Materiales de Construcción (E-Journal)
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Reciclado de espuma de EPS y residuos de construcción y demolición en la preparación de morteros de revestimiento eco-amigables con propiedades termo-acústicas
Full text linkThe design of render-mortars from construction and demolition waste (CDW) was evaluated. Fine aggregates from red-clay-brick waste, mortar and concrete waste were used, together with recycled expanded-polystyrene (EPS) as lightweight filler. Mixes composed of 70%-recycled aggregates, and 30% consisting of a matrix of Portland cement were produced. Characterization tests were conducted on the physical, mechanical, thermal, and acoustic properties. The render-mortar A4, A7 and A9 can be classified according to compressive strength results as CSI-W0 for interior use under standard UNE-EN-998-1. The A7 mortar, with the best physical and mechanical results, contained 21% EPS, 17.5% brick waste and 17.5% mortar waste. Mix A4 obtained the lowest thermal conductivity, 0.12 W/m·K - a reduction of 79% compared to the commercial-mortar AC1. The acoustic absorption properties were also enhanced by the incorporation of EPS, such that the A4, A7, and A9 mixes were identified as Absorbent for the frequencies of 2000 Hz and 4000 Hz.Se evaluó el diseño de morteros de revestimiento a partir de residuos de demolición. Áridos finos obtenidos a partir de residuos de ladrillos de arcilla cocida, morteros y hormigones se usaron en conjunto con árido ligero de espuma de poliestireno expandido (EPS). Se obtuvieron mezclas compuestas de 70%de agregado reciclado y 30% de matriz de cemento portland, y se desarrollaron pruebas de caracterización físicas, mecánicas, térmicas y acústicas. Los morteros A4, A7 y A9 pueden clasificarse como tipo CSI-W0 para uso interior acorde con la norma UNE-EN-998-1. El mortero A7, con mejores resultados físicos y mecánicos contiene 21% EPS, 17.5% residuos de ladrillo, y 17.5% residuos de mortero. La mezcla A4 obtuvo la más baja conductividad térmica, 0.12 W/m·K - una reducción del 79% comparada con el mortero comercial AC1. La capacidad de absorción acústica también se mejoró por la incorporación de EPS y las mezclas A4, A7 y A9 fueron identificadas como absorbentes para frecuencias entre 2000 - 4000 Hz
Estudio de mezclas binarias y ternarias con cemento, cal hidratada y ceniza volante: análisis termogravimétricos, mecánicos y de durabilidad
Full text linkThe use of high percentages of substitution of Portland cement by pozzolans can provoke the total consumption of portlandite. The present research proposes the study of ternary systems of Portland cement (PC), fly ash (FA), and hydrated lime (CH). After 180 days of curing, the mortar with 50% substitution of PC by FA obtained 65.9 MPa versus the mortars with an addition of 20% of CH and control mortar (100 PC) that obtained 69.9 MPa and 76.7 MPa respectively: this behavior is very positive value considering that tested FA containing mortars had a 50% of Portland cement. Regarding the effect of the amount of extra hydrated lime on durability issues, the evolution against carbonation of PC-FA and PC-CH-FA mortars was studied: the reduction of carbonation velocity was around a 37% for the mortar with CH respect the PC-FA mortar.El uso de altos porcentajes de sustitución de cemento Portland por puzolanas puede provocar el consumo total de la portlandita. La investigación propone el uso de un sistema ternario formado por cemento Portland (PC), ceniza volante (FA) y cal hidratada (CH). Después de 180 días de curado, el mortero con un 50% de sustitución de PC por FA obtiene 65.9 MPa de resistencia frente a los morteros con un 20% de CH y control (100 PC) que obtuvieron 69.9 MPa y 76.7 MPa respectivamente; este comportamiento es muy positivo teniendo en cuenta que este mortero tiene un 50% menos de PC. El efecto de añadir la cantidad extra de cal hidratada tiene efectos en la durabilidad; se estudió la evolución de la carbonatación de los morteros con PC-FA y PC-CH-FA. La reducción de la velocidad de carbonatación fue del 37% para los morteros con CH respecto al mortero con PC-FA
Compuestos de cemento combinados a base de β-CaSiO3 y n-SiO2 coloidal: sus propiedades, análisis de regresión y estudios de microcaracterización
