Materiales de Construcción (E-Journal)
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Efecto del pretratamiento de humectación del residuo de arena procedente de la fundición de vidrio en las propiedades de la escoria activada alcalinamente
Full text linkWaste waterglass foundry sand (WwFS) is a solid waste generated by the foundry industries that is commonly discarded in landfills and has urgent needs for disposal and recycling. Accordingly, this study suggests using WwFS as aggregates source for the preparation of alkali-activated slag mortars (AASM). Two different pre-wetting methods (24 h pre-wetting at 20°C and 1~6 h pre-wetting at 70°C) were used to treat WwFS and compared their performances with adding quartz sand and dried WwFS mortars. Compared to WwFS mortars without pre-wetting treatment, the compressive strengths of WwFS mortars containing WwFS pre-wetting in water at 70°C at 28d were increased by 1.3~10.0%, and the C-(A)-S-H average elastic modulus was increased by 16%. This study confirmed the feasibility of using hot water pre-wetted WwFS as the single aggregate source for AASM, which is important for the large-scale utilization of WwFS.La arena de fundición de vidrio lixiviado (WwFS, por sus siglas en inglés) es un residuo sólido generado por las industrias de fundición que comúnmente se desecha en los vertederos y tiene necesidades urgentes de eliminación y reciclaje. En consecuencia, este estudio sugiere utilizar WwFS como árido para la preparación de morteros de escoria activada alcalinamente (AASM). Se utilizaron dos métodos de prehumectación diferentes (24 h de prehumectación a 20 °C y 1 ~ 6 h de prehumectación a 70 °C) para tratar el WwFS y se comparó su comportamiento con el de morteros con arena de cuarzo y con WwFS seco. Las resistencias a la compresión de los morteros WwFS que contienen prehumectación WwFS en agua a 70 °C a 28 días aumentaron entre un 1,3 y un 10,0 % respecto a las obtenidas en los morteros WwFS sin tratamiento de humectación previa, y el módulo elástico promedio C-(A)-S-H aumentó un 16%. Este estudio confirmó la viabilidad de utilizar WwFS prehumedecidos con agua caliente como único árido para AASM, lo cual es importante para la utilización a gran escala de WwFS
Geopolímeros con residuos de ladrillo y hormigón de construcción
Full text linkThe production of building materials impacts non-renewable resources through excessive raw material extraction and fossil resource consumption. This study investigates alternatives to Portland cement concrete by valorizing construction and demolition waste (CDW), including brick and reinforced concrete. The objective is to replace or eliminate clinker using geopolymers while incorporating CDW as recycled aggregates. Sustainable concretes were developed, such as geoconcrete with 0% clinker and 50% recycled aggregate, along with blends containing varying CDW percentages for structural applications. Results indicate that geopolymers with 100% ground granulated blast furnace slag (GBFS) achieve properties comparable to reference concrete. However, mixtures with recycled brick and concrete show lower strength due to low molarity and recycled aggregate usage. Elastic modulus increases with 100% GBFS but decreases by less than 10% with CDW. In beams, breaking moments reduce by up to 30% with 25% CDW, while brick-based mixtures demonstrate higher energy absorption.La producción de materiales de construcción impacta los recursos no renovables por la extracción excesiva de materias primas y el consumo de combustibles fósiles. Este estudio explora alternativas al hormigón con cemento Portland mediante la valorización de residuos de construcción y demolición (RCD), como ladrillos y hormigón armado. Se propone sustituir o eliminar el clínker mediante geopolímeros e incorporar áridos reciclados derivados de RCD. Se desarrollaron hormigones sostenibles, desde geopolímeros con 0% de clínker y 50% de árido reciclado hasta mezclas con diferentes proporciones de RCD para aplicaciones estructurales. Los resultados revelan que los geopolímeros con 100% de escoria granulada de alto horno (GBFS) alcanzan propiedades comparables al hormigón convencional. No obstante, mezclas con ladrillo y hormigón reciclado presentan menor resistencia debido a la baja molaridad y al uso de áridos reciclados. El módulo elástico aumenta con 100% GBFS, pero disminuye menos del 10% al incorporar RCD. En vigas, los momentos últimos disminuyen un 30% con 25% RCD, mientras las mezclas con ladrillo mejoran la absorción de energía
Aspectos estructurales del hormigón que incorpora áridos gruesos reciclados de residuos de construcción y demolición
