Materiales de Construcción (E-Journal)
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Impacto del refuerzo de fibra de polietileno de alto rendimiento torsionada en las características mecánicas del hormigón de alta resistencia
Get PDFThe quasi-static and dynamic mechanical behaviours of the concrete reinforced by twisting ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibre bundles with different volume fractions have been investigated. It was indicated that the improved mixing methodology and fibre geometry guaranteed the uniform distribution of fibres in concrete matrix. The UHMWPE fibres significantly enhanced the splitting tensile strength and residual compressive strength of concrete. The discussions on the key property parameters showed that the UHMWPE fibre reinforced concrete behaved tougher than the plain concrete. Owing to the more uniform distribution of fibres and higher bonding strength at fibre/matrix interface, the UHMWPE fibre with improved geometry enhanced the quasi-static splitting tensile strength and compressive strength of concrete more significantly than the other fibres. The dynamic compression tests demonstrated that the UHMWPE fibre reinforced concrete had considerable strain rate dependency. The bonding between fibres and concrete matrix contributed to the strength enhancement under low strain-rate compression.Se han investigado los comportamientos mecánicos cuasi-estáticos y dinámicos de un hormigón reforzado por haces de fibra torsionadas de polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) con diferentes fracciones de volumen. Se demostró la mejora en la metodología de la mezcla y la geometría de las fibras que garantizaban una distribución más uniforme de las mismas en el hormigón. Las fibras UHMWPE mejoraron significantemente la resistencia a la tracción y la resistencia residual a la compresión del hormigón. Los resultados muestran que el hormigón reforzado con fibras UHMWPE presentó un comportamiento resistente mejor que el hormigón sin fibras. Debido a la distribución más uniforme de las fibras y a la mayor fuerza de unión en la interfaz fibras/matriz, las fibras UHMWPE con geometría mejorada lograron una mayor resistencia a la tracción y compresión del hormigón de manera más significativa que otras fibras. Las pruebas de compresión dinámica demostraron que el hormigón con fibras UHMWPE tenía una considerable dependencia en la velocidad de tensión. La unión entre fibras y la matriz del hormigón contribuyó a la mejora de la resistencia a bajas velocidades de tensión
Uso de cenizas volantes y fosfoyesos en la síntesis de clínkeres belíticos de sulfoaluminatos
Get PDFFly ash and phosphogypsum were used as Naturally Occurring Radioactive Materials (NORM) by-products for the synthesis of belite-sulfoaluminate clinkers. The influence of raw mixture composition and firing temperature was investigated. Clinkers and cements were examined by X-ray powder diffraction and scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy. The compressive strength of the cements was determined after 28 days. Clinker phases identified included ye’elimite, ß-phase of belite, ternesite and gehlenite, while the main hydration product of the cement pastes was ettringite. The results showed that belite-sulfoaluminate cements can be fabricated with a compressive strength of 45.9 N/mm2 by firing the raw mixture (70 wt.% marl, 10 wt.% bauxite and 20 wt.% phosphogypsum) at a temperature of 1320°C/1h.En este estudio se han utilizado cenizas volantes y fosfoyeso como Naturally Occurring Radioactive Materials (NORM) para la síntesis de clínkeres belíticos de sulfoaluminatos. Se ha investigado la influencia de la composición de la materia prima y de las diferentes temperaturas de cocción. Los clínkeres y cementos se examinaron mediante difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido equipada con espectroscopía de energía dispersiva de rayos X. Los valores de compresión de los cementos se determinaron a la edad de 28 días. Las fases constituyentes de los clínkeres se identificaron como ye’elimita, fase-ß de la belita, ternesita y gehlenita, mientras que el principal producto de hidratación de la pasta de cemento se identificó como ettringita. Los resultados muestran que los cementos belíticos de sulfoaluminatos pueden ser fabricados con una resistencia a compresión de 45.9 N/mm2 mediante una cocción de la materia prima (70 % en peso de marga, 10 % de bauxita y 20 % de fosfoyeso) a una temperatura de 1320°C/1
Estudio de la expansividad de los morteros de cemento fabricados con escoria blanca de horno cuchara LFS
Get PDFIndustrial by-products generated in the steel manufacturing are successfully used as raw materials in the production of construction materials. However, steel slags, due to their nature and composition, can cause undesirable side-effects in mortars and concretes. The reactive components of LFS and EAFS can affect the stability of the cement matrix. This situation may be prevented by an adequate pre-treatment of slag stabilization and a study of the possible reactions within its mineralogical components, to ensure the stability of the slag over time. In this work, an experimental process is shown to evaluate the behaviour of LFS under adverse environmental conditions when used as aggregates in the manufacture of cement mortars for masonry, such as the presence of humidity, high temperatures (80°C) and possible alkali-silica and alkali-silicate reactions. The results show an acceptable behaviour under normal environmental conditions (20°C). However, the formation crystalline acicular structures were observed under high temperatures (80°C) and in the presence of humidity, which degraded the internal structure of the mortars manufactured with LFS.Los subproductos industriales producidos en la fabricación de acero están siendo utilizados con éxito como materias primas en la producción de materiales de construcción. Sin embargo, las escorias de acero, debido a su naturaleza y composición, pueden causar efectos secundarios indeseables en morteros y hormigones. No obstante, las escorias de acería pueden causar efectos secundarios no deseados en los morteros y hormigones. Los componentes reactivos de las LFS y EAFS pueden afectar a la estabilidad de la matriz de cemento. Esta situación se puede prevenir mediante un adecuado tratamiento previo de estabilización de la escoria y de un estudio de las posibles reacciones de sus componentes mineralógicos, para asegurar su estabilidad en el tiempo. En este trabajo se muestra un proceso experimental para valorar el comportamiento de las escorias blancas de Horno Cuchara LFS cuando se utilizan como áridos en la fabricación de morteros de cemento para albañilería, comprobando su comportamiento en condiciones ambientales adversas, tales como la presencia de humedad, altas temperaturas (80°C) y las posibles reacciones álcali-sílice y álcali-silicato, con el objetivo de determinar su viabilidad en el diseño de morteros. Los resultados muestran un comportamiento adecuado en condiciones de ambientales normales (20°C). Sin embargo, a altas temperaturas (80°C) y en presencia de humedad se desarrollan estructuras cristalinas aciculares que provocan la rotura de la estructura interna de los morteros fabricados con LFS
Estudio de la influencia de los diferentes residuos de carbón como aluminosilicatos en las propiedades mecánicas y la microestructura de los cementos activados alcalinamente
Get PDFCoal mining wastes are associated with serious environmental problems; they have potential as building materials, including alkali-activated cement. In this study, the effect of different coal mining wastes on the mechanical properties and microstructural development of alkali-activated materials (AAMs) was evaluated through XRD, SEM and FTIR spectroscopy. Different alkali-activated compounds were produced; the alkaline solution was composed of NaOH+Na2SiO3. The results obtained using the calcined coal sludge showed excellent mechanical performance, with compressive strength higher than 60 MPa. However, addition of metakaolin and ordinary Portland cement was necessary to increase the mechanical performance of calcined coal gangue materials. The formation of N-A-S-H gel and the incorporation of iron ions into the cementitious matrix were evidenced. Ultrasonic pulse velocity indicated the early polymerization during the reaction processes. The study verified that the different characteristics of the wastes influence the performance of alkali-activated materials.Los residuos de minería de carbón causan serios problemas ambientales, no obstante, tienen potencial como material de construcción, destacándose los cementos activados alcalinamente. El efecto de los residuos de carbón sobre las propiedades mecánicas y el desarrollo microestructural de los cementos activados alcalinamente son objeto de este estudio. Para ello, se utilizaron las técnicas de DRX, SEM y FTIR. Se produjeron diferentes compuestos activados alcalinamente, utilizando NaOH + Na2SiO3 como activador alcalino y curado térmico (50 °C durante 24 h). Los resultados obtenidos a partir del lodo de carbón calcinado mostraron un excelente rendimiento mecánico, con una resistencia a la compresión superior a 60 MPa. Sin embargo, en el caso de los materiales obtenidos a partir de la ganga de carbón calcinada, fue necesaria la adición de metacaolín y cemento Portland para aumentar sus resistencias mecánicas. Asimismo, se evidenció la formación de gel N-A-S-H y la incorporación de iones de hierro en la matriz cementante. El ensayo de velocidad de pulso ultrasónica indicó la polimerización inicial durante el proceso de reacción. Gracias a este se ha comprobado que las diferentes características de los residuos influyen en las propiedades y comportamiento de los correspondientes materiales activados alcalinamente
Fabricación de cerámicas con altas propiedades mecánicas a partir de lodo rojo y residuo de granito