Full text linkThis paper examines the effect on mechanical properties such as compressive strength, flexural strength, and dynamic modulus of elasticity (DYE) of different proportions of wollastonite (β-CaSiO3) and colloidal nano-silica (n-SiO2) partially replacing cement. Durability indicators (water absorption, sorptivity and sulphate treatment test) were also examined to ascertain the quality of hardened paste mixes with respect to the control mix. The regression models were found for mechanical properties using different parameters from the results obtained, and statistical relations were established and validated. Regression analysis shows the significance of every parameter considered and model for the prediction of mechanical strengths. Finally, the results were substantiated by the microstructural characterization by FESEM. β-CaSiO3 and colloidal n-SiO2 replaced cement by 15%, and 1.5%-6% with an offset of 1.5%, respectively at low (0.25), medium (0.40) and high (0.55) water/binder (w/b) ratio. FESEM micrographs showed dense Calcium-silicate-hydrate (CSH) gel and stratlingite (CASH) was formed by blended cement paste mixes containing β-CaSiO3 and n-SiO2. n-SiO2 at 3% and CaSiO3 at 15% replacements of cement (NS3 mix) was the optimum replacement level for the cement paste mix. Analysed regression model suggests that the models and parameters were found significant and can also be used for prediction (based on R2 values and p-value).Este artículo examina el efecto sobre propiedades mecánicas como la resistencia a la compresión, la resistencia a la flexión y el módulo dinámico de elasticidad (DYE) de diferentes proporciones de wollastonita (β-CaSiO3) y nanosílice coloidal (n-SiO2) que reemplazan parcialmente al cemento. También se examinaron indicadores de durabilidad (absorción de agua, sorción y prueba de tratamiento con sulfato) para determinar la calidad de las mezclas de pasta endurecida con respecto a la mezcla de control. Se encontraron los modelos de regresión para las propiedades mecánicas utilizando diferentes parámetros a partir de los resultados obtenidos, y se establecieron y validaron relaciones estadísticas. El análisis de regresión muestra la importancia de cada parámetro y modelo considerados para la predicción de las resistencias mecánicas. Finalmente, los resultados fueron corroborados mediante la caracterización microestructural realizada por FESEM. El β-CaSiO3 y el n-SiO2 coloidal reemplazaron al cemento en un 15 % y entre un 1.5 % y un 6 % con una compensación del 1.5 %, respectivamente, en relación peso/peso baja (0.25), media (0.40) y alta (0.55). Las micrografías FESEM mostraron un gel denso de calcio-silicato-hidrato (CSH) y la estratlingita (CASH) formada por mezclas de pasta de cemento combinadas que contenían β-CaSiO3 y n-SiO2. Los reemplazos de n-SiO2 al 3% y CaSiO3 al 15% de cemento (mezcla NS3) fueron el nivel de reemplazo óptimo para la mezcla de pasta de cemento. El modelo de regresión analizado sugiere que los modelos y parámetros se encontraron significativos y también se pueden usar para la predicción (basado en los valores R2 y el valor p)
Comparando los efectos de la jouravskita y la etringita en la hidratación del clinker
Full text linkManganese enters the clinker from alternative fuel and alternative raw materials. It is present in the iron ores utilized in the cement burning and is found in the slags employed as supplementary cement materials. The jouravskite, as a member of the ettringite family, may form in limestone cement when exposed to sulfate media. To understand its effect on the hydration process, the expansion of small cylindrical clinker pastes doped with synthesized jouravskite and ettringite in magnesium sulfate solutions was measured with a micrometer; and the compressive strength of representative cubes was monitored. The phases formed were characterized by means of X-ray diffraction, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. The jouravskite is found to be a strong retarder for clinker hydration probably due to its adsorption on the cement hydrates.
El manganeso ingresa al clínker a partir de combustibles alternativos y materias primas alternativas. Está presente en los minerales de hierro utilizados en la combustión del cemento y se encuentra en las escorias empleadas como materiales complementarios del cemento. La jouravskita, como miembro de la familia de la etringita, puede formarse en cementos de piedra caliza cuando se expone a medios ricos en sulfatos. Para comprender su efecto en el proceso de hidratación, se midió con un micrómetro la expansión de pequeñas pastas cilíndricas de clínker dopadas con jouravskita y etringita sintetizadas en soluciones de sulfato de magnesio, y se monitoreó la resistencia a la compresión de cubos representativos. Las fases formadas se caracterizaron mediante difracción de rayos X, espectroscopia infrarroja y microscopia electrónica de barrido. Se encuentra que la jouravskita es un fuerte retardador de la hidratación del clínker, probablemente debido a su adsorción en los hidratos de cemento.
