Función de apantallamiento de interferencia electromagnética de pastas de cemento con materiales carbonosos y cenizas volantes procesadas

Abstract

RESUMENEn el presente trabajo se investiga la influencia de la adición de diferentes tipos de materiales carbonosos (polvo de grafito y 3 tipos de fibra de carbono), de una ceniza volante con diferentes contenidos de fase magnética (5,6%, 15,9% y 24,3% de Fe 2 O 3 ) y de una mezcla de ambos, sobre la capacidad de apantallar interferencias electromagnéticas de pastas de cemento Pórtland. Entre los parámetros estudiados se encuentra: el tipo de material carbonoso, la relación de aspecto del material carbonoso, el espesor del material compuesto, la frecuencia de la radiación electromagnética incidente y el porcentaje de fracción magnética en la ceniza volante. Los resultados obtenidos indican que entre los materiales carbonosos estudiados son las fibras de carbono basadas en poliacrilonitrilo con una mayor relación de aspecto las que dan mejores resultados de apantallamiento. Al aumentar el espesor del material compuesto o la frecuencia de radiación también aumenta la eficacia del apantallamiento. En lo que respecta a la ceniza volante, el incremento de la fracción magnética de la ceniza incrementa el nivel de apantallamiento. No obstante, los resultados más eficaces se obtienen por la adición conjunta de fibras de carbono y ceniza volante debido a un efecto sinérgico.Palabras clave: Apantallamiento EMI, pasta de cemento, ceniza volante procesada, fibra de carbono, polvo de grafito. ABSTRACTThe study described in this article explored the effect of adding different types of carbon materials (graphite powder and three types of carbon fibre), fly ash (with 5.6%, 15.9% and 24.3% Fe 2 O 3 ), and a mix of both on electromagnetic interference (EMI) shielding in Portland cement pastes. The parameters studied included the type and aspect ratio of the carbonic material, composite material thickness, the frequency of the incident electromagnetic radiation and the percentage of the magnetic fraction in the fly ash. The findings showed that the polyacrylonitrile-based carbon fibres, which had the highest aspect ratio, provided more effective shielding than any of the other carbon materials studied. Shielding was more effective in thicker specimens and at higher radiation frequencies. Raising the magnetic fraction of the fly ash, in turn, also enhanced paste shielding performance. Finally, adding both carbon fibre and fly ash to the paste resulted in the most effective EMI shielding as a result of the synergies generated.Keywords: EMI shielding, cement paste, processed fly ash, carbon fibre, graphite powder. Persona de contacto/Corresponding author: pedro.garces@ua.es INTRODUCCIÓNLos materiales cementantes tienen una gran importancia en el campo de la ingeniería estructural debido a sus propiedades mecánicas, buena durabilidad y bajo coste. Sin embargo, durante los últimos años, se está haciendo un esfuerzo para aumentar la funcionalidad de este material estructural y obtener un mayor rendimiento del mismo (1). Esta investigación se ha enfocado en la mejora del apantallamiento de interferencia electromagnética (EMI) ofrecida po...

Efecto de la adición de nanofibras de carbono en las propiedades mecánicas y de durabilidad de materiales cementantes

“…Por ello en los últimos años muchas líneas de investigación trabajan en el desarrollo de materiales multifuncionales que combinen propiedades estructurales y funcionales (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11).…”

“…Las propiedades funcionales incluyen la función de percepción de deformación (1, 2), percepción de daño (9), sensor de temperatura, control térmico (4), reducción de vibraciones (10) y reflexión de ondas electromagnéticas (8,11). La multifuncionalidad se consigue incorporando al composite de matriz cementicia distintas adiciones, como materiales carbonosos conductores, que deben conferirle propiedades funcionales manteniendo o incluso mejorando sus características estructurales y que sean compatibles con una variedad amplia de distintas matrices cementicias (12,13).…”

“…Los métodos empleados para tal fin van desde el uso combinado de surfactantes y sonicado, la modificación superficial de las nanofibras, funcionalización (incorporación de grupos moleculares a la superficie de la fibra que mejoren su afinidad con la matriz) (14), hasta incluso el crecimiento de las nanofibras de carbono directamente on the development of multifunctional materials which combine both structural properties and functional applications (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11).…”

“…The functional properties include self-strain sensing function (1-2), damage sensing (9), temperature sensors, thermal control (4), vibration reduction (10) and electromagnetic waves reflection (8,11). Multifunctionality is obtained by adding different additions to the cementitious matrix composite, such as conductive carbon materials, which can maintain or improve its structural characteristics and can be compatible with a wide variety of cementitious matrix (12,13).…”

Self-heating function of carbon nanofiber cement pastes

“…These functional properties are related to self-heating (e.g. for deicing or room heating) (5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15), strain or damage sensing (16)(17), EMI shielding (18)(19)(20), or as an anode in the electrochemical chloride extraction technique (21)(22)(23) or cathodic protection (24)(25).…”