Materiales de Construcción (E-Journal)
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Materiales cementantes activados alcalinamente para la fabricación de bloques y adoquines peatonales con baja huella de carbono: Propiedades mecánicas y análisis LCA
Full text linkThis study proposes using two types of binders based on fly ash (FA) as primary raw material and a calcium source such as ground granulated blast furnace slag (GBFS) or Portland cement (OPC) for the production of eco-efficient pre-fabricated materials. These binders are denoted FA/GBFS (70/30) and FA/OPC (80/20). A mix of commercial sodium silicate and sodium hydroxide was used as a traditional activator (SN), and the mix of rice husk ash (RHA) and NaOH as an alternative activator (RN). The results show the possibility of obtaining a binary cement (FA/GBFS-RN) with compressive strength up to 38 MPa after curing for 28 days and 65 MPa after curing for 360 days. The hybrid binder (FA/OPC-RN) reported 30 MPa and 61 MPa at the same age of curing. Additionally, FA/GBFS-RN reports reductions in the environmental and health impacts of up to 75% compared to systems made with sodium silicate and sodium hydroxide. Based on the results, FA/GBFS-RN paste was selected as the optimal material for producing masonry blocks and pedestrian pavers, which met the Colombian standards.Este estudio propone el uso de dos tipos de aglomerantes basados en ceniza volante como materia prima principal (FA) y una fuente de calcio, tal como escoria de alto horno (GBFS) o cemento Portland (OPC) para la producción de materiales prefabricados ecoeficientes. Los cementantes se denominaron FA/GBFS (70/30) y FA/OPC (80/20). Como activadores se emplearon, uno tradicional que consistió en la mezcla de silicato de sodio con hidróxido de sodio (SN) y uno alternativo, correspondiente a la mezcla de ceniza de cascarilla de arroz (RHA) e hidróxido de sodio (RN). Los resultados muestran la posibilidad de obtener un cementante binario (FA/GBFS-RN) con resistencias a la compresión de hasta 38 MPa a los 28 días y 65 MPa a 360 días. El cementante hibrido (FA/OPC-RN) reportó 30 MPa y 61 MPa a la misma edad de curado. Adicionalmente, FA/GBFS-RN reportó reducciones de hasta un 75% en el impacto ambiental y de salud en comparación con los sistemas fabricados con silicato de sodio e hidróxido de sodio. Basados en los resultados, la pasta (FA/GBFS-RN) fue seleccionada para la producción de bloques de mampostería y adoquines peatonales, los cuales cumplieron las normas técnicas colombianas
Influencia de la adición de fibras de carbon en las propiedades de los morteros de cal hidráulica: comparación con fibras de vidrio y basalto
Full text linkIn recent years, the use of hydraulic lime in conservation and restoration of historic buildings has increased due to the pathological processes involved in the use of Portland cement. This investigation determines the properties of hydraulic lime mortars with added carbon fibers for their possible use in restoration of architectural heritage. The results obtained are compared with mortars to which glass and basalt fibers have been added. The results show that the fibers affect significantly the behaviour of the mortar. Although the fibers have a negative impact in the workability and increase the air void content, they improve significantly the mechanical strengths. Although no relevant differences have been found in the pre-cracking behaviour, it has been proven that the fibers avoid a fragile behaviour of the mortar, showing a better post-cracking behaviour. Mortars with carbon fibers are the ones that show the best performance, increasing the toughness up to 12080% over the reference mortars.En los últimos años, se ha incrementado el uso de cal hidráulica en trabajos de conservación y restauración de edificios históricos debido a los procesos patológicos involucrados en el uso de cemento Portland. En esta investigación se determinan las propiedades de los morteros de cal hidráulica con adición de fibras de carbono para su posible uso en restauración del patrimonio arquitectónico. Se comparan los resultados obtenidos con morteros a los que se les han añadido fibras de vidrio y basalto. Los resultados muestran que las fibras afectan significativamente al comportamiento del mortero, mejorando significativamente las resistencias mecánicas. Aunque no se han encontrado diferencias relevantes en el comportamiento previo al agrietamiento, se ha demostrado que las fibras evitan una rotura frágil del mortero, mostrando un mejor comportamiento posterior al agrietamiento. Los morteros con fibras de carbono son los presentan un mejor rendimiento, aumentando la tenacidad hasta un 12080% sobre los morteros de referencia
Evaluación de las propiedades físico-mecánicas de morteros de albañilería producidos en base de cemento y cal con áridos reciclados mixtos
