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

Abstract

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