Hormigón ecológico de bajo contenido en cemento y el papel de los áridos de hormigón reciclado (RCA), materiales suplementarios del cemento (SCMs) y otros aditivos en la mejora de la sostenibilidad y durabilidad

This study focuses on the development of low-cement eco-concretes incorporating recycled concrete aggregates (RCA) and waste materials such as wood ashes, aiming to achieve a balance between sustainability and mechanical performance. Different concrete mixes were designed with varying cement content (240–290 kg/m3) and RCA replacement levels (25%–50% by weight). The materials used included II/A-LL 42.5 R cement, natural calcareous-silica aggregates, RCA from C30/37 concrete, wood waste ashes, and limestone filler. Experimental tests were conducted on fresh and hardened concrete, including workability, compressive strength, elastic modulus, carbonation resistance, freeze-thaw durability, and chloride penetration resistance. Results show that the mixtures with RCA demonstrated similar or better performance compared to conventional concrete, with C6 (using wood ashes from the burner) showing promising compressive strength and durability characteristics. The study demonstrates that these low-cement mixtures, using recycled aggregates and supplementary materials, can meet the durability requirements for sustainable infrastructure applications.Este estudio se centra en el desarrollo de hormigones ecológicos de bajo contenido en cemento que incorporan áridos reciclados de concreto (RCA) y materiales residuales como las cenizas de madera, con el objetivo de lograr un equilibrio entre la sostenibilidad y el rendimiento mecánico. Se diseñaron diferentes mezclas de hormigón con contenido de cemento variable (240-290 kg/m3) y niveles de reemplazo de RCA (25%-50% en peso). Los materiales utilizados incluyeron cemento CEM II/A-LL 42.5 R, áridos naturales calcareo-sílice, RCA de concreto C30/37, cenizas de madera y filler de piedra caliza. Se realizaron pruebas experimentales tanto en el estado fresco como endurecido del concreto, incluyendo trabajabilidad, resistencia a la compresión, módulo elástico, resistencia a la carbonatación, durabilidad frente a ciclos de congelación-descongelación y resistencia a la penetración de cloruros. Los resultados muestran que las mezclas con RCA presentaron un rendimiento similar o superior al del concreto convencional, siendo la mezcla C6 (que utilizó cenizas de madera del quemador) la que mostró los mejores resultados en cuanto a resistencia a la compresión y durabilidad. El estudio demuestra que estas mezclas de bajo contenido en cemento, utilizando áridos reciclados y materiales suplementarios, pueden cumplir con los requisitos de durabilidad para aplicaciones sostenibles en infraestructuras

Efectos de microfibras de wollastonita sintética en compuestos de geopolímeros ingenieriles reforzados con fibras de PVA

In 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

Degradación del pigmento azul de ultramar en materiales cementicios: una nueva aproximación al fenómeno

The paper analyses the degradation process of commercial ultramarine blue pigments in cementitious materials. For this purpose, two commercial pigments (with and without a protective coating) in different solutions and cement pastes are studied incrementally. The results show that pigment degradation occurs due to an ion exchange phenomenon; during hydration high ion contents are released, calcium and potassium being the most aggressive for the pigment. Calcium distorts the unit cell; between the sodium of the pigment and the potassium in the medium a cation exchange phenomenon takes place. Both processes lead to the diffusion of sulphate and sulphide ions from the pigment to the medium causing loss of colour and the formation of ettringite.En el presente artículo se analiza el proceso de degradación del pigmento azul de ultramar en materiales cementicios. Para ello se han estudiado dos pigmentos comerciales (con y sin recubrimiento protector) en diferentes soluciones y pastas de cemento, de manera incremental. Los resultados muestran que la degradación de los pigmentos es debida a un fenómeno de intercambio iónico; durante la hidratación del cemento se liberan altos contenidos de iones, siendo el calcio y el potasio los más agresivos para el pigmento. El calcio distorsiona la celda unitaria del pigmento y entre el sodio del pigmento y el potasio del medio se produce un fenómeno de intercambio catiónico. Ambos procesos conducen a la difusión de iones sulfato y sulfuro desde el pigmento al medio, la degradación del cromóforo con la consiguiente pérdida de color y la formación de etringita.Los resultados muestran que la degradación del pigmento ocurre debido a un fenómeno de intercambio iónico; durante la hidratación se liberan altos contenidos de iones, siendo el calcio y el potasio los más agresivos para el pigmento. El calcio distorsiona la celda unitaria; entre el sodio del pigmento y el potasio del medio se produce un fenómeno de intercambio catiónico. Ambos procesos conducen a la difusión de iones de sulfato y sulfuro desde el pigmento al medio provocando la pérdida de color y la formación de etringita