Full text linkThis study investigated the physical-mechanical effects of cement-lime mortars containing recycled aggregate of construction and demolition waste (CDW). The natural aggregate (NA) was replaced by volume at 25%, 50%, 75% and 100% by mixed recycled aggregate (MRA) obtained from the CDW crushing. Five types of mortars were prepared with a volumetric ratio of 1:1:6 (cement, lime and aggregate) and water/binder ratio based on the fixed consistency of 260 mm. The effects of MRA on fresh and hardened mortars’ properties were analyzed. The results were analyzed using a one-way ANOVA. MRA incorporation improved most of the physical-mechanical properties of mortars tested, except for hardened bulk density, water absorption and porosity. In the long-run, mechanical strengths significantly increased in all compositions, especially those with higher percentages of MRA. The results obtained showed that the use of MRA in masonry mortars is an alternative to reduce the generation of waste and consumption of natural resources.Este estudio investigó los efectos físico-mecánicos de los morteros de cemento y cal con áridos reciclados de residuos de construcción y demolición (RCD). El árido natural (AN) se reemplazó en volumen al 25%, 50%, 75% y 100% por el árido reciclado mixto (ARM) obtenido de la trituración de RCD. Se prepararon cinco tipos de morteros con una relación volumétrica de 1: 1: 6 (cemento, cal y áridos) y una relación de agua / aglomerante en función de la consistencia fija de 260 mm. Se analizaron los efectos del ARM en las propiedades de los morteros frescos y endurecidos. Los resultados se analizaron utilizando un ANOVA-simple. La incorporación de ARM mejoró la mayoría de las propiedades físico-mecánicas de los morteros, excepto la densidad aparente endurecida, la absorción de agua y la porosidad. A largo plazo, las resistencias mecánicas aumentaron significativamente en todas las composiciones, especialmente en aquellas con porcentajes más altos de ARM. Los resultados obtenidos mostraron que el uso de ARM en morteros de albañilería es una alternativa para reducir la generación de residuos y el consumo de recursos naturales
Evaluación del comportamiento a la fatiga de másticos bituminosos reforzados con poliolefinas a través de una metodología basada en energía disipada
Full text linkPolymers are known to improve the fatigue resistance of sphalt mastics. However, undesirable results can be obtained if the polymer is not successfully integrated into the bitumen binder. The goal of this work is to evaluate the effect of the addition of three selected polyolefins on their mastic’s fatigue performance. Low and high density polyethylenes (LDPE and HDPE) and polypropylene (PP) were chosen and used at the concentration of 4 wt.%. A dissipated energy approach was used in order to analyze the fatigue resistance, at 25 ºC, of the three composites studied. Dynamic time sweeps at and above the linear viscoelastic threshold were carried out. Based on that, the results demonstrated a better improvement when the LDPE was considered. For that binder, fluorescence optical microscopy observations at 25 ºC provided morphological evidence of a more homogeneous bitumen-polymer distribution which could be behind the improved fatigue behavior.El uso de polímeros mejora la resistencia a la fatiga de los másticos asfálticos. Sin embargo, se pueden obtener resultados no esperados si el polímero no se integra eficientemente en el ligante bituminoso. El objetivo de este trabajo es evaluar el efecto de la adición de 3 poliolefinas sobre el comportamiento a la fatiga. Se seleccionaron polietilenos de baja y alta densidad (PEBD y PEAD) y polipropileno (PP) que se usaron al 4 % en peso. Se empleó una metodología basada en la energía disipada, a 25 ºC. Se realizaron ensayos dinámicos de barrido de tiempo en el límite y por encima del intervalo de viscoelasticidad lineal, que demostraron un mejor comportamiento para el mástico que contenía PEBD. Para él, se observó a través de microscopía óptica de fluorescencia que la distribución de polímero en el betún era mucho más homogénea, y éste podría ser el motivo del comportamiento mejorado
Hormigón conductor con fibras de carbono recicladas para aplicaciones calefactables en mobiliario urbano
Full text linkThis paper presents a broad experimental study performed at laboratory and industrial facilities to develop conductive concrete for self-heating and de-icing applications in urban furniture. Self-heating capacity is achieved by the application of electric current through a highly dense matrix containing recycled carbon fibers and graphite flakes. Prisms and slabs were fabricated with two different conductive concretes and electrode configurations to characterize the electrical properties and heating performance. Finally, 3 benches with different electrode disposals were fabricated to assess the heating capacity in real-scale applications. The results presented indicate promising results about the use of recycled carbon fibers for electrothermal concrete applications and identify the electrode configuration that allows the most efficient heat transfer and reduction of temperature gradients within the heated element. Real-scale tests show that