (67 minutos), momento en el que se desconectó la fuente de corriente. La intensidad de corriente circulante fue de aproximadamente 225mA. Por lo que la potencia consumida resultó de unos 34W.
The temperature rose to 136 ° C in 4000 seconds (67 minutes), at which time the power source was disconnected. The circulating current intensity was approximately 225mA. So the power consumed was about 34W.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un composite cementicio con adición de nanofibras de carbono para calefacción que comprende: 1. A cementitious composite with the addition of carbon nanofibers for heating comprising:

a. to.: Una matriz cementicia basada en mezcla de cemento y agua, presentando durante las primeras horas naturaleza plástica, lo que permite darle forma o proyectarlo mediante pistolas de aire comprimido, y que tras un determinado tiempo de fraguado se transforma en un material rígido en forma de placa cuadrada de 1Ox1 Ox1 cm. A cementitious matrix based on a mixture of cement and water, presenting during the first hours a plastic nature, which allows it to be shaped or projected by means of compressed air guns, and which after a certain setting time is transformed into a rigid plate-shaped material 1Ox1 square Ox1 cm.

b. b.: Un 5% de nanofibra de carbono respecto a la masa de cemento que se adiciona a los componentes de la matriz cementicia previamente a su amasado. Las nanofibras de carbono se encuentran dispersadas uniformemente en la matriz cementicia. 5% carbon nanofiber with respect to the mass of cement that is added to the components of the cementitious matrix prior to its kneading. Carbon nanofibers are uniformly dispersed in the cement matrix.

c. C.: Dos contactos eléctricos de pintura de plata aplicada en dos caras menores opuestas de la probeta que permiten la aplicación de una corriente eléctrica. Two electrical contacts of silver paint applied on two opposite smaller faces of the specimen that allow the application of an electric current.

d. d.: Un sensor de temperatura adherido a la cara superior de la probeta que permite la monitorización de la variación de la temperatura en la superficie de la probeta. A temperature sensor adhered to the upper face of the specimen that allows monitoring of the temperature variation on the specimen surface.

2. 2.: Un composite cementicio según la reivindicación 1 para provocar el incremento de temperatura, mediante la aplicación de corriente eléctrica entre las caras opuestas con pintura de plata por medio de un fuente externa de corriente continua. A cementitious composite according to claim 1 to cause the temperature to rise, by applying electric current between the opposite faces with silver paint by means of an external direct current source.

3. 3.: Uso del composite según la reivindicación 1 para calefacción y control de la temperatura en estructuras de hormigón en servicio: edificios, puentes, autopistas y pistas de aeropuertos. Use of the composite according to claim 1 for heating and temperature control in concrete structures in service: buildings, bridges, highways and airport runways.