Full text linkThe study explores the potential of recycling construction and demolition waste into recycled coarse aggregates (RCA) to decrease waste generation and carbon footprint, using a standard compacting effort to calculate compressive strength and particle packing density in a specific cylindrical volume. This study investigates the impact of RCA on concrete’s workability, compressive strength, flexural, split tensile, drying shrinkage, electrical resistivity, rapid chloride penetration, and microstructural characteristics using XRD, SEM, and EDAX. Test findings showed that increasing the replacement percentage beyond the optimum value (RCA 25) had detrimental effects on the strength and microstructure of the concrete. RCA 25 has a higher compressive, flexural, and split tensile strength in the order of 11.56%, 3.06%, and 5.17% respectively compared to reference concrete, as well as 5.23% increase in drying shrinkage, 8.79% higher electrical resistivity, and 4.68% higher resistance to chloride penetration than reference concrete.Este estudio explora el potencial del reciclaje de residuos de construcción y demolición en áridos gruesos reciclados (RCA) para reducir la generación de desechos y la huella de carbono, utilizando un esfuerzo de compactación estándar para calcular la resistencia a la compresión y la densidad de empaquetado de partículas en un volumen cilíndrico específico. La investigación evalúa el impacto del RCA en la trabajabilidad, resistencia a la compresión, resistencia a flexión, tensión por flexión, retracción por secado, resistividad eléctrica, penetración rápida de cloruro y características microestructurales utilizando XRD, SEM y EDAX. Los resultados muestran que aumentar el porcentaje de reemplazo más allá del valor óptimo (RCA 25) tiene efectos perjudiciales en la resistencia y microestructura del hormigón. El RCA 25 tiene una resistencia a la compresión, a flexión y tracción superior en un 11.56%, 3.06% y 5.17%, respectivamente, en comparación con el hormigón de referencia. Además, presenta un aumento del 5.23% en la retracción por secado, una resistividad eléctrica un 8.79% mayor y una resistencia a la penetración de cloruros un 4.68% superior al hormigón
Diseño de un modelo constitutivo explícito de formación de fisuras para compuestos cementicios diseñados utilizando fibra de polivinil alcohol (PVA) o de polietileno (PE)
Full text linkThis paper aims to establish an explicit crack bridging model that can link engineered cementitious composites (ECC) behavior from single fiber to single crack scale, which is great of designing ECC featuring pseudo tensile strain hardening and multiple cracks expanding by tailoring microstructure and materials selection. In this study, fiber bridging stress was divided into three parts including fiber bridging stress with no rupture, fiber debonding fracture stress, and fiber pullout fracture stress. Subsequently, the fundamental crack bridging model was emerged when fiber bridging stress with no rupture subtracted from the fiber rupture stress in debonding and pullout stage. Moreover, two-way pullout and Cook-Gordon effect were also considered to establish the complete model. It was found that the two-way pullout situation of polyvinyl alcohol (PVA) fiber has a significant influence on the crack opening width due to its slip hardening property, while the Cook-Gordon effect presents a faint crack width increment for PVA-ECC. However, the Cook-Gordon effect makes a significant contribution to the crack opening width of the composite produced by polyethylene (PE). This building intelligible model presents a better prediction for ECC through the comparison of experimental data or real average crack width in previous models, thus confirming the validity of this model.El objetivo de este trabajo es establecer un modelo explícito de formación de fisuras que pueda vincular el comportamiento de los materiales compuestos cementicios de ingeniería (ECC) desde la escala de una sola fibra hasta la de una sola fisura. En este estudio, la tensión de puenteo de la fibra se dividió en tres partes: tensión de puenteo de la fibra sin rotura, tensión de fractura por desprendimiento de la fibra y tensión de fractura por extracción de la fibra. Se descubrió que la situación de extracción bidireccional de la fibra de polivinil alcohol (PVA) tiene una elevada influencia significativa en la anchura de apertura de la fisura, mientas que el efecto Cook-Gordon contribuye de forma significativa a la anchura de apertura de fisura del compuesto fabricado con polietileno (PE). Este modelo de construcción inteligible presenta una mejor predicción para ECC a través de la comparación de datos experimentales o de la anchura media real de la fisura en modelos anteriores, confirmando así su validez