 
Efecto de la composición mineralógica y granulometría de la escoria blanca de acería como un reemplazo de cemento/árido fino en hormigón
Full text linkLadle furnace slag (LFS) shows excellent potential for valorization. Despite this, landfills are typically its final destination, mainly because of technological barriers in its valorization process. This work examines the potential use of LFS as a partial cement/fine aggregate replacement, focusing on the effects of LFS composition and particle size distribution on concrete physico-mechanical properties. Chemical/mineralogical characterization of raw/hydrated samples, fresh-/hardened-state concrete properties, and volumetric instability tests were evaluated. Our results show reduced mechanical performance with LFS replacement, reaching compressive strength values of 32-42 MPa after 28 days. LFS mineralogical characterization reveals the absence of free CaO and the presence of periclase with its hydration/carbonation products. Therefore, the weathering/maturity process mainly affects free CaO. Furthermore, the observed volumetric instability issues were within the Code on Structural Concrete (Spanish abbreviation: EHE) established limits (0.04%), suggesting that the remaining periclase could be responsible for this expansive behavior.
La escoria blanca de acería (LFS) presenta potencial para ser valorizada. Sin embargo, su destino es ser depositada en vertedero, debido a barreras tecnológicas en su proceso de valorización. Este trabajo explora el potencial uso de LFS como reemplazo parcial de cemento/árido fino, enfocándose en los efectos de la composición y granulometría de LFS sobre propiedades físico-mecánicas. Se evalúa la composición química/mineralógica (muestras anhidras/hidratadas), propiedades en estado fresco/endurecido y ensayos de inestabilidad volumétrica en hormigón. Los resultados muestran un menor desempeño mecánico con el reemplazo de LFS, alcanzando 32-42 MPa de resistencia a compresión (28 días). La caracterización mineralógica de LFS revela la ausencia de CaO-libre y presencia de periclasa con sus productos de hidratación/carbonatación. Por lo tanto, el proceso de meteorización/maduración afecta principalmente a la CaO-libre. Además, la inestabilidad volumétrica observada se encuentra dentro de los límites establecidos por la EHE (0,04%), donde la periclasa remanente podría ser la responsable de este comportamiento expansivo
Predicción del comportamiento mecánico de morteros que incorporan materiales de cambio de fase mediante técnicas de minería de datos
Full text linkNowadays, it is imperative to reduce the energy bill in order to contribute to a more sustainable planet. In this sense, the use of materials that contribute to the energy efficiency of buildings is a very important contribution to achieve this goal. Mortars incorporating phase change materials (PCM) can make an important contribution to this end, due to its thermal storage capacity, increasing the energy efficiency of buildings. In this work several mortars with different PCM contents were developed, using different binders (cement, aerial lime, hydraulic lime and gypsum). The aim of this study was to apply data mining techniques such as artificial neural networks (ANN), support vector machines (SVM) and multiple linear regressions (MLR) to forecast the compressive and flexural strengths of these mortars at different exposure temperatures. It was concluded that ANN models have the best predictive capacity both for compressive strength and flexural strength. However, the SVM models have a flexural strength forecasting capacity very close to ANN models.Hoy en día es imperativo reducir la factura energética para contribuir a un planeta más sostenible. El uso de materiales que contribuyan a la eficiencia energética de los edificios es muy importante para conseguir este objetivo. Los morteros con materiales de cambio de fase (PCM), por su capacidad de almacenamiento térmico, pueden contribuir de forma importante a este fin aumentando la eficiencia energética de los edificios. En este trabajo se desarrollaron morteros con diferentes contenidos de PCM, utilizando diferentes conglomerantes (cemento, cal aérea, cal hidráulica y yeso). El objetivo de este estudio es aplicar técnicas de minería de datos como redes neuronales artificiales (ANN), máquinas de vectores de soporte (SVM) y regresiones lineales múltiples (MLR) para pronosticar las resistencias a la compresión y flexión de morteros a diferentes temperaturas de exposición. Se concluyó que los modelos ANN tienen la mejor capacidad predictiva para la resistencia a la compresión y flexión. Los modelos SVM tienen una capacidad de predicción de la resistencia a flexión semejante a los modelos ANN
Precipitación de carbonatos inducia por enzimas empleando Ca2+-zeolitas sintéticas de bajo amonio
