Evaluación del potencial de fibras cortas lignocelulósicas extraídas del tallo residual de girasol (Helianthus annuus), para ser empleadas como aditivo en materiales compuestos de matriz cerámica, con aplicación en el sector de la construcción

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo se planteó la posibilidad de extraer fibras vegetales provenientes de tallos de girasol residuales de procesos productivos y comerciales de la planta y emplearlos como refuerzo en mampostería, como reemplazo a fibras sintéticas, usadas para reducir fisuras en matrices cerámicas como el concreto. Durante el desarrollo de la investigación, las fibras de girasol fueron sometidas a tres diferentes tratamientos. Un primer tratamiento donde las fibras fueron sumergidas en cinco reactivos: Silicato de Sodio (Na2SiO3), Hidróxido de Sodio (NaOH), Bicarbonato de Sodio (NaHCO3), Hipoclorito de Calcio (Ca(ClO)2) y Cal Hidratada (Ca(OH)2). En el segundo tratamiento las fibras fueron secadas en horno durante diferentes tiempos: 1, 3 y 5 horas y, por último, en el tercer tratamiento, las fibras fueron carbonatadas en una cámara por 2, 3 y 5 horas. Con el objeto de identificar cuáles tratamientos mejoraban las propiedades mecánicas de la fibra de girasol, se realizaron pruebas de tracción a las fibras con y sin tratamientos, así como pruebas SEM y FTIR para la caracterización de la fibra y la comparación morfológica del cambio en la superficie de las fibras y se efectúo un análisis estadístico empleando la plataforma Stat Graphics para identificar los tratamientos que presentaron diferencias estadísticamente significativas. Los resultados del análisis arrojaron que la fibra de girasol responde positivamente a los tratamientos con Silicato de Sodio e Hidróxido de Sodio, favoreciendo en mayor grado la resistencia a la tracción de las fibras de girasol, las cuales pasaron de 470 MPa a 825 MPa al tratarse con Silicato de Sodio. Las horas de carbonatación también incidieron considerablemente en el comportamiento mecánico de las fibras, a diferencia de las horas de secado que no presentaron una diferencia estadísticamente significativa. En cuanto a la aplicación de las fibras en probetas de concreto, buscando evaluar el fisuramiento superficial en obras de mampostería, se encontró que la fibra incrementó la resistencia a la compresión hasta un 20% en comparación con probetas de concreto sin adición de fibra de girasol.

ABSTRACT: In the present work was proposed the possibility of extracting vegetable fibers from residual sunflower stems from productive and commercial processes of the plant, to use them as reinforcement in masonry and as a replacement for synthetic fibers, currently used to reduce cracks in ceramic matrices such as concrete. During the research’s development, the sunflower fibers were subjected to three different treatments. A first treatment where the fibers were immersed in five reagents: Sodium Silicate (Na2SiO3), Sodium Hydroxide (NaOH), Sodium Bicarbonate (NaHCO3), Calcium Hypochlorite (Ca(ClO)2) and Hydrated Lime (Ca(OH)2). In the second treatment the fibers were oven dried for different times: 1, 3 and 5 hours and, finally, in the third treatment, the fibers were carbonated for 2, 3 and 5 hours. In order to identify which treatments improved the mechanical properties of the sunflower fiber, tensile tests were carried out on the fibers with and without treatments, as well as SEM and FTIR tests for the characterization of the fiber and the morphological comparison of the change in the fiber surface. A statistical analysis was carried out using the Stat Graphics platform to identify the treatments that presented statistically significant differences. The analysis results showed that the sunflower fiber responds positively to the treatments with Sodium Silicate and Sodium Hydroxide, favoring to a greater degree the tensile strength of the sunflower fibers, which went from 470 MPa to 825 MPa when treated with Sodium Silicate. The hours of carbonation also had a considerable impact on the mechanical behavior of the fibers, unlike the hours of drying, which didn’t present a statistically significant difference. Regarding the application of the fibers in concrete specimens, seeking to evaluate the surface cracking in masonry works, it was found that the fiber increased the compressive strength up to 20% compared to concrete specimens without the addition of sunflower fiber.