Get PDFRed mud (bauxite residue) is an alkaline suspension that is the by-product of alumina production via the Bayer process. Its elevated annual production and the global inventory of red mud determine its valorisation. Granite can be used as a source of fluxing oxides for the ceramic industry, as can the flake-shaped waste generated during the flaming of granite. In this work, a set of ceramic pieces made of red mud and granite waste are prepared and characterised via X-ray diffraction, a hardness test, electron scanning microscopy, a leaching test, and determining open porosity, water absorption, bulk density and flexural strength of the samples. The main crystalline phases in the high-temperature fired products are hematite, pseudobrookite and anorthite; the presence of magnetite reveals their ferrimagnetic character. All samples present high mechanical properties. Leaching results are below critical levels established by regulations.El residuo de bauxita (lodo rojo) es una suspensión alcalina generada durante el proceso Bayer de producción de alúmina. La elevada producción anual e inventario global determinan su valorización. El granito puede usarse como fuente de óxidos fundentes para la industria cerámica y del mismo modo, el residuo en esquirlas generadas durante el flameado del granito. En este trabajo, se preparan una serie de piezas a partir de lodo rojo y residuo de granito, caracterizadas mediante difracción de rayos X, dureza, microscopía electrónica de barrido y lixiviación, determinando porosidad abierta, absorción de agua, densidad y resistencia a la flexión de las muestras. Las principales fases cristalinas en los productos fabricados a alta temperatura son hematita, pseudobrookita y anortita; la presencia de magnetita revela su carácter ferrimagnético. Todas las muestras presentan elevadas propiedades mecánicas. Los resultados del análisis de lixiviados están por debajo de los niveles críticos establecidos en normativa
Propiedades mecánicas de algunas piedras de construcción de depósitos volcánicos de monte Erciyes (Turquía)
Get PDFMount Erciyes is a huge stratovolcano of the Central Anatolian province in Turkey and it has produced calc-alkaline and pyroclastic rocks, which have been widely used as dimension stone in low-storied buildings and especially in historical monuments in the past. In the region there are some 205 quarries extracting volcanic rocks. In this study, the locations of these quarries and information on their annual stone production are evaluated. In order to assess the material properties of the Mount Erciyes volcanic products, petrographic analyses and a number of rock mechanical tests were carried out. Significant correlations were found between the properties of the rock samples. In particular, there is a significant relationship between thermal conductivity and some non-destructive measurement values such as P-wave velocity, Equotip and Schmidt hardness, and it is clear from the regression equations that these tests can be used as indicators for evaluating the Mount Erciyes products.El Monte Erciyes es un enorme estratovolcán de la provincia central de Anatolia en Turquía y ha producido rocas calcalcalinas y piroclásticas, que han sido ampliamente utilizadas como piedra de dimensión en edificios de pisos bajos y especialmente en monumentos históricos en el pasado. En la región hay unas 205 canteras que extraen rocas volcánicas. En este estudio, se evalúan las ubicaciones de estas canteras y la información sobre su producción anual de piedra. Con el fin de evaluar las propiedades materiales de los productos volcánicos del Monte Erciyes, se llevaron a cabo análisis petrográficos y una serie de ensayos mecánicos de roca. Se encontraron correlaciones significativas entre las propiedades de las muestras de roca. En particular, existe una relación significativa entre la conductividad térmica y algunos valores de medición no destructivos, como la velocidad de la onda P, la dureza de Equotip y Schmidt, y se desprende de las ecuaciones de regresión que estas pruebas se pueden usar como indicadores para evaluar los productos de la montaña Erciyes
Modelo de cálculo del rendimiento a compresión y capacidad de carga de columnas con pequeñas excentricidades reforzadas con mortero reforzado con textiles (TRM)
Get PDFTo study the compression performance of TRM-strengthened columns with small eccentricities, a total of 9 reinforced concrete (RC) columns with end corbels were subjected to compression testing. The test parameters are as follows: the number of textile layers, the ratio of longitudinal reinforcement, and polyvinyl alcohol (PVA) short-cut fiber volume fraction. The experimental results indicated that, compared to the control, columns with three layers of textile exhibited an approximately 10.66% increase in the bearing capacity. However, the effect increased only slightly when the number of textile layers increased to 4. Besides, the effect was improved with the increase in the ratio of longitudinal reinforcement and PVA fiber volume fraction. Finally, based on laboratory tests and related research results, a model for calculating normal section bearing capacity of TRM-strengthened columns with small eccentricities was presented. A comparison of the theoretical and experimental data demonstrated the applicability of the proposed model.En este trabajo se estudió el rendimiento a compresión de columnas reforzadas con TRM con pequeñas excentricidades, y para ello, se sometieron a pruebas de compresión a nueve columnas de hormigón armado (RC) con ménsulas finales. Los parámetros estudiados fueron: el número de capas textiles, la relación de refuerzo longitudinal y la fracción en volumen de fibras cortas de alcohol polivinílico (PVA). Los resultados experimentales indicaron que, en comparación con el control, las columnas con tres capas de textiles mostraron un aumento de aproximadamente el 10,66% en la capacidad de carga. Sin embargo, el aumento fue ligero cuando el número de capas textiles aumentó a cuatro. Además, el efecto mejoró con el aumento en la proporción de refuerzo longitudinal y la fracción en volumen de fibras de PVA. Finalmente, basándonos en las pruebas de laboratorio y resultados de investigación previos, se presentó un modelo para calcular la capacidad de carga de la sección normal de columnas reforzadas con TRM con pequeñas excentricidades. Una comparación de los datos teóricos y experimentales demostró la aplicabilidad del modelo propuesto
Efecto tamaño en las propiedades de fractura de paneles sándwich de yeso laminado y alma de lana de roca
Get PDFThis paper extends the previous work of the authors and deals with the study of fracture of sandwich panels of plasterboard and rock wool under in-plane bending and tensile loading. It presents the results of the experimental campaign focused on the size effect of the tested specimens. To this end, mixed-mode (I and II) fracture tests have been carried out with specimens of three different sizes. The experimental results are compared with the values obtained from the numerical simulation of the test by using a model based on the embedded cohesive crack developed by the authors in previous published works. Comparison of the results shows how the model is able to reproduce the size effect of the specimens in this material from the parameters that characterize fracture behaviour. The aim is to use the cohesive model proposed by the authors to move from laboratory tests to a built panel.Este artículo extiende el trabajo de los autores y aborda el estudio de la fractura en flexión en su plano de paneles de sándwich de yeso laminado y lana de roca. Se presentan los resultados experimentales del estudio del efecto tamaño de fractura en modo mixto (modos I y II) de probetas de tres tamaños. Los resultados experimentales se comparan con los obtenidos de la simulación numérica empleando un modelo de fisura cohesiva embebida presentado por los autores en trabajos previos. El resultado muestra que el modelo reproduce adecuadamente el efecto de tamaño en fractura de los paneles ensayados a partir de los parámetros de caracterización del material. El modelo usado facilita el paso de los resultados de laboratorio al panel construido
Análisis del estado tensional de la unión por embarbillado doble en estructuras pesadas de madera
Get PDFThe double-step joint is among the most frequently used layouts, within carpentry joints, for transmitting higher forces that would allow a single notch. They are especially effective in heavy timber structures. Nowadays, computer-aided manufacturing is being used more often, demanding further progress in its understanding. The conventional design of these joints is conducted by using simplifying assumptions, in particular regarding the shear stress distribution. This is overcome by the use of strength reduction coefficient, which is currently under study. Numerical simulation and experimental tests were carried out with heavy timber cross-sections for rafter to tie-beam truss joint. They were manufactured in glue-laminated timber owing to the large cross-sections tested. Experimental load-strain and load-displacement diagrams were compared with numerical results. This allowed observing the great shear stress concentration produced in the failure by shear crack, which suggests the application of conservative shear strength reduction coefficients.Entre las uniones carpinteras, el embarbillado doble es una de las más utilizadas para transmitir cargas superiores a las que permitiría una única entalladura, especialmente interesante para estructuras pesadas. Hoy en día, la fabricación asistida por ordenador ha estimulado su uso, demandando profundizar en su estudio. El diseño convencional de estas uniones se realiza asumiendo supuestos simplificadores, en particular respecto a la distribución de las tensiones tangenciales en el cogote. Derivando en el empleo de factores de penalización de la resistencia, los cuales continúan actualmente en estudio. Se realizaron ensayos con escuadrías propias de cerchas pesadas en configuración par-tirante, empleándose para ello madera laminada. Los gráficos experimentales de carga-deformación y carga-desplazamiento se compararon con la modelización numérica de la unión. Esto permitió apreciar la importante concentración de tensiones tangenciales que se produce en el fallo por rasante, lo que aconseja la aplicación de factores reductores de resistencia a cortante conservadores