Materiales de Construcción (E-Journal)
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Adobes reciclados con poliestireno: una alternativa para la conservación y restauración de monumentos y sitios históricos
Full text linkIncorporating waste and recycled by-products of expanded polystyrene into adobe as a construction material is seen as a promising approach for sustainable waste management, reducing environmental pollutants, and offering a viable solution for social housing. The use of recycled expanded polystyrene to strengthen adobe has gained interest in the construction and heritage sectors due to its excellent physical and mechanical properties. This article evaluates the physical and mechanical characteristics of recycled adobe stabilized with expanded polystyrene for its potential use in construction and restoration. The findings reveal that adding polystyrene at concentrations of 5% and 6% increases compressive strength by 56.53% and reduces water absorption by 23.18% compared to unstabilized recycled adobe. Scanning electron microscope images show a thin, homogeneous layer formed by the polystyrene on the recycled adobe particles, without any visible cracks, making it a strong competitor to other stabilizers such as lime, asphalt, cement, tuna gum, eggshell, rice husk, mucilage, and PET fiber. These results suggest an alternative material for the construction and restoration of heritage buildings while also addressing environmental waste and improving access to housing for marginalized populations by revitalizing adobe production as a raw material.La incorporación de residuos y subproductos reciclados del poliestireno expandido al adobe como material de construcción, se considera un enfoque prometedor para la gestión sostenible de residuos, la reducción de los contaminantes ambientales y la oferta de una solución viable para viviendas sociales. El uso de poliestireno expandido reciclado para reforzar el adobe ha ganado interés en los sectores de la construcción y el patrimonio debido a sus excelentes propiedades físicas y mecánicas. Este artículo evalúa las características físicas y mecánicas del adobe reciclado estabilizado con poliestireno expandido para su potencial uso en construcción y restauración. Los hallazgos revelan que agregar poliestireno en concentraciones del 5% y 6% aumenta la resistencia a la compresión en un 56.53% y reduce la absorción de agua en un 23.18% en comparación con el adobe reciclado no estabilizado. Las imágenes de microscopio electrónico de barrido muestran una capa fina y homogénea formada por el poliestireno sobre las partículas de adobe reciclado, sin fisuras visibles, lo que lo convierte en un fuerte competidor de otros estabilizantes como la cal, el asfalto, el cemento, la goma de atún, la cáscara de huevo, la cascarilla de arroz, el mucílago y fibra PET. Estos resultados sugieren un material alternativo para la construcción y restauración de edificios patrimoniales, al mismo tiempo que abordan los residuos ambientales y mejoran el acceso a la vivienda para poblaciones marginadas revitalizando la producción de adobe como materia prima
Modelado predictivo de la resistencia a la compresión y las propiedades en fresco del hormigón autocompactante con áridos reciclados utilizando enfoques de aprendizaje automático
Full text linkSelf-Compacting Recycled Aggregate Concrete (SCRAC) has emerged as a practical engineering solution to recycle the construction aggregates. This study focusses on developing and comparing six popular Machine Learning (ML) models based on Multi Layer Perceptron regression (MLP), Gradient Boost Regression (GBR), Bagging regression (BG), Extreme Gradient Boost regression (XGB), K Nearest Neighbours regression (KNN), and Support Vector Regression (SVR), along with six metamodels prepared by stacking of these ML models, for prediction of each, Compressive Strength (CS), Slump Flow (SF) and V Funnel time (VF) of the SCRAC. Eight mix ratios were used as the input features. The best performance ranking was exhibited by Gradient Boost model GBR_CS for CS prediction whereas stacked models performed best for prediction of SF and VF. Additionally, multi-objective optimization and partial Pareto fronts were constructed to analyse trade-offs between CS, SF, cost, and CO2 emission.El Hormigón Autocompactante con Áridos Reciclados (SCRAC) es una