La influencia del contenido de perlas de vidrio en el coeficiente de expansión térmica de las resinas epoxi

Introducción

Las resinas epoxi se han utilizado ampliamente en el ámbito del refuerzo y la reparación de edificios debido a su excelente adhesión, sus propiedades mecánicas y su resistencia a la corrosión química. En concreto, la resina epoxi se utiliza para el relleno de grietas y la reparación de superficies en la restauración de estructuras de hormigón, lo que permite restablecer eficazmente su integridad y durabilidad. Sin embargo, la resina epoxi pura sufre un cierto grado de variación dimensional durante el proceso de Curado (reacciones de reticulación)Traducido literalmente, el término "reticulación" significa "creación de redes cruzadas". En el contexto químico, se utiliza para designar reacciones en las que las moléculas se unen introduciendo enlaces covalentes y formando redes tridimensionales.curado y en entornos calientes. Si su coeficiente de expansión térmica difiere considerablemente del del sustrato de hormigón, es probable que se generen tensiones internas en la interfaz durante los cambios de temperatura, lo que a su vez provocará desprendimientos o fisuras secundarias y, en última instancia, afectará al resultado de la reparación y a la estabilidad a largo plazo [1].

Para mejorar la estabilidad dimensional de las resinas epoxi, a menudo se incorporan rellenos inorgánicos a la matriz de la resina con el fin de reducir su coeficiente de expansión térmica. Las perlas de vidrio, un relleno inorgánico hueco y ligero de tamaño micrométrico, se caracterizan por un bajo coeficiente de expansión térmica, una alta resistencia específica y una buena fluidez [2]. No solo pueden reducir el coeficiente de expansión térmica del material compuesto, sino también, en cierta medida, el peso propio del material de reparación, lo que las hace prácticas y económicas.

Las muestras utilizadas en este experimento fueron resinas epoxi empleadas para la reparación de grietas en edificios, con amida fenólica como agente de Curado (reacciones de reticulación)Traducido literalmente, el término "reticulación" significa "creación de redes cruzadas". En el contexto químico, se utiliza para designar reacciones en las que las moléculas se unen introduciendo enlaces covalentes y formando redes tridimensionales.curado, complementadas con cardanol (C) y dietilentriamina (D) para formar un sistema compuesto de aceleradores de Curado (reacciones de reticulación)Traducido literalmente, el término "reticulación" significa "creación de redes cruzadas". En el contexto químico, se utiliza para designar reacciones en las que las moléculas se unen introduciendo enlaces covalentes y formando redes tridimensionales.curado (Figura 1). Mediante la adición de perlas de vidrio (GB) con diferentes fracciones másicas (0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 %) a la resina (la proporción de adición se calcula como el porcentaje de la masa de la resina epoxi), se estudió la influencia de su contenido en el coeficiente medio de expansión térmica de la resina epoxi. El instrumento de ensayo utilizado en este experimento fue un analizador termomecánico TMA 402 F1 de NETZSCH (equipado con un horno de acero inoxidable).

Condiciones experimentales

Las condiciones de medición se detallan en la tabla 1.

Tabla 1: Condiciones experimentales

Resultados de las mediciones y discusión

La figura 2 muestra las curvas dL/L0 de la segunda serie de ensayos de las muestras de resina epoxi curada con diferentes contenidos de GB. La tabla 2 resume la temperatura de transición vítrea (_Tg) y el coeficiente medio de expansión térmica (mCTE) de cada muestra en diferentes rangos de temperatura.

Como se muestra en la Tabla 2, la_Tg de la resina epoxi disminuye ligeramente al aumentar el contenido de GB. La muestra de referencia (1#) presenta una_Tg de 60,8 °C; con un 2,0 % de GB, la_Tg alcanza los 57,9 °C, lo que supone una reducción de 2,9 °C. Este descenso marginal se atribuye a la ruptura de la red de reticulación y al aumento del volumen libre en la interfaz [3], así como a trazas de humedad y aditivos residuales que inhiben ligeramente el Curado (reacciones de reticulación)Traducido literalmente, el término "reticulación" significa "creación de redes cruzadas". En el contexto químico, se utiliza para designar reacciones en las que las moléculas se unen introduciendo enlaces covalentes y formando redes tridimensionales.curado [4].

Tabla 2:_Tg y mCTE de muestras de resina epoxi con diferentes contenidos de GB

En el estado vítreo (de -40 °C a 0 °C), el mCTE disminuye de 84,49 × 10⁻⁶ K⁻¹ a 81,29 × 10⁻⁶ K⁻¹ a medida que el contenido de GB aumenta del 0 al 2,0 %, lo que corresponde a una reducción del 3,8 %. Esto indica que los GB rígidos limitan la expansión térmica incluso cuando la matriz se encuentra por debajo de la_Tg. En el estado elástico (de 100 °C a 150 °C), el epoxi puro presenta un mCTE de 202,65 × 10⁻⁶ K⁻¹ (aproximadamente 2,4 veces el valor en estado vítreo). La adición del 2,0 % de GB reduce este valor a 192,42 × 10⁻⁶ K⁻¹ (una reducción del 5,1 %), lo que confirma un efecto de restricción más pronunciado en el estado gomoso.

En todo el intervalo de temperaturas estudiado, el mCTE se correlaciona negativamente con el contenido de GB, lo que concuerda con los resultados de la bibliografía [5].

Conclusión

A partir de los resultados de los ensayos de muestras obtenidos con el TMA 402 F1 , es posible caracterizar con precisión el comportamiento térmico de los compuestos. La incorporación de perlas de vidrio reduce significativamente el coeficiente de dilatación térmica de la resina epoxi, mejora la compatibilidad térmica con los sustratos de hormigón y disminuye el riesgo de desprendimiento y agrietamiento provocado por los cambios de temperatura, lo que proporciona una base experimental para la optimización de la formulación de los materiales de reparación del hormigón.