Efectos de microfibras de wollastonita sintética en compuestos de geopolímeros ingenieriles reforzados con fibras de PVA
Full text linkIn this study, first, synthetic wollastonite microfiber (SWM) with a high aspect ratio (44:1) was produced with a special three-stage production method. Then, fly ash and ground granulated blast furnace slag-based engineered geopolymer composites (FA+GGBFS-based EGCs) were developed. SWM was used in different proportions instead of FA. The compressive strength of EGCs, changed in the range of 88.1-111.1 and 95.1-122.6 MPa at 7 and 28 days, respectively. Additionally, EGCs containing 6% SWM performed the best, considering both ‘‘increasing deformation capacity’’ and ‘‘maintaining the bearing strength by fiber bridging after crack’’, since they acted like a fiber owing to the acicular particle structure of SWM. Moreover, it can be said that the presence of the SWM mineral in the pore system, ensured pore discontinuities in the matrix because of its acicular particle structure. Consequently, the mechanical, durability and dimensional stability properties of EGCs improved with SWM.En este estudio, en primer lugar, se produjeron microfibras sintéticas de wollastonita (MSW) con una elevada relación de aspecto (44:1) mediante un método especial de producción en tres etapas. A continuación, se desarrollaron compuestos geopoliméricos de ingeniería basados en cenizas volantes y escoria de alto horno granulada molida (CGI basados en CV+EGMAH). Se utilizó MSW en diferentes proporciones en lugar de CV. La resistencia a la compresión de los CGI, varió en el rango de 88,1-111,1 y 95,1-122,6 MPa a los 7 y 28 días, respectivamente. Además, los CGIs que contenían un 6% de MSW obtuvieron los mejores resultados, considerando tanto el “aumento de la capacidad de deformación’’ como el “mantenimiento de la resistencia a la compresión mediante la formación de puentes de fibras después de la fisuración’’, ya que actuaron como una fibra debido a la estructura de partículas aciculares del MSW. Además, puede decirse que la presencia del mineral MSW en el sistema de poros, aseguró discontinuidades de poros en la matriz debido a su estructura de partícula acicular. En consecuencia, las propiedades mecánicas, de durabilidad y de estabilidad dimensional de los CGI mejoraron con el MSW
Efecto de la longitud y la dosificación de las fibras de polivinilo alcohol (PVA) sobre las propiedades mecánicas y la permeabilidad a iones cloruro del hormigón
Full text linkTo inquire about the properties of concrete reinforced with polyvinyl alcohol (PVA) fiber (various fiber lengths and dosages), different experimental tests including mechanical property, cracking resistance, and chloride resistance were investigated. The overall performance of PVA fiber-reinforced concrete (FRC) was innovatively analyzed integrating mechanical indicators and crack resistance parameters. Furthermore, nuclear magnetic resonance (NMR) and scanning electron microscope (SEM) were selected to analyze the causes and mechanisms underlying the alterations in the performance of PVA-FRC. The experimental results demonstrate that the flexural strength, the crack resistance characteristic and chloride ion penetration resistance of PVA-FRC are significantly improved compared to ordinary concrete. Increasing fiber length plays a key role in flexural strength, compared with fiber dosage. Considering both mechanical properties and durability, PVA-FRC containing 0.25% volume fraction of 12 mm PVA fibers (F12-0.25) demonstrated optimal performance.Para investigar las propiedades del concreto reforzado con fibra de alcohol polivinílico (PVA) (distintas longitudes y dosis de fibra), se realizaron diferentes pruebas experimentales incluyendo propiedad mecánica, resistencia a la fisuración y resistencia al cloruro. El rendimiento general del concreto reforzado con fibra de PVA (FRC) fue analizado de manera innovadora integrando indicadores mecánicos y parámetros de resistencia a la fisuración. Además, se seleccionaron la resonancia magnética nuclear (NMR) y el microscopio electrónico de barrido (SEM) para analizar las causas y mecanismos detrás de las alteraciones en el rendimiento del PVA-FRC. Los resultados experimentales demuestran que la resistencia a la flexión, la característica de resistencia a la fisuración y la resistencia a la penetración de iones de cloruro del PVA-FRC mejoran significativamente en comparación con el concreto ordinario. El aumento de la longitud de la fibra juega un papel clave en la resistencia a la flexión, en comparación con la dosis de fibra. Considerando tanto las propiedades mecánicas como la durabilidad, el PVA-FRC que contiene una fracción de volumen del 0.25% de fibras de PVA de 12 mm (F12-0.25) demostró un rendimiento óptimo