solución de ingeniería para reciclar áridos de la construcción. Este estudio desarrolla y compara seis modelos de aprendizaje automático (ML), incluidos perceptrón multicapa (MLP), regresión de aumento de gradiente (GBR), regresión de ensacado (BG), regresión de aumento de gradiente extremo (XGB), K vecinos más cercanos (KNN) y regresión de vectores de soporte (SVR), junto con seis metamodelos basados en el apilamiento de estos modelos, para predecir la resistencia a la compresión (CS), flujo de asentamiento (SF) y tiempo de embudo V (VF) del SCRAC. Se utilizaron ocho proporciones de mezcla como características de entrada. El mejor rendimiento lo obtuvo GBR_CS para la predicción de CS, mientras que los modelos apilados fueron superiores en SF y VF. Además, se realizaron frentes de Pareto parciales y una optimización multiobjetivo para analizar las compensaciones entre CS, SF, costo y emisiones de CO2
Hormigón ecoeficiente optimizado por empaquetamiento de partículas que incorpora materiales cementantes suplementarios
Full text linkThe use of supplementary cementitious materials (SCM) is a key to reducing CO2 emissions in the cement industry. This study analyzed concrete dosed with Alfred’s packing model, incorporating waste powders (mixed powder, concrete powder, brick powder, and glass powder) as SCM at replacement levels of 48%, 33%, 42%, and 32%, respectively. Properties such as absorption, voids index, compressive strength, dynamic modulus of elasticity, electrical resistivity, and environmental indexes were evaluated at 28 days. Results showed that brick powder exhibits pozzolanic activity, while the other powders act as fillers. Except for mixed powder concrete, all achieved high-strength concrete status (>50 MPa). All mixtures had negligible corrosion risk and binder and carbon indexes reduced by up to 37% and 35%, respectively. The study highlights the potential of recycled powders to lower emissions and promote circular economy practices.El uso de materiales cementantes suplementarios (MCS) es clave para reducir las emisiones de CO2 en la industria del cemento. Este estudio evaluó hormigones dosificados con el modelo de empaquetamiento de Alfred, incorporando polvos residuales (mixto, hormigón, de ladrillo y vidrio) como MCS, con niveles de reemplazo del 48%, 33%, 42% y 32%, respectivamente. Se analizaron propiedades como absorción, vacíos, resistencia a la compresión, módulo dinámico de elasticidad, resistividad eléctrica e indicadores ambientales a los 28 días. El polvo de ladrillo mostró actividad puzolánica, mientras que los demás actuaron como rellenos. Todos los hormigones, excepto el de polvo mixto, superaron los 50 MPa, clasificándose como de alta resistencia. Además, todas las mezclas presentaron riesgo de corrosión insignificante y reducciones en los índices de aglutinante y carbono de hasta el 37% y 35%. El estudio destaca el potencial de los polvos reciclados para reducir emisiones y promover la economía circular
Efecto de la sustitución de arena natural por altos niveles de vermiculita expandida sobre las propiedades térmicas y mecánicas de los morteros de revestimiento
Full text linkCoating mortars must have properties that guarantee good performance in construction. Expanded vermiculite, as a substitute for fine aggregate, reduces thermal conductivity, specific mass and mechanical strength, which requires studying the levels of substitution. This study evaluated 1:1:6 mortars (cement:lime:aggregate) with a vermiculite replacement between 25% and 100%. Tests were carried out to evaluate energy efficiency, thermal conductivity, diffusivity, density, porosity and compressive and tensile strength. The results showed that mortars with a vermiculite replacement of 25% and 50% offered the best balance between thermal and mechanical properties, being suitable as coatings to improve thermal performance without compromising mechanical strength.Los morteros de revestimiento deben tener propiedades que garanticen un buen desempeño en la construcción. La vermiculita expandida, como sustituto del árido fino, reduce la conductividad térmica, la masa específica y la resistencia mecánica, lo que requiere estudiar los niveles de sustitución. Este estudio evaluó morteros 1:1:6 (cemento:cal:agregado) con un reemplazo de vermiculita entre el 25% y el 100%. Se realizaron ensayos para evaluar eficiencia energética, conductividad térmica, difusividad, densidad, porosidad y resistencia a la compresión y tracción. Los resultados mostraron que los morteros con un reemplazo de vermiculita del 25% y 50% ofrecieron el mejor equilibrio entre propiedades térmicas y mecánicas, siendo adecuados como revestimientos para mejorar el desempeño térmico sin comprometer la resistencia mecánica