Full text linkIn this study, a low-ammonium enzyme-induced carbonate precipitation (LA-EICP) technique is proposed that utilizes the cation exchange capability of zeolite to remove ammonium, an environmentally harmful by-product of urea hydrolysis. The LA-EICP process is a modified enzyme-induced carbonate precipitation (EICP) suitable for soil stabilization, by mixing zeolite and resulting solution of urea hydrolysis. The amounts of calcium carbonate precipitated and ammonium ions removed by the synthetic calcium-modified zeolite were analyzed through tube precipitation tests. In addition, the unconfined compressive strengths of the soil specimens were measured and compared to investigate the reinforcing effect of LA-EICP. The precipitation of calcium carbonate within the soil specimen was also confirmed by scanning electron microscope and energy dispersive spectrometry analyses. The results showed LA-EICP can precipitate the same amount of calcium carbonate as conventional EICP, while removing almost all ammonium ions. In addition, the LA-EICP-treated specimen showed a higher strength improvement than the conventional EICP-treated specimen, due to the combined effect of the calcium carbonate and the zeolite.En este estudio, se propone una técnica de precipitación de carbonato inducida por enzimas con bajo contenido de amonio (LA-EICP) que utiliza la capacidad de intercambio catiónico de la zeolita para eliminar el amonio, un subproducto de la hidrólisis de la urea perjudicial para el medio ambiente. El proceso LA-EICP es una precipitación de carbonato inducida por enzimas modificadas (EICP) adecuada para la estabilización de suelos, mediante la mezcla de zeolita y la solución resultante de hidrólisis de urea. Las cantidades de carbonato de calcio precipitado y los iones de amonio eliminados por la zeolita sintética modificada con calcio se analizaron a través de pruebas de precipitación en tubos. Además, se midieron y compararon las resistencias a la compresión no confinada de las muestras de suelo para investigar el efecto de refuerzo de LA-EICP. La precipitación de carbonato de calcio dentro de la muestra de suelo también se confirmó mediante análisis de microscopía electrónica de barrido y espectrometría de dispersión de energía. Los resultados mostraron que LA-EICP puede precipitar la misma cantidad de carbonato de calcio que el EICP convencional, mientras elimina casi todos los iones de amonio. Además, la muestra tratada con LA-EICP mostró un mayor aumento de la resistencia que la muestra tratada con EICP convencional, debido al efecto combinado del carbonato de calcio y la zeolita
Explorando el impacto del óxido de grafeno en las propiedades mecánicas y de durabilidad de los morteros que incorporan residuos de demolición: efectos en la estructura de micro y nano-poros
Full text linkIn this study is explored the use of construction and demolition waste as fine aggregate in mortars. The addition of nano-graphene oxide (0.1%wt) has also been evaluated. Tests were conducted to determine their density, humidity content, water absorption capacity and open void porosity (using water absorption) and the micro and nano-porosity using Hg intrusion and N2 absorption techniques, as well as their flexural and compressive strength and resistance to acid attacks. The mechanical properties of mortars manufactured with standard sand were better (30%) than made with waste aggregate. Mortars with both aggregates can be classified as M20. Nano-Graphene oxide acts as a filler, reducing the volume of macro and micro pores, thereby increasing the mechanical performance, especially when recycled aggregates are used (30% the flexural strength for recycled aggregates and 4% for standard sand). The addition of nano-graphene oxide reduces the transmission channels of acid within mortar.
Este estudio explora el uso de residuos de construcción y demolición como árido fino en morteros. Se ha evaluado la adición de nano-óxido de grafeno (0.1%p). Se ha analizado la porosidad abierta usando absorción de agua, micro-porosidad con intrusión de Hg y nano-porosidad por absorción de N2, así como su resistencia a la flexión, compresión y resistencia al ataque ácido. Las propiedades mecánicas con arena estándar fueron mejores (30%) que, con árido reciclado, aunque los dos morteros pueden ser clasificados como M20. El volumen de macro y micro-poros disminuyó con nano-oxido de grafeno, lo que aumentó las propiedades mecánicas, especialmente cuando se utilizan agregados reciclados (30 % de la resistencia a la flexión para áridos reciclados y 4 % para áridos estándar). La adición de nano-oxido grafeno reduce los canales de transmisión de ácido dentro del mortero aumentando la resistencia a compresión tras el ataque ácido.
