Estudio de la cinética de hidratación y propiedades mecánico-microestructurales de cementos Portland elaborados con y sin sedimento dragado: aproximaciones experimentales y numéricas

This research focused on two objectives: (i) investigating the impacts of sediment substitution in the raw meal on the hydration and mechanical-microstructural properties of cement; (ii) assessing the reliability of CEMHYD3D code for modeling the properties of hydrated cement. The experimental results indicated that a maximum rate of sediment up to 7.55% had no impact on the formation of mineralogical phases of clinker, the hydration and mechanical-microstructural development of cement. The degree of hydration and strengths of cement made of sediment substitution were slightly higher than those of reference cement, whereas the critical diameter of pores of both hydrated cements was nearly identical. Comparing the modeling results with the experimental measurements showed good predictions for the degree of hydration, hydration heat as well as strength development. However, the formation of hemi-and mono-carboaluminate phases was not predicted in the model, and the porosity prediction was also limited to the capillary porosity.Esta investigación se centró en dos objetivos: (i) investigar los impactos de la incorporación de sedimentos dragados sobre la hidratación y las propiedades mecánico-microestructurales del cemento; (ii) evaluar la confiabilidad del código CEMHYD3D para modelar las propiedades del cemento hidratado. Los resultados experimentales indicaron que un contenido máximo de sedimentos de hasta 7,55% no tuvo impacto en la formación de fases mineralógicas del clínker, la hidratación y el desarrollo mecánico-microestructural del cemento. El grado de hidratación y las resistencias del cemento obtenido a partir de la sustitución de sedimentos fueron ligeramente superiores a las del cemento de referencia, mientras que el diámetro crítico de los poros de ambos cementos hidratados fue casi idéntico. La comparación de los resultados de la modelización con los experimentales mostró buenas predicciones para el grado de hidratación, el calor de hidratación y el desarrollo de las propiedes mecánicas. Sin embargo, la formación de fases de hemi y monocarboaluminato no se predijo en el modelo, y la predicción de la porosidad también se limitó a la porosidad capilar

Geopolímeros con residuos de ladrillo y hormigón de construcción

The 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

Hormigón celular tratado en autoclave reforzado por pasadores poliméricos

Autoclaved 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

Aspectos estructurales del hormigón que incorpora áridos gruesos reciclados de residuos de construcción y demolición

The 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

Investigación de las propiedades de adherencia entre el hormigón reforzado con fibras híbridas y las barras BFRP tras la exposición a altas temperaturas

This research investigated the bond properties at high temperatures and with hybrid fiber addition between basalt fiber reinforced polymer (BFRP) bars and hybrid fiber-reinforced concrete (HFRC). The tensile strength and appearance morphology of BFRP bars were analyzed. Used scanning electron microscopy (SEM) to examine the microscopic morphology and used the bond-slip constitutive model to fit the bond-slip curves. When BFRP bars after exposed to 300 °C, their tensile strength dropped by 42%. With the increasing temperature, the bond strength and stiffness of normal concrete (NC) specimens decreased by 27.3 % and 67.5 %, respectively, while HFRC specimens decreased by 20.8 % and 55 %, respectively. Hybrid fibers increased the bond strength and stiffness of HFRC specimens by 27.1 % and 49.1 %, respectively. The best fitting models were the Malvar model and the Continuous Curve model.Esta investigación evaluó las propiedades de adherencia a altas temperaturas y con adición de fibra híbrida entre barras de polímero reforzado con fibra de basalto (BFRP) y hormigón reforzado con fibra híbrida (HFRC). Se analizaron la resistencia a la tracción y la morfología del aspecto de las barras de BFRP. Se utilizó microscopía electrónica de barrido (SEM) para examinar la morfología microscópica y se utilizó el modelo constitutivo de adherencia-deslizamiento para ajustar las curvas de adherencia-deslizamiento. Cuando las barras de BFRP se expusieron a 300 °C, su resistencia a la tracción disminuyó un 42%. Con el aumento de la temperatura, la resistencia de adherencia y la rigidez de los especímenes de hormigón normal (NC) disminuyeron un 27,3% y un 67,5%, respectivamente, mientras que los especímenes HFRC disminuyeron un 20,8% y un 55%, respectivamente. Las fibras híbridas aumentaron la resistencia de adherencia y la rigidez de las probetas HFRC en un 27,1 % y un 49,1 %, respectivamente. Los modelos que mejor se ajustaron fueron el modelo de Malvar y el modelo de curva continua