Pulsos magnéticos en secuencias direccionales: un nuevo método para mejorar el índice de alineación de fibras de acero a través de campos magnéticos homogéneos en materiales compuestos de base cementicia
Full text linkDirectional-sequenced magnetic pulses (D-SMP) are a method to achieve a better alignment index of reinforcing steel fibers in Concrete with the same device at the same magnetic field. The optimal angles to apply the magnetic field are obtained through the analysis of the angular rotation of the fibers for a determined magnetic field and the Yield Stress (T0) of the matrix. The method has been studied for three commercial Hooked-end-fibers (HSFs) commonly used as reinforcement in cementitious composites in a transparent fluid with a similar T0 to that of cement composites. The efficiency of the D-SMP method is determined through directional statistics, setting the alignment index and the mechanical efficiency factor of the composite. The results obtained demonstrate that the D-SMP method results in a higher angular homogeneity of fibers, alignment index and efficiency factor than the use of a magnetic field in a single direction.Los pulsos magnéticos en secuencias direccionales como método consiguen un mejor índice de alineación de las fibras de acero de refuerzo en hormigón empleando el mismo dispositivo y campo magnético. Los ángulos óptimos para aplicar el campo magnético se obtienen mediante el análisis de la rotación angular de las fibras para un campo magnético determinado y la tensión de fluencia (T0) de la matriz. El método se ha estudiado para tres fibras comerciales, comúnmente utilizadas como refuerzo en compuestos cementicios, en un fluido transparente con una T0 similar a otros materiales cementicios. La eficiencia del método se determina mediante estadísticas direccionales, estableciendo el índice de alineación y el factor de eficiencia mecánica del material compuesto. Los resultados obtenidos muestran una mejora en la homogeneidad angular de las fibras, en el índice de alineación y en el factor de eficiencia que el uso de un campo magnético en una sola dirección
Impacto del cemento de aluminato de calcio y del sulfato cálcico en la formación del gel C-A-S-H durante la hidratación del cemento Portland
Full text linkThis study examines how calcium aluminate cement (CAC) and calcium sulfate influence the hydration and gel structure of Portland cement (PC). A binary PC/CAC (85/15) mix was compared with ternary systems containing 3% and 5% calcium sulfate under two curing conditions. FTIR and 29Si NMR analyses showed that CAC promotes aluminum incorporation into the C-S-H gel, leading to a more homogeneous C-A-S-H structure. Water curing further enhanced this integration, with increased Q² and reduced Q¹ signals. Calcium sulfate addition mitigated the silicate hydration delay caused by CAC and promoted longer silicate chains and higher Al(IV)/Si ratios. Overall, CAC enhances aluminum incorporation, while calcium sulfate improves silicate polymerization, resulting in a more uniform and well-structured C-A-S-H gel.Este estudio analiza cómo el cemento de aluminato de calcio (CAC) y el sulfato de calcio afectan la hidratación y el gel del cemento Portland (PC). Se comparó una mezcla binaria PC/CAC (85/15) con sistemas ternarios con 3% y 5% de sulfato en dos condiciones de curado. FTIR y RMN de 29Si mostraron que el CAC favorece la incorporación de aluminio en el gel C-S-H, formando un gel C-A-S-H más homogéneo. El curado con agua intensificó esta integración, con mayor presencia de Q² y menor de Q¹. La adición de sulfato de calcio redujo el retraso en la hidratación del silicato inducido por el CAC y favoreció cadenas de silicato más largas y relaciones Al(IV)/Si elevadas. En conjunto, el CAC mejora la incorporación de aluminio y el sulfato de calcio potencia la polimerización del silicato, generando un gel C-A-S-H más uniforme y estructurado