the current technology developed is potentially applicable at de-icing applications in climates where temperatures remain within the range of -3 or -5 ºC.Este artículo presenta un extenso trabajo experimental a escala laboratorio e industrial para desarrollar mobiliario urbano con hormigones conductores calefactables. La capacidad calefactable se alcanza mediante la aplicación de corriente eléctrica por una matriz de hormigón con fibras de carbono recicladas y escamas de grafito. Se fabricaron prismas y losas con dos hormigones conductores y distintas configuraciones de electrodos para caracterizar sus propiedades eléctricas y capacidad calefactora. Finalmente, se fabricaron 3 bancos para evaluar la capacidad de calentamiento en aplicaciones a escala real. Los resultados muestran el potencial de las fibras de carbono recicladas para su uso en aplicaciones electrotérmicas e identifican las configuraciones de electrodos más adecuadas para reducir los gradientes de temperatura dentro del elemento calefactado. Por último, los ensayos a escala real muestran que la tecnología desarrollada es potencialmente válida para aplicaciones de des-hielo en climas donde la temperatura varía entorno los -3 y -5 ºC
Estimación de la resistencia a compresión simple del jabre estabilizado “in situ” con cemento como material en la formación de explanadas de carreteras
Full text linkGranite rock has powerful alterations at several meters of depth. The clayed sand resulting is commonly known as jabre. This “in situ” mixture of cement-stabilized soil requires a laboratory formula. Even when the test section is correctly verified, the mechanical properties of the homogeneous mixture of jabre exhibit high degrees of dispersion. The laboratory work undertaken included particle-size analysis and screening, definition of liquid and plastic limits, compressive strength, dry density and moisture content over stabilized samples, modified Proctor, California Bearing Ratio (CBR) and the determination of the workability of the hydraulically bound mixtures. The stress resistance curve was analyzed by means of a multilinear model of unconfined compressive strength (UCS). Since practical engineering only requires UCS for 7 days, in order to gain greater knowledge of the material, other UCS transformations were used at other curing times such as 7, 14 and 28 days.La roca granítica presenta habitualmente un horizonte de alteración con varios metros de potencia. La arena arcillosa resultante como producto de alteración se denomina comúnmente jabre. Aunque la fórmula de trabajo de la estabilización de jabre con cemento se verifique correctamente en tramos de prueba, la estabilización “in situ” del jabre con cemento presenta habitualmente elevadas dispersiones. Entre los ensayos de laboratorio efectuados se encuentran los ensayos de análisis granulométrico, límites de Atterberg, resistencia a compresión simple (RCS), la densidad y humedad sobre probetas de suelo estabilizado, Proctor modificado, índice CBR (California Bearing Ratio) y el plazo de trabajabilidad de la mezcla con cemento. La curva de endurecimiento del suelo estabilizado fue ajustada mediante un modelo multilineal. Aunque tradicionalmente se especifique la RCS a 7 días, buscando definir un mejor comportamiento del material, los autores calcularon otros modelos de jabre estabilizado para roturas a 7, 14 y 28 días
Estabilización de suelo arcilloso utilizando materiales cementicios activados alcalinamente
Full text linkIn this study, a clayey soil classified as A-7-5 according ASTM D3282, was stabilized using alkali-activated cementitious materials (AAC) added to the soil dry in percentages of 20 and 30%. Fly ash (F1, F2) with high unburned carbon content (up to 38.76%), hydrated lime (L) and granulated blast furnace slag were used. Unconfined compressive strength and flexural strength at 28 days of curing and the durability after 12 wetting-drying cycles were evaluated. The results were compared with a soil-cement reference mixture. The soil treated with AAC-F1L showed a volume expansion of 0.51% and volume contraction of -0.57% compared with the 0.59% expansion and -0.68% contraction of the soil-cement reference mixture. Additionally, the mass loss after the wetting and drying cycles is only 3.74% which is slightly lower than the mass loss of the soil stabilized with ordinary Portland cement (OPC) (3.86%) and well below the value specified in Colombian regulations (7%).En este estudio, un suelo arcilloso clasificado como A-7-5 según ASTM D3282, se estabilizó utilizando materiales activados alcalinamente (AAC) en porcentajes de 20 y 30%. Se utilizaron cenizas volantes (F1, F2) con alto contenido de inquemados (hasta 38,76%), cal hidratada (L) y escoria granulada de alto horno. Se evaluó la resistencia a la compresión confinada y la resistencia a la flexión a 28 días de curado y la durabilidad después de 12 ciclos de humectación-secado. Los resultados se compararon con una mezcla de referencia suelo-cemento. El suelo tratado con AAC-F1L mostró una expansión y contracción volumétrica del 0,51% y -0,57% respectivamente, en comparación con el 0,59% y -0,68% de la mezcla de referencia suelo-cemento. Además, la pérdida de masa después de los ciclos de humectación y secado es sólo 3.74%, valor ligeramente inferior a la del suelo estabilizado con cemento Portland (3.86%) y muy inferior al valor especificado en la normativa colombiana (7%)