Contribución energética de los residuos de carbón reciclados con piedra caliza para producir un clínker de Portland

Analysis has revealed that Moroccan coal gangue consists of silica, clays, and coal, making it a viable substitute for clay in clinker production. Our previous study demonstrated that the clinkering of a cement raw mix with 18.5% (wt) coal gangue and limestone produced a good Portland clinker. This clinker was close to that given by a cement raw mix of a cement plant, and which was taken as a reference-raw RR. The coal gangue contains around 8.8-11.8% coal, exhibits a calorific value of 3.77 MJ/kg and displays an exothermic effect of 67.3 J/g as determined by DSC analysis. This exothermic release is also observed in the LG cement mix. The objective of this study is to estimate the energy contribution of coal gangue in clinker production by comparing the thermochemical energy balances during clinkering up to 1450°C for the two clinker raw materials, LG and RR; our calculations indicate an energy gain of approximately 2.13%.El análisis ha revelado que los residuos de carbón marroquí consisten en sílice, arcillas y carbón, lo que los convierte en un sustituto viable de la arcilla en la producción de clínker. Nuestro estudio previo demostró que la clinkerización de una mezcla cruda de cemento con un 18.5% de residuos de carbón y piedra caliza produjo un buen clínker de Portland. Este clínker fue similar al obtenido por una mezcla cruda de un cemento Portland. Los residuos de carbón contienen alrededor del 8.8-11.8% de carbón, tienen un valor calorífico de 3.77 MJ/kg y muestran un efecto exotérmico de 67.3 J/g según el análisis DSC. El objetivo de este estudio es estimar la contribución energética de los residuos de carbón en la producción de clínker mediante la comparación de los balances de energía termoquímica durante la clinkerización hasta 1450°C para los dos materiales crudos de clínker, LG y RR; nuestros cálculos indican una ganancia energética de aproximadamente 2.13%