Hormigón celular tratado en autoclave reforzado por pasadores poliméricos
Full text linkAutoclaved Aerated Concrete (AAC) is a lightweight and sustainable building material known for its thermal insulation and acoustic properties. However, its relatively low mechanical strength limits its use in load-bearing applications. This paper introduces the concept of incorporating unsaturated polyester resin (UPR) pins into AAC blocks to improve compressive and flexural strength of the material. Pin diameters of 4, 6, 8 and 10 mm were studied, oriented at 90° and 45° in relation to the AAC main plane. The effects of the UPR/AAC interface were analyzed through microscopy. The results point to a substantial increase in mechanical strength of the reinforced AAC, wherein smaller pins with orientation of 45° and 90° presented the best behavior under flexural (up to 298%) and compressive loading (up to 183%), respectively.Hormigón celular tratado en autoclave (AAC) es un material de construcción ligero y sostenible conocido por sus propiedades de aislamiento térmico y acústico. Sin embargo, su resistencia mecánica relativamente baja limita su uso en aplicaciones de carga. Este estudio introduce el concepto de incorporar pasadores de resina de poliéster insaturado (UPR) en bloques de AAC para mejorar la resistencia a la compresión y flexión del material. Se estudiaron diámetros de pasadores de 4, 6, 8 y 10 mm, orientados a 90° y 45° en relación al plano principal del AAC. Los efectos de la interfaz UPR/AAC fueron analizados a través de microscopía. Los resultados indican un aumento sustancial en la resistencia mecánica del AAC reforzado, donde los pasadores más pequeños con orientación de 45° (hasta un 298%) y 90° (hasta un 183%) presentaron el mejor comportamiento sobre esfuerzos de flexión y compresión, respectivamente
Investigación del empleo de ceniza de la combustión de aceite de palma y filler calizo en la fabricación de hormigones sostenibles de alta resistencia
Full text linkThis study deals with the production of concrete with low CO2 emissions. For this reason, two materials, namely palm oil fuel ash (POFA) and limestone powder (LP), were used as mineral additions to replace conventional cement as much as possible. The results showed that concrete containing 60 wt% POFA could achieve the high strength requirements of ACI 363R from an age of 28 days. At a replacement level of 70 wt% of admixtures, the use of 10 wt% LP + 60 wt% POFA was a good mixture as it had the highest concrete compressive strength, had a minor effect on shrinkage strain and reduced heat generation by approximately 50% compared to cement concrete. Additionally, the use of POFA and LP is a good choice to produce environmentally friendly concrete, which can reduce the CO2 emissions of concrete by about 44–62% compared to cement concrete at similar strength.En este estudio se aborda la producción de hormigón con bajas emisiones de CO2. Por este motivo, se utilizaron dos materiales, a saber, ceniza de aceite de palma (POFA) y filler de piedra caliza (LP). Estos materiales se añadieron para llevar a cabo el reemplazo del cemento convencional tanto como fuera posible. Los resultados muestran que el hormigón que contiene un 60% en peso de POFA podría lograr los altos requisitos de resistencia de ACI 363R, a partir de los 28 días de edad. Al ampliar el nivel de sustitución al 70% en peso de aditivos, con la mezcla de 10% de LP + 60% de POFA se obtendrá una mayor resistencia a la compresión del hormigón, ya que este tenía un efecto menor en la deformación por contracción y de igual manera reducía la generación de calor en aproximadamente un 50% en comparación con el hormigón convencional. Además, el uso de POFA y LP es una buena opción para producir hormigón ecológico y lograr una aportación con el medio ambiente ya que reduce las emisiones de CO2 del hormigón en aproximadamente un 44–62% en comparación con el hormigón convencional de resistencia similar
Incorporación de tierras de blanqueo gastadas y sedimento de vidrio como materia prima alternativa para la fabricación de ecoproductos a base de arcilla cocida