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

To 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

Fatiga del HRFA en compresión: Efecto de escala & autorreparación autógena

This review synthesizes prior research on size effect and autogenous self-healing in steel fiber-reinforced concrete (SFRC) under compressive fatigue. It explores the fatigue behavior of SFRC, focusing on fiber reinforcement’s role in post-cracking toughness, crack propagation, and fatigue endurance. The review demonstrates that larger SFRC specimens have reduced fatigue lives, attributed to increased elastic energy driving microcrack growth, aligning with classical size effect theory. Additionally, it highlights autogenous self-healing, where fatigue-induced microcracks release occluded water, promoting rehydration and calcium carbonate precipitation, which enhances residual strength. The interaction between size effect, fiber content, and self-healing is examined, offering insights into improving SFRC’s durability under cyclic loading. These findings have practical implications for designing SFRC structures subjected to compressive fatigue, such as wind turbine towers and railway slabs.Este artículo revisa investigaciones sobre el efecto de escala y la autorreparación autógena en el hormigón reforzado con fibras de acero (HRFA) bajo fatiga en compresión. Se centra en el papel de las fibras en la tenacidad postfisuración, la propagación de grietas y la resistencia a la fatiga. La revisión muestra que las probetas de mayor tamaño tienen vidas de fatiga reducidas debido a la mayor energía elástica que impulsa el crecimiento de microgrietas, en consonancia con la teoría clásica del efecto de escala. Además, destaca la autorreparación autógena, donde las microgrietas liberan agua ocluida, promoviendo la rehidratación y la precipitación de carbonato cálcico, lo cual mejora la resistencia residual. Se examina la interacción entre el efecto de escala, el contenido de fibras y la autorreparación, aportando ideas para mejorar la durabilidad del HRFA bajo carga cíclica en estructuras, por ejemplo, en torres de turbinas eólicas y placas ferroviarias

Comportamiento al corte de la mampostería de ladrillos huecos de arcilla recubiertos con mortero reforzado con fibras cortas de yute

The objective of this study is to present a new method of reinforcing masonry using layers of mortar reinforced with short jute fibers. Mortars were produced with 0%, 2% and 3% jute fibers with cementitious matrices free of calcium hydroxide. The effectiveness of the reinforced mortar was evaluated through diagonal compression tests of hollow ceramic brick masonry prisms. The prisms were coated on both sides. The experimental results demonstrated that the diagonal resistance of the fiber system increased by 28 to 30% and presented greater resistance to elastic deformation during load application, with deformation coefficients 2 and 3 times greater for 2% and 3% of fibers, respectively. Therefore, jute fibers prove to be a sustainable and efficient alternative for masonry reinforcement applications, with maximum applied loads considerably higher than the unreinforced system, in addition to better crack control.El objetivo de este estudio es presentar un nuevo método de refuerzo de mampostería mediante capas de mortero reforzado con fibras cortas de yute. Se produjeron morteros con 0%, 2% y 3% de fibras de yute con matrices cementantes libres de hidróxido de calcio. La efectividad del mortero armado se evaluó mediante ensayos de compresión diagonal de prismas de mampostería de ladrillo cerámico hueco. Los prismas estaban recubiertos por ambas caras. Los resultados experimentales demostraron que la resistencia diagonal del sistema de fibras aumentó entre un 28 y um 30%, y presentó mayor resistencia a la deformación elástica durante la aplicación de carga, con coeficientes de deformación 2 y 3 veces mayores para el 2% y 3% de fibras, respectivamente. Por lo tanto, las fibras de yute demuestran ser una alternativa sostenible y eficiente para aplicaciones de refuerzo de mampostería, con cargas máximas aplicadas considerablemente mayores que el sistema no reforzado, además de un mejor control de fisuras

Durabilidad y propiedades mecánicas de los hormigones con filer calizo utilizando empaquetamiento de partículas

This study aims to present alternatives to reduce the demand of cement in concrete production based on particle packing concepts. Physical and mechanical characteristics of concretes, as well as the resistance to chlorides action were analyzed. The tests conducted in this study included compressive strength, chloride migration, capillary absorption tests and wetting and drying cycles in 1M sodium chloride solution. Mixtures containing limestone filler presented satisfactory results compared to the reference mixture with particle packing. Excellent results were obtained for concrete with cement consumption of 253.34 kg.m-3 in terms of compressive strength, binder index, capillary absorption and depassivation time of rebars, thus reinforcing the concept that partial cement replacement by limestone filler yields positive results in these properties. Worse results were obtained for concrete with a cement consumption of 161.86 kg.m-3, because it had a higher proportion of filler than cement. The electrochemical monitoring of the steel bars also shows that the packing of the aggregates was essential to delay the initiation of corrosion.Este estudio tiene el objetivo de presentar alternativas para reducir la demanda de cemento en la producción de hormigón teniendo en cuenta conceptos de empaquetamiento de partículas. y la resistencia a la acción de los cloruros fueron evaluados. Las pruebas realizadas en ese estudio fueron resistencia a la compresión axial, migración de cloruros, absorción capilar y ciclos de humectación y secado en solución de cloruro sódico 1M. Las mezclas que contienen filer calizo presentaron resultados satisfactorios en comparación con la mezcla de referencia con empaquetamiento de partículas. La mezcla con un consumo de cemento de 253,34 kg.m-3 demostró excelentes resultados en términos de resistencia a la compresión axial, índice de aglomerante, absorción capilar y tiempo para despasivación del acero, reforzando el concepto de que la sustitución parcial del cemento por filer calizo produce resultados positivos en esas propiedades. Peores resultados fueron obtenidos para el hormigón con consumo de cemento de 161,86 kg·m-3, debido a su composición con mayor proporción de filer en comparación con el cemento. El monitoreo electroquímico de las barras de acero muestra que el empaquetamiento de los agregados fue esencial para el retardo de la iniciación de la corrosión

Diseño de un modelo constitutivo explícito de formación de fisuras para compuestos cementicios diseñados utilizando fibra de polivinil alcohol (PVA) o de polietileno (PE)

This 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