Efecto de las fibras en el autosanado de un Hormigón de Ultra Altas Prestaciones

Ultra High-Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) is known for its enhanced self-healing abilities, attributed to its low water-to-cement ratio, high content of un-hydrated cement particles, and multi-cracking pattern. This study investigates the effect of different fiber types and contents on UHPFRC self-healing. Two UHPFRC mixes were evaluated: one with 65/35 3D steel fibers in a dosage of 40 kg/m³ and another with short straight-shaped steel fibers (13/0.2) in a dosage of 160 kg/m³. The self-healing performance was evaluated through crack closure and water permeability. In addition, resistance to chloride penetration was evaluated in healed cracks. Pre-cracked disk specimens with cracks between 100-450 μm were subjected to two healing conditions: water immersion at 20°C and exposure to a humidity chamber (20°C, 95% RH). The mix with higher fiber content (U160) obtained superior crack closure and healing efficiency, particularly under water immersion. For cracks smaller than 150 μm, U160 achieved nearly complete healing, while U40 achieved limited healing efficiency. In addition, water permeability and chloride penetration tests revealed that the U160 mix offered higher resistance to water and chloride penetration, emphasizing the role of fiber content and crack pattern in improving the self-healing and durability of UHPFRC.El hormigón de ultra altas prestaciones reforzado con fibras (UHPFRC) es conocido por sus capacidades mejoradas de autosanado, atribuidas a su baja relación a/c, alto contenido en partículas de cemento sin hidratar y un patrón de fisuración múltiple. Este estudio investiga el efecto de diferentes contenidos y tipos de fibras en las capacidades de autosanado del UHPFRC. Se evaluaron dos amasadas de UHPFRC: una con 40 kg/m³ de fibras de acero 3D 65/35 y otra con 160 kg/m³ de microfibras de acero (13/0.2). La capacidad de autosanado se evaluó mediante el cierre de fisuras y permeabilidad al agua. Además, se estudió la resistencia a la penetración de cloruros en los elementos tras el autosanado. Las probetas ensayadas con fisuras entre 100-450 μm fueron sometidos a dos condiciones de sanado diferentes: inmersión en agua a 20°C y cámara de humedad (20°C, 95% RH). La serie con mayor contenido de fibra (U160) obtuvo una capacidad de autosanado superior, tanto en cierre de fisura como en permeabilidad, especialmente para probetas sanadas en inmersión en agua. Para fisuras por debajo de 150 μm, la serie U160 logró un autosanado casi completo, mientras que la mezcla U40 obtuvo una eficiencia limitada. Tras el proceso de autosanado, la serie U160 obtuvo mayor resistencia frente a la penetración de agua y cloruros, resaltando el papel del contenido de fibras en la mejora de la autosanado y durabilidad del UHPFRC

Influencia del pretratamiento químico en la puzolanicidad de micropartículas de vidrio reciclado utilizadas en sustitución del cemento Portland

This research investigated the influence of using chemically treated glass microparticles as a partial replacement for cement in Portland cement pastes and mortars. The microparticles were obtained by grinding glass waste into three different particle size fractions (< 75 µm, < 45 µm, and < 25 µm), treated with calcium hydroxide (CH), and characterized using SEM/EDS and a laser particle size analyzer. Samples prepared with the incorporation of glass were characterized using XRD, TGA/DTG, and SEM/EDS. The pretreatment with calcium hydroxide induced the formation of C-S-H with different morphologies on the surface of the particles, in addition to causing changes in particle size distribution due to the formation of agglomerates. The pastes prepared with treated particles had lower amounts of CH and higher levels of hydrated silicates. However, when indirectly measuring the pozzolanicity of treated particles through the compressive strength of mortars, no significant differences were observed in the strengths of mortars made with treated and untreated particles.Este estudio investigó la influencia del uso de micropartículas de vidrio tratadas químicamente como reemplazo parcial del cemento en pastas y morteros de cemento Portland. Las micropartículas se obtuvieron mediante la molienda de residuos de vidrio en tres fracciones de tamaño de partícula diferentes (< 75 µm, < 45 µm y < 25 µm), tratadas con hidróxido de calcio (CH) y caracterizadas mediante SEM/EDS y un analizador de tamaño de partícula láser. Las muestras preparadas con la incorporación de vidrio se caracterizaron mediante XRD, TGA/DTG y SEM/EDS. El tratamiento previo con hidróxido de calcio indujo la formación de C-S-H con diferentes morfologías en la superficie de las partículas, además de provocar cambios en la distribución del tamaño de partícula debido a la formación de aglomerados. Las pastas preparadas con partículas tratadas tenían menores cantidades de CH y niveles más altos de silicatos hidratados. Sin embargo, al medir indirectamente la puzolanicidad de las partículas tratadas a través de la resistencia a la compresión de los morteros, no se observaron diferencias significativas en las resistencias de los morteros hechos con partículas tratadas y no tratadas

Propiedades de transporte del hormigón geopolímero fabricado con escorias y cenizas volantes con hidróxido de sodio 2M con variaciones en el porcentaje de escoria, la relación Al/Bi y la relación SS/SH

