Análisis comparativo de protocolos reológicos rotacionales continuos para caracterización de mezclas de mortero para impresión 3D

Abstract

La tecnología de impresión 3D aplicada a la construcción ha experimentado un gran avance en la última década tanto a nivel industrial como científico. A pesar de ello, aún presenta diversos desafíos, siendo uno de los más importantes la falta de un ensayo normalizado para el control y caracterización de las mezclas imprimibles. La presente tesis busca plantear un protocolo de ensayo reológico de rotación continua que facilite el control y caracterización de las mezclas para impresión 3D en estado fresco. Con ese objetivo, se compararon cuatro patrones de velocidad de cizalla (rampa, horizontal, triangular y trapezoidal), tres velocidades de cizalla máxima (0.01,1y10s−1) y tres tiempos de duración de ensayo (60,300 y 600segundos), derivando en 36 protocolos reológicos. Se usó el reómetro HAAKE Viscotester iQ, un reómetro de rotación continua operado a velocidad de cizalla controlada (CSR). Cada protocolo fue aplicado en un ensayo reológico, por lo que se realizaron 36 ensayos. En todos los ensayos, se usó la misma mezcla. Con los resultados de los ensayos, se elaboran dos curvas: la curva de esfuerzo, para los patrones horizontal y rampa, y la curva de flujo, para los patrones triangular y trapezoidal. A partir de la curva de esfuerzos, se obtienen los valores de esfuerzo de corte estático y esfuerzo de corte dinámico y, a partir de la curva de flujo, los valores de esfuerzo de corte estático, tixotropía y los parámetros de Bingham (esfuerzo de corte dinámico y viscosidad plástica). Se encontró que con los ensayos con velocidad de cizalla máxima igual a 0.01 s−1 no se obtienen las propiedades reológicas. En cambio, los protocolos con patrones de velocidad de cizalla trapezoidal y triangular con velocidad de cizalla iguala 10 s−1 permiten obtener el esfuerzo de corte estático, esfuerzo de corte dinámico, viscosidad plástica y tixotropía. Además, con la velocidad de cizalla máxima de 10 s−1 se obtiene el valor de esfuerzo de corte estático en menos tiempo que con los ensayos con velocidad es de 0.01 y 1 s−1. Por otro lado, el patrón de velocidad de cizalla trapezoidal simula los esfuerzos cortantes a los que se somete la mezcla durante el proceso de impresión. Finalmente, se encontró que ensayos con los protocolos de patrón de velocidad de cizalla trapezoidal de menor duración no genera diferencias considerables de los valores de parámetros reológicos respecto a los ensayos de mayor duración. Por estas razones, se concluye que el protocolo con patrón de velocidad de cizalla trapezoidal, velocidad de cizalla máxima igual a 10 s−1 y 60 segundos de duración es el más apropiado para el control y caracterización reológica de mezclas para impresión. Este protocolo será de gran utilidad para la naciente industria de la construcción mediante impresión 3D, y a que es aplicable a diversos tipo de mezclas (cementicias, geopoliméricas y arcillosas) y puede ser utilizado con distintos reómetros y sistemas de medición.