Full text linkThis study explores the use of two industrial residues: spent bleaching earth (SBE) and glass sediment (GS), as alternative raw materials in the production of ceramic materials from fired clay. The mixtures incorporating 0%, 10%, 30%, and 50% by weight of these residues, were examined. The impact of quantity and type of waste on product properties (density, water absorption, compressive strength, and thermal conductivity) was assessed against NTC 4205 standards. Incorporating 50% SBE reduced thermal conductivity by 35%, but increased porosity affected compressive strength. Glass sediment incorporation increased thermal conductivity but surpassed pure clay in mechanical behavior. The triphasic mix (20% GS, 10% SBE with lime) demonstrated optimal mechanical performance, meeting fired clay masonry unit standards. An eco-product prototype based on this mix was successfully manufactured, affirming that industrial waste is a viable alternative raw material, yielding ceramic materials with properties meeting or surpassing Colombian construction industry standards.Este estudio reporta el uso de dos residuos industriales: tierra de blanqueo agotada y sedimento de vidrio, como materias primas alternativas en la producción de materiales cerámicos a partir de arcilla cocida. Se analizaron mezclas que incorporaban 0%, 10%, 30% y 50% en peso de estos residuos. Se evaluó el impacto de la cantidad y tipo de residuos en las propiedades del producto (densidad, absorción de agua, resistencia a la compresión y conductividad térmica) en comparación con la norma NTC 4205. La incorporación del 50% de tierra de blanqueo redujo la conductividad térmica en un 35%, pero el aumento de la porosidad afectó la resistencia a la compresión. La incorporación del sedimento de vidrio aumentó la conductividad térmica, pero el comportamiento mecánico fue superior que en la arcilla pura. La mezcla trifásica (20% de sedimento de vidrio, 10% de tierra de blanqueo con cal) demostró un rendimiento mecánico óptimo, cumpliendo con las normas de unidades de albañilería de arcilla cocida. El eco-producto cerámico cumple las propiedades exigidas en las normas en Colombia, lo cual demostró que estos residuos industriales son una materia prima alternativa viable
Empleo de zeolitas fabricadas a partir de residuos industriales en la preparación de materiales de base cemento
Full text linkTwo types of zeolites, coming from the total conversion of hazardous aluminum waste, have been considered in this study: NaP-type zeolite and LTA-type zeolite. Both zeolites are proposed to be used in cementitious mortars by substituting cement content in 5, 10 and 15%. The microstructure of both zeolites was characterized and they have certain interesting characteristics to be used as supplementary cementitious materials. The main fresh state characteristics and the mechanical performance of the fabricated mortars were also evaluated. The lower particle size of LTA-type zeolite promotes a filler effect that increases the fluidity of the mortar mixes and they also acts as nucleation sites for the cement hydrates, thus accelerating the cement hydration reactions. This acceleration of the cement hydration promotes the increase of the initial compressive strength of the mortars fabricated with this zeolite type. The higher silica content of NaP-type zeolite promotes pozzolanic reactions that significantly increase the long-term compressive strength of the fabricated mortars.En este estudio se han considerado dos tipos de zeolitas, procedentes de la conversión total de residuos peligrosos de aluminio: la zeolita tipo NaP y la zeolita tipo LTA. Ambas zeolitas se proponen para ser utilizadas en morteros de cemento sustituyendo el contenido de cemento en un 5, 10 y 15%. Al caracterizar la microestructura de ambas zeolitas se detectaron ciertas características interesantes para ser utilizadas como adiciones en materiales de base cemento. También se evaluaron las principales características en estado fresco y el comportamiento mecánico de los morteros fabricados. El menor tamaño de partícula de las zeolitas tipo LTA promueve un efecto filler que aumenta la fluidez de las mezclas de mortero y también actúan como sitios de nucleación de los hidratos del cemento, acelerando así las reacciones de hidratación del cemento. Esta aceleración de la hidratación del cemento genera un aumento de la resistencia a la compresión inicial de los morteros fabricados con este tipo de zeolita. Por otro lado, el mayor contenido de sílice de la zeolita tipo NaP genera reacciones puzolánicas que aumentan significativamente la resistencia a la compresión a largo plazo de los morteros fabricados con este segundo tipo de zeolita