Diseño de mezcla para morteros de ceniza volante activados alcalinamente

Trabajo de investigaciónTrabajo de investigación que se enfoca en el análisis de diferentes diseños de mezcla para morteros de ceniza volante activada alcalinamente, con los cuales se busca identificar los parámetros de diseño más relevantes, unirlos en un solo diseño teórico y finalmente demostrar, desde la teoría, la posibilidad de considerarlo como una opción viable de reemplazo a las mezclas de mortero convencional a base de cemento portland, y con ello contribuir con la disminución en el uso del mismo y por ende, las emisiones de CO2 propias de la industria cementera a nivel mundial.1. INTRODUCCIÓN 2. ANTECEDENTES 3. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. 4. OBJETIVOS 5. METODOLOGÍA 6. MARCO DE REFERENCIA 7. ESTADO DEL ARTE 8. ANALISIS BIBLIOGRAFICO 9. ANALISIS GENERAL 10. FACTIBILIDAD ECONÓMICA. 11. CONCLUSIONES GENERALESPregradoIngeniero Civi

Comportamiento mecánico y durabilidad de morteros de cenizas volantes activadas alcalinamente

En este estudio se emplean mezclas con dosificaciones diferentes, sometiendo dichas mezclas a pruebas de laboratorio que determinaran las propiedades mecánicas y de durabilidad de las probetas de mortero, de esta forma poder dar un estimativo del desempeño y posible uso de dichos morteros. Este proyecto principalmente se encuentra basado en la sustitución de cemento hidráulico convencional, por cenizas volantes activadas alcalinamente, en la producción de mortero, donde se permite obtener un producto que cumple con los requerimientos físicos y mecánicos especificados en las normas NTC. Se trabajaran mezclas con cenizas volantes activadas alcalinamente,provenientes del procesos energéticos de la empresa textilera Fabricato, estas serán activadas alcalinamente con Hidróxido de Sodio (NaOH) y Silicato de Sodio (Na2SiO3) en diferentes proporciones. De este modo, mediante la evaluación del desempeño mecánico y de la durabilidad de las diferentes mezclas de mortero con cenizas volantes activadas alcalinamente, se pretende dar un paso hacia la implementación de materiales ecológicos de bajo impacto.In this study, using mixtures with different dosages, subjecting the mixtures to laboratory tests that determine the mechanical and durability properties of mortar specimens, thus able to give an estimate of the performance and potential use of such mixtures. This project is mainly based on the conventional hydraulic cement replacement by fly ash alkali activated, in the production of mortar, which results in a product that meets the physical and mechanical requirements specified in the rules NTC. The work blends with alkali activated fly ash, from the energetic processes Fabricato textile company, they will be alkali activated with sodium hydroxide (NaOH) and sodium silicate (Na2SiO3) in different proportions. Thus, by evaluating the mechanical performance and durability of different mortar mixtures with alkali activated fly ash, is to take a step towards the implementation of low-impact eco-friendly materials.Ingeniero (a) CivilPregrad

Activación alcalina de mezclas de ceniza volante y escoria de alto horno colombianas y su aplicación en la fabricación de unidades de mampostería estructural

La creciente necesidad de implementar materiales ambientalmente amigables en la industria de la construcción, ha generado numerosas investigaciones orientadas a la reutilización de subproductos industriales como la ceniza volante, escoria de alto horno, ceniza de cascarilla de arroz entre otras, las cuales presentan propiedades cementantes similares al cemento portland ordinario, pero con la ventaja de una menor generación de CO2 comparado con la cantidad generada durante la producción del cemento portland. En consonancia con lo anterior, se buscó identificar una mezcla cementante compuesta por ceniza volante y escoria de alto horno con una proporción que garantizara una resistencia mecánica adecuada para su implementación en la fabricación de unidades de mampostería estructural. Se realizaron diferentes mezclas de mortero a partir de combinaciones de ceniza volante y escoria de alto horno y dichas combinaciones se sometieron a un proceso de activación mediante una solución alcalina compuesta por Hidróxido de Sodio (NaOH) y Silicato de Sodio (Na2SiO3) en diferentes proporciones y concentraciones. Se identificó la combinación de ceniza volante y escoria de alto horno que mezclada junto con una determinada concentración de NaOH y Na2SiO3 proporciona el comportamiento mecánico adecuado en términos de resistencia a la compresión. Posterior a la selección de la mezcla de mejor desempeño mecánico, se realizó un estudio detallado de dicha mezcla en relación a la trabajabilidad de la mezcla, los efectos de la temperatura de curado y la variación de la resistencia a la compresión con el tiempo. Adicionalmente se realizó una revisión de la microestructura de la Mezcla de mejor desempeño mecánico utilizando el Microscopio Electrónico de Barrido (SEM). La investigación finalizó con la fabricación de unidades de mampostería estructural los cuales se caracterizaron en términos de su densidad, absorