Self-heating function of carbon nanofiber cement pastes

Abstract

The viability of carbon nanofiber (CNF) composites in cement matrices as a self-heating material is reported in this paper. This functional application would allow the use of CNF cement composites as a heating element in buildings, or for deicing pavements of civil engineering transport infrastructures, such as highways or airport runways. Cement pastes with the addition of different CNF dosages (from 0 to 5% by cement mass) have been prepared. Afterwards, tests were run at different fixed voltages (50, 100 and 150V), and the temperature of the specimens was registered. Also the possibility of using a casting method like shotcrete, instead of just pouring the fresh mix into the mild (with no system’s efficiency loss expected) was studied. Temperatures up to 138 °C were registered during shotcrete-5% CNF cement paste tests (showing initial 10 °C/min heating rates). However a minimum voltage was required in order to achieve a proper system functioning.

En este artículo se estudia la viabilidad del uso de matrices cementicias con adición de nanofibras de carbono (NFC) como elementos calefactores. Esto permitiría aumentar la temperatura de estancias en edificación o el deshielo de pavimentos en obras civiles. Se han fabricado pastas de cemento con distintas dosificaciones de NFC (0, 1, 2 y 5% respecto masa del cemento) y sometidas al paso de corriente continua a distintos potenciales fijos (50, 100 y 150 V), mientras se controlaba la temperatura en distintos puntos. Se ha estudiado la viabilidad de utilizar la proyección de la pasta fresca como método de puesta en obra, sin perjudicar la eficiencia del sistema. Se consiguieron temperaturas de hasta 138 °C (con velocidades iniciales de 10 °C/min) para pasta proyectada con 5% NFC. Además se ha detectado la necesidad de un potencial mínimo para que la densidad de corriente resultante sea suficiente para producir el efecto esperado.