Sinergia de la nanosílice: Desvelando los mecanismos de resistencia y fractura en compuestos de hormigón avanzado

This study explores how nanosilica impacts the mechanical properties and fracture behavior of ultra-high-performance concrete (UHPC). We delved into the role of nanosilica in enhancing pozzolanic reactions and its effects on UHPC’s pore structure. This was investigated using advanced techniques such as scanning electron microscopy and mercury intrusion porosimetry. We prepared UHPC samples with varying nanosilica concentrations, replacing cement by 0 to 7.5%wt, to understand its influence comprehensively. Our findings reveal that higher nanosilica content, while beneficial in some aspects, compromises the self-compacting nature of UHPC. This necessitated conducting slump tests to evaluate workability. Remarkably, the addition of nanosilica led to a reduction in both capillary and macropores, enhancing the density and strength of the concrete. Specifically, a maximum of 5%wt nanosilica addition resulted in a 13% increase in compressive strength. However, this improvement in strength comes with a trade-off. The fracture energy of UHPC decreased by 23.2%, indicating an increase in brittleness due to nanosilica. Interestingly, tensile strength saw a 10.5% increase, primarily attributed to the enhanced formation of the C-S-H gel, a key component for concrete strength. This study illuminates the dual-edged effects of nanosilica in UHPC, presenting a nuanced view of its role in concrete technology and fracture mechanics.Este estudio explora cómo el nanosílice afecta las propiedades mecánicas y el comportamiento de fractura del hormigón de ultra alta prestaciones (UHPC). Profundizamos en el papel que el nanosílice juega en la mejora de las reacciones puzolánicas y sus efectos sobre la estructura porosa del UHPC. Para ello, se utilizaron técnicas avanzadas como la microscopía electrónica de barrido y la porosimetría por intrusión de mercurio. Se prepararon muestras de UHPC con diferentes concentraciones de nanosílice, sustituyendo el cemento entre un 0 y un 7,5% en peso, para comprender a fondo su influencia. Nuestros resultados revelan que, aunque un mayor contenido de nanosílice es beneficioso en algunos aspectos, compromete la capacidad autocompactante del UHPC. Esto hizo necesario realizar ensayos de escurrimiento para evaluar su trabajabilidad. Sorprendentemente, la adición de nanosílice llevó a una reducción tanto de los poros capilares como de los macroporos, mejorando la densidad y resistencia del hormigón. Concretamente, una adición máxima del 5% en peso de nanosílice resultó en un aumento del 13% en la resistencia a compresión. Sin embargo, esta mejora en la resistencia conlleva una contrapartida. La energía de fractura del UHPC disminuyó en un 23,2%, lo que indica un aumento en la fragilidad debido al nanosílice. Curiosamente, la resistencia a tracción aumentó en un 10,5%, principalmente

Relación entre los coeficientes de difusión del radón y el oxígeno en hormigones OPC

One of the solutions used to limit radon in buildings is to install membrane-type barriers, a costly solution for large surfaces. As concrete often forms the building envelope with the ground, it is interesting to investigate its performance as a barrier, i.e. its radon exhalation, which depends on the radon diffusion coefficient and thickness. Experimentally obtaining the radon diffusion coefficient in concrete is complicated, so it would be useful to be able to use an analytical method for its estimation from parameters that are easier to obtain, such as the oxygen diffusion coefficient, which can be determined experimentally with less difficulty and could even be estimated analytically. This article describes a study carried out to establish the relationship between oxygen and radon diffusion coefficients in concrete with Ordinary Portland Cement, based on tests for various types of concrete.Una de las soluciones empleadas para limitar el radón en los edificios consiste en instalar barreras de tipo lámina, solución sin embargo costosa para grandes superficies. Puesto que el hormigón suele constituir la envolvente del edificio con el terreno, es interesante investigar sus prestaciones como barrera, es decir, su exhalación de radón, que depende del coeficiente de difusión del radón y del espesor. La obtención experimental del coeficiente de difusión del radón en el hormigón es complicada por lo que sería útil poder emplear un método analítico para su estimación a partir de parámetros más sencillos de obtener, como el coeficiente de difusión del oxígeno, que puede determinarse experimentalmente con menos dificultad e incluso podría estimarse analíticamente. Este artículo describe un estudio realizado para establecer la relación entre los coeficientes de difusión de oxígeno y radón en hormigón con Ordinary Portland Cement, basado en ensayos para varios tipos de hormigón