The aim of this research is to determine the effect of sodium hydroxide molarity 2M combined with variations in slag percentage, ratio of alkali activator to binder (Al/Bi), and ratio of sodium silicate to sodium hydroxide (SS/SH) on the transport properties of fly ash-slag-based GPC cured at ambient temperature. The result is increase in slag percentage and SS/SH ratio lead to a decrease in porosity, water absorption rate and chloride permeability. The alkali activator to binder (Al/Bi) ratio of 0.45 produces the lowest porosity, water absorption rate, and chloride permeability. The porosity, sorptivity, and chloride penetration depths of all GPC are lower than those of OPC. The recommended mix compositions for GPC that exhibit lower transport properties than OPC are GPC4 (slag 40%, SS/SH ratio 1.5, Al/Bi ratio 0.45); GPC5 (slag 50%, SS/SH ratio 1.5, Al/Bi ratio 0.45); and GPC7 (slag 30%, SS/SH ratio 2.0, Al/Bi ratio 0.45).El objetivo de esta investigación es determinar el efecto de la molaridad de hidróxido de sodio 2M combinado con variaciones en el porcentaje de escoria, la relación de activador alcalino/binder (Al/Bi) y la relación de silicato de sodio/hidróxido de sodio (SS/SH) sobre las propiedades de transporte del GPC a base de escoria y cenizas volantes curado a temperatura ambiente. Los resultados indican que un aumento en el porcentaje de escoria y en la relación SS/SH conducen a una disminución de la porosidad, la tasa de absorción de agua y la permeabilidad al cloruro. La proporción de activador alcalino/binder (Al/Bi) de 0,45 produce disminuciones en la porosidad, la tasa de absorción de agua y la permeabilidad al cloruro. La porosidad, la sortividad y las profundidades de penetración de cloruro de todos los GPC son menores que las del OPC. Las composiciones de mezcla recomendadas para GPC que exhiben propiedades de transporte más bajas que el OPC son GPC4 (escoria 40 %, relación SS/SH 1,5, relación Al/Bi 0,45); GPC5 (escoria 50 %, relación SS/SH 1,5, relación Al/Bi 0,45); y GPC7 (escoria 30%, relación SS/SH 2,0, relación Al/Bi 0,45)

Influencia de un aditivo químico tipo cristalizador en el microhormigón prefabricado: un análisis estadístico y una visión holística de la ingeniería

The aim of this paper is to evaluate the influence of a crystallizing chemical admixture on precast micro concretes with two water contents (7% and 11%, by dried mass) and two different conditions of exposure. Thus, precast micro concretes with a composition of 1:3 (cement: fines) with and without crystalline chemical admixture were evaluated on compressive strength (at the age of 28 and 154 days) and water absorption by immersion (at the age of 154 days). Statistical analysis showed that the only significant factor was the effect of the water content on the compressive strength. Besides that, the most significant factors for the water absorption and voids index properties were the water content, followed by the exposure conditions, and the interaction between the water content and the presence of the chemical admixture. The crystalline admixture was insignificant in the conditions of this research.El objetivo del trabajo es evaluar la influencia de un aditivo químico cristalizador sobre micro hormigones prefabricados con dos contenidos de agua (7% y 11%, en masa seca) y dos condiciones de exposición diferentes. Así, microhormigones prefabricados con una composición 1:3 (cemento: finos) con y sin aditivo químico cristalino fueron evaluados, analizando su resistencia a compresión (a la edad de 28 y 154 días) y la absorción de agua por inmersión (a la edad de 154 días). El análisis estadístico mostró que el único factor significativo fue el efecto del contenido de agua sobre la resistencia a la compresión. Además de eso, los factores más significativos para las propiedades de absorción de agua e índice de vacíos fueron el contenido de agua, seguido de las condiciones de exposición y la interacción entre el contenido de agua y la presencia de la mezcla química. La mezcla cristalina fue insignificante en las condiciones de esta investigación

Efecto del pretratamiento de humectación del residuo de arena procedente de la fundición de vidrio en las propiedades de la escoria activada alcalinamente

Waste 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