Activación alcalina de áridos cerámicos reciclados provenientes de residuos de construcción y demolición
Full text linkEnvironmental concerns are becoming increasingly more significant worldwide, thus creating the urgent need for new sustainable alternatives in the industrial sector. The present study assesses the fundamental properties of ceramic residue (CR) originated by demolition operations, specifically, the floor and wall tiles and sanitaryware furniture, for further incorporation in the construction sector, namely in alkali-activated binders, mixed with other better-known precursors - fly ash (FA) and ladle furnace slag (LFS). Different CR/FA and CR/LFS weight ratios were considered and analyzed by mechanical behavior and microstructural analysis, which included uniaxial compression strength (UCS) tests, Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Energy Dispersive Analyser (EDX), X-ray diffraction (XRD) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Results obtained showed that the combination of CR and FA or LFS, activated with sodium silicate, produced UCS values higher than 20 MPa and 59 MPa, respectively, after 90 days curing.Globalmente, las preocupaciones ambientales son cada vez más significativas, creando así la necesidad urgente de nuevas alternativas sostenibles en el sector industrial. El presente estudio evalúa las propiedades fundamentales de los residuos cerámicos (CR) provenientes de demolición, para ser reincorporados en el sector de la construcción, principalmente como ligantes activados alcalinamente, mezclados con otros precursores más conocidos: cenizas volantes (FA) y escorias de horno de cuchara (LFS). Se consideraron diferentes relaciones de peso CR/FA y CR/LFS, se analizó el comportamiento mecánico y se realizó un análisis microestructural, incluyendo pruebas de resistencia a la compresión (UCS), microscopía electrónica de barrido (SEM), análisis por energías dispersivas de rayos X (EDX), Rayos-X (XRD) y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). Los resultados mostraron que, a 90 días de curado, la combinación de CR y FA o LFS activada con silicato de sodio produjo valores de UCS superiores a 20 MPa y 59 MPa, respectivamente
Estudio sobre la utilización de residuos a escala industrial en la producción de materiales de construcción: empleo de cenizas volantes en tuberías compuestas de GRP
Full text linkThis study presents a new approach to the utilization of industrial by-products in construction materials by using fly ash (FA) in the production of glass fiber-reinforced polyester (GRP) pipe. The FA was substituted by 10% and 20% (by weight of sand) in the mixtures to produce GRP pipes of 350 mm in diameter and 6 m in length for testing. Stiffness modulus (SM), axial tensile strength (ATS), and hoop tensile strength (HTS) tests were conducted on the produced GRP pipes and their elasticity modulus (EM) values were also calculated. To observe the microstructure of the GRP pipes and the interfacial transition zone of the layers, SEM and microscopic analyses were performed. Furthermore, a strain-corrosion test was conducted to obtain information about long term-performance of samples. The results showed that the FA-filled GRP pipes were found to meet the requirements of the related standards, and that the use of FA in the GRP pipe industry may be an important alternative approach to the utilization of industrial wastes via effective recycling mechanisms.Este estudio experimental presenta un nuevo enfoque para la utilización de subproductos industriales en materiales de construcción mediante el uso de cenizas volantes (FA) en la producción de tubos de poliéster reforzado con fibra de vidrio (GRP). Para las pruebas, se sustituyeron 10% y 20% de FA (en peso de arena) en las mezclas para producir tuberías de GRP de 350 mm de diámetro y 6 m de longitud. Se realizaron pruebas de módulo de rigidez (SM), resistencia a la tracción axial (ATS) y resistencia a la tensión del aro (HTS) en las tuberías de GRP producidas y también se calcularon sus valores de módulo de elasticidad (EM). Para observar la microestructura de las tuberías de GRP y la zona de transición interfacial de las capas, se realizaron análisis de microscópía y SEM. Además, se realizó una prueba de corrosión por deformación para obtener información sobre el rendimiento a largo plazo de las muestras. Los resultados mostraron que las tuberías de GRP rellenas de FA cumplían con los requisitos de los estándares relacionados, y que el uso de FA en la industria de tuberías de GRP puede ser un enfoque alternativo importante para la utilización de desechos industriales a través de mecanismos de reciclaje efectivos