Alternativas cementantes sostenibles para el almacenamiento de energía térmica: materiales activados alcalinamente e híbridos basados en escoria

The 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

Adobes reciclados con poliestireno: una alternativa para la conservación y restauración de monumentos y sitios históricos

Incorporating 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

Transformando el bambú-Guadua: extracción y caracterización de las fibras para materiales biocompuestos

Guadua angustifolia, a South American bamboo species, has a long-standing tradition of use as a construction material. Despite numerous studies on its mechanical and structural properties, research on its fibers and extraction processes is scarce. This paper aims to enrich the technical-scientific understanding necessary for enhancing the utilization of Guadua angustifolia bamboo fibers. It outlines an experimental program that developed and assessed an extraction methodology. The fibersproduced were characterized by their length, density, water absorption, mechanical properties, morphological features, and FTIR spectroscopy. The extraction method yielded fibers up to 20cm long, with an average density of 1.4g/cm3 and a tensile strength of approximately 350MPa, among other properties.La Guadua angustifolia, una especie de bambú sudamericana, tiene una larga tradición de uso como material de construcción. A pesar de existir numerosos estudios sobre sus propiedades mecánicas y estructurales, las investigaciones sobre sus fibras y procesos de extracción son escasas. Este artículo tiene como objetivo enriquecer el conocimiento técnico-científico necesario para aumentar la utilización de las fibras de bambú Guadua angustifolia. Propone un programa experimental que desarrolló y evaluó una metodología de extracción. Las fibras obtenidas se caracterizaron por su longitud, densidad, absorción de agua, propiedades mecánicas, características morfológicas y espectroscopia FTIR. El método de extracción arrojó fibras de hasta 20 cm de largo, con una densidad promedio de 1.4 g/cm3 y una resistencia a la tracción alrededor de 350 MPa, entre otras propiedades

Evaluación de la permeabilidad y la retracción por secado del hormigón con cáscara de palma aceitera mejorado mediante tratamiento superficial con emulsión acrílica de estireno

This article introduces oil palm shell (OPS), an agricultural waste product, as a promising substitute for traditional aggregates in concrete. OPS exhibits lightweight characteristics, reducing the overall density of structures and aligning with sustainable building practices. Despite its advantages, OPS incorporation faces challenges, particularly in terms of durability and mechanical strength. The porous nature of OPS raises concerns about its long-term performance, susceptibility to environmental factors and impact on concrete workability. To address these challenges, this article proposes a surface treatment method using styrene acrylic emulsion (SAE) to modify the physical properties of OPS. This research aims to assess the influence of different SAE coatings on the durability properties, particularly in the permeability and dry shrinkage of OPS concrete. Results show that SAE treatment enhances particle density, reduces water absorption and improves adhesion between OPS and the cement matrix, which positively impacts concrete strength.Este estudio explora el potencial de la cáscara de palma aceitera (OPS), un residuo agrícola, como una alternativa sostenible a los áridos tradicionales en el hormigón ligero. A pesar de sus ventajas, la OPS presenta desafíos relacionados con la durabilidad, resistencia mecánica y trabajabilidad debido a su naturaleza porosa. Para abordar estos problemas, esta investigación investiga la aplicación de emulsión acrílica de estireno (SAE) como tratamiento superficial para la OPS. El estudio evalúa los efectos de diferentes recubrimientos SAE sobre la durabilidad del hormigón con OPS, centrándose en la permeabilidad y la retracción por seco. Los resultados indican que el tratamiento SAE mejora la densidad de las partículas de OPS, reduce la absorción de agua y mejora la unión entre la OPS y la matriz de cemento, lo que mejora la resistencia y durabilidad del hormigón.