Un cemento bajo en carbono (LC3) como material sostenible en hormigón de alta resistencia: hormigón verde
Full text linkLimestone Calcined Clay Cement (LC3) Technology is a low carbon cement that combines limestone, calcined clay, and clinker, aiming to reduce CO2 emissions by 40%-50% during production. In this study, large-scale investigations were conducted to explore LC3 as a potential substitute for conventional cement (CC). Mechanical and durability tests were performed on LC3, comparing results with CC and Pozzolana Cement (PC) concretes. The findings revealed that LC3 concrete exhibited promising early-stage strength similar to CC concrete. However, at 90 days, LC3 showcased a 10% higher strength compared to CC concrete. Additionally, LC3 displayed a remarkable 45% increase in resistance to moisture ingress, indicating improved durability over CC concrete. These results highlight the efficacy of low carbon cement in developing ternary blended cements that offer early strength and enhanced durability, making it a viable eco-friendly alternative in the construction industry.La tecnología de cemento de arcilla calcinada con piedra caliza (LC3) es un cemento con bajo contenido de carbono que combina piedra caliza, arcilla calcinada y clínker, con el objetivo de reducir las emisiones de CO2 en un 40 %-50 % durante la producción. En este estudio, se realizaron investigaciones a gran escala para explorar LC3 como un posible sustituto del cemento convencional (CC). Se realizaron pruebas mecánicas y de durabilidad al LC3, comparando resultados con los hormigones CC y Cemento con Puzolanas (PC). Los hallazgos revelaron que el hormigón LC3 exhibió una prometedora resistencia en la etapa inicial similar al hormigón CC. Sin embargo, a los 90 días, LC3 mostró una resistencia un 10 % mayor en comparación con el hormigón CC. Además, LC3 mostró un aumento notable del 45 % en la resistencia a la penetración de agua, lo que indica una mayor durabilidad que el hormigón CC. Estos resultados destacan la eficacia del cemento con bajo contenido de carbono en el desarrollo de cementos mixtos ternarios que ofrecen una resistencia temprana y una mayor durabilidad, lo que lo convierte en una alternativa ecológica viable en la industria de la construcción
Comportamiento a tracción uniaxial y caracterización de los mecanismos de materiales base cemento reforzados con fibras multi-escala
Full text linkThe uniaxial tensile properties of multi-scale fiber-reinforced cementitious material (MSFRCM) with steel and polyvinyl alcohol (PVA) fibers and calcium carbonate whisker (CW) were studied. The results showed that CW improved the uniaxial tensile stiffness, strength, peak strain, and toughness of the steel-PVA hybrid fiber-reinforced cementitious material. The CW not only played a role in the small deformation stage but also improved the load holding capacity and toughness of the hybrid fiber-reinforced cementitious material during the large deformation stage. Computational models to assess the uniaxial tensile strength and toughness of the MSFRCM were established. Microstructure observations showed that the steel and PVA fibers formed a weak interfacial transition zone (ITZ) due to the “wall effect.” The CW effectively optimized the structure of the ITZ of the steel and PVA fibers through physical and chemical effects, such as filling, bridging, improving Ca(OH)2 orientation, and chemical effects. The steel fibers, PVA fibers, and CW in the MSFRCM bridged cracks at the macro, mesoscopic, and microscopic levels, respectively. As a result, we observed a fiber chain effect that improved the positive hybrid effect between the multi-scale fibers.Se han estudiado las propiedades de tracción uniaxial de un material cementante reforzado con fibras multiescala (MSFRCM) de acero, de alcohol polivinílico (PVA) y de carbonato cálcico (CW). Los resultados mostraron que las CW mejoraron la rigidez, la resistencia, la deformación máxima y la tenacidad del material cementoso reforzado con fibra híbrida de acero-PVA sometido a tracción uniaxial. Las CW no solo jugaron un papel relevante en la etapa de bajas deformaciones, sino que también mejoraron la capacidad de retención de carga y la tenacidad del material cementante híbrido reforzado con fibras durante la etapa de deformaciones elevadas. Se han establecido modelos computacionales para evaluar la resistencia a la tracción uniaxial y la tenacidad del MSFRCM, y los resultados coincidieron con los resultados de las pruebas así como de los datos de la literatura. Los estudios microestructurales mostraron que el acero y las fibras de PVA formaron una ITZ débil debido al “efecto pared”. Las CW optimizaron eficazmente la estructura de la ITZ del acero y las fibras de PVA a través de efectos físicos y químicos como relleno, formación de puentes y mejora de la orientación de la Ca(OH)2. Las fibras de acero, las fibras de PVA y las CW unieron las fisuras de los MSFRCM a nivel macro, meso y microscópico, respectivamente. Como resultado de ello, se observó un efecto de cadena de fibras que mejoró el efecto híbrido positivo entre las fibras multiescala