Alternativas cementantes sostenibles para el almacenamiento de energía térmica: materiales activados alcalinamente e híbridos basados en escoria
Full text linkThe transition to sustainable energy highlights the importance of thermal energy storage (TES) systems, particularly in concentrated solar power plants. While Portland cement has shown potential in TES applications, its high CO₂ emissions limit its sustainability. Therefore, this research examines alternative cementitious materials, specifically alkali-activated (AAM) and hybrid alkaline materials (HM), which use blast furnace slag as a binder and incorporate recycled aggregates such as glass waste and electric arc furnace slag. These alternatives not only demonstrate enhanced thermal and mechanical stability up to 500 °C but also exhibit improved energy efficiency. Finite Element Method simulations indicate that these alternatives can reduce TES system volume and improve heat transfer efficiency. Additionally, Life Cycle Assessment highlights significant reductions in carbon and water footprints. This study provides insights into the use of AAM and HM mortars as viable, lower-impact alternatives that align with sustainability goals in renewable energy applications.La transición hacia energías sostenibles resalta la importancia de los sistemas de almacenamiento de energía térmica (TES), especialmente en centrales termosolares. Aunque el cemento Portland ha mostrado potencial en estas aplicaciones, sus altas emisiones de CO₂ limitan su aplicación. Por ello, esta revisión analiza materiales cementantes alternativos, específicamente materiales activados alcalinamente (AAM) y morteros híbridos (HM), que emplean escoria de alto horno como conglomerante e incluyen áridos reciclados como residuos de vidrio y escoria de horno de arco eléctrico. Estos materiales no solo ofrecen mayor estabilidad térmica y mecánica hasta 500 °C, sino también una eficiencia energética superior. Las simulaciones mediante el Método de Elementos Finitos sugieren que estas alternativas pueden reducir el volumen del sistema TES y mejorar la transferencia de calor. Además, el Análisis de Ciclo de Vida destaca reducciones significativas en huellas de carbono y agua, alineándose con los objetivos de sostenibilidad en aplicaciones de energía renovable
Caracterización petrográfica y petrofísica de los principales morteros aéreos e hidráulicos usados en los sectores de la construcción y la rehabilitación
Full text linkPetrographic and petrophysical characterization of aerial and hydraulic mortars allows their differentiation and the establishment of their most suitable applications. Natural, aerial or hydraulic lime mortars as well as artificial cements mortars present different physical properties. It shall be noted that physical characteristics, which depend on petrographic characteristics, impact on its mechanical properties. Therefore, this comparative study with standardised techniques and tests, has analysed these mortars from a petrographic, petrophysical and mechanical point of view. The chemical processes and porosity originated during mortar production and subsequent curing phase explain mortar physical behaviour (hardness, strength, as well as fluid access and retention). This study confirms that air lime mortars are the most porous and least resistant while cement mortars are the most resistant and impermeable. Finally, natural hydraulic lime mortars, with petrographic characteristics similar to cement mortars, have physical-mechanical properties close to aerial ones, although they are more impermeable and resistant.La caracterización petrográfica y petrofísica de los morteros aéreos e hidráulicos permite distinguirlos y establecer sus aplicaciones más adecuadas. Los morteros de cales naturales, aéreas o hidráulicas, y cementos artificiales, presentan diferentes propiedades físicas. Estas, dependen de sus características petrográficas y repercuten en sus propiedades mecánicas. Por ello, este estudio comparativo con técnicas y ensayos normalizados ha analizado estos morteros desde un punto de vista petrográfico, petrofísico y mecánico. Los procesos químicos y porosidad originados durante la elaboración y posterior curado de los morteros explican su comportamiento físico (dureza, resistencia, acceso y retención de fluidos). Este estudio confirma que los morteros de cal aérea son los más porosos y menos resistentes, mientras que los de cemento son los más resistentes e impermeables. Asimismo, los morteros de cales hidráulicas naturales, con características petrográficas semejantes a los de cemento, presentan propiedades físico-mecánicas similares a los aéreos, aunque son más impermeables y resistentes