Investigación del empleo de ceniza de la combustión de aceite de palma y filler calizo en la fabricación de hormigones sostenibles de alta resistencia

This 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

Empleo de zeolitas fabricadas a partir de residuos industriales en la preparación de materiales de base cemento

Two 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

Incorporación de tierras de blanqueo gastadas y sedimento de vidrio como materia prima alternativa para la fabricación de ecoproductos a base de arcilla cocida

This 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

Efecto del árido asfáltico reciclado sobre la durabilidad de un pavimento de hormigón

The use of recycled aggregates instead of natural aggregates used in concrete reduces environmental pollution and concrete costs. Recycled Asphalt Pavement (RAP) aggregate used as recycled aggregate has a lower water absorption than natural aggregate due to its bituminous structure, which reduces the water requirement of fresh concrete. In this study, it was aimed to determine the optimum use of RAP particles as aggregate in concrete for read pavements and to determine their durability properties. For this purpose, RAP was used instead of crushed stone aggregate used in concrete road construction. RAP was used by replaced aggregate 0%, 25%, 50% and 100% of the crushed stone aggregate used on the concrete road. The dose of the produced concrete was 350 kg/m3 and the water/cement ratio was kept constant as 0.45. The fresh workability and air content of concretes containing RAP were determined. Compressive strength, splitting tensile strength, electrical resistivity value, accelerated corrosion test of hardened concretes were subjected to corrosion resistance, water absorption and porosity percentage, acid resistance, ultrasonic pulse rate and Scanning Electron Microscope (SEM) and X-ray Diffractometer (XRD) analyzes were determined. In the experimental results, it has been observed that the use of RAP ratio of 25% and 50% remains within the limit values for concrete pavement. It is recommended to be used on reinforced concrete roads that will be exposed to adverse environmental conditions with its high corrosion resistance, thanks to its anti-corrosion feature.El uso de áridos reciclados en lugar de áridos naturales en el hormigón reduce la contaminación ambiental y los costes del hormigón. El árido de Pavimento Asfáltico Reciclado (RAP) utilizado como árido reciclado tiene una menor absorción de agua que el árido natural debido a su estructura bituminosa, lo que reduce el requerimiento de agua del hormigón fresco. En este estudio el objetivo fue determinar el uso óptimo de partículas de RAP como árido en hormigón para pavimentos lisos y determinar sus propiedades durables. Para ello se utilizó RAP en lugar de los áridos de piedra triturada utilizados en la construcción de carreteras con hormigón. Se utilizó RAP reemplazando el 0%, 25%, 50% y 100% del árido de piedra triturada. El hormigón producido tenía un contenido en cemento 350 kg/m3 y la relación agua/cemento se mantuvo constante en 0,45. Se determinó la trabajabilidad en fresco y el contenido de aire de los hormigones que contienen RAP. También se determinaron la resistencia a la compresión, la resistencia a la tracción, el valor de resistividad eléctrica y la prueba de corrosión acelerada de hormigones endurecidos. Igualmente, se evaluó la absorción de agua y porcentaje de porosidad, la resistencia al ataque ácido, la frecuencia de pulso ultrasónico y la microestrucutra mediante microscopio electrónico de barrido (MEB) y difractómetro de rayos X (DRX). En los resultados experimentales se ha observado que el uso de una relación RAP del 25% y 50% se mantiene dentro de los valores límite para pavimentos de hormigón. Se recomienda su uso en carreteras de hormigón armado que estarán expuestas a condiciones ambientales adversas por su alta resistencia a la corrosión, gracias a su característica anticorrosión