Adición de fibras de bagazo de caña y nanopartículas de sílice tipo MCM-41 sintetizadas a partir de vidrio reciclado y su efecto sinérgico en las propiedades de hormigón reforzado
Full text linkIn this study, waste materials such as recycled glass employed to synthesize mesoporous silica nanoparticles (NPs) and/or sugarcane bagasse fiber (SBF) were used to reinforce concrete samples, and their properties were evaluated. The cement additions used in this study were 0.8% NPs (0.8N), 1% SBF (1F), or a combination of the two (0.8N-1F). The addition of 0.8N-1F slightly improved the mechanical performance of concrete and offered the greatest decrease in carbonation, likely because these materials had the fewest permeable voids. The thermodynamic properties at the concrete‒steel interface tended to be reduced when the components were added, and there were marked differences in the corrosion potential and corrosion kinetics in concrete with the addition of SBF and NPs. Each material enhanced the performance properties of concrete, but the combination of both materials had a positive synergistic effect on all the studied properties.En este estudio se utilizaron materiales de desecho como vidrio reciclado para sintetizar nanopartículas mesoporosas de sílice (NPs), así como fibra de bagazo de caña de azúcar (FBC) para reforzar muestras de hormigón y evaluar sus propiedades. Las adiciones respecto a la masa de cemento fueron de 0.8% NPs (0.8N), 1% SBF (1F), o una combinación (0.8N-1F). El material adicionado con la combinación 0.8N-1F mostró una mejoría en el desempeño mecánico, la mayor disminución del avance de carbonatación y el menor valor de vacíos permeables. La condición termodinámica de la interfase hormigón-acero tiende a valores menos activos con las adiciones, y existen diferencias notables en los valores de resistencia eléctrica y cinética de corrosión en muestras con la adición de FBC y NPs. Por sí solo, cada material mejora las propiedades de rendimiento del hormigón, pero su combinación tiene un efecto sinérgico positivo en todas las propiedades estudiadas
Mecanismo de influencia del tamaño de las partículas y las características geométricas de la interfaz en el comportamiento mecánico de corte de la interfase arena-hormigón
Full text linkThe effects of sand grain size and interface groove spacing on the shear behavior of the sand-concrete interface were investigated under consistent roughness conditions through a series of interface shear tests. Tests utilized different grain sizes of sand and concrete slabs with varying surface textures, based on the sand pouring method. The results were compared with those of pure sand shear tests to evaluate variation characteristics in parameters such as shear stress and friction angle in the interface shear tests. Additionally, the particle flow model was employed to comprehensively analyze rotation characteristics of sand particles and the development trend of shear band width. The findings indicate that: (1) interface shear strength is closely linked to grain size distribution range and groove spacing; (2) thickness of the shear band is positively correlated with particle size, while its correlation with groove spacing is weaker.Para estudiar el efecto del tamaño de grano de arena y el espaciado de ranuras en el corte de la interfase arena-hormigón, se realizaron ensayos usando el método de irrigación de arena. Se usaron arenas de diversos tamaños y losas de hormigón con diferentes texturas superficiales. Se analizaron cambios en el esfuerzo cortante y el ángulo de fricción. También, se empleó un modelo de flujo de partículas para examinar cómo las características de rotación de las partículas de arena influyen en el ancho de la banda de corte. Los resultados mostraron que: (1) La resistencia al corte de la interfaz está estrechamente relacionada con la distribución del tamaño de las partículas y el espaciado de las ranuras; (2) El grosor de la banda de corte se correlaciona positivamente con el tamaño de las partículas, mientras que su relación con el espaciado de las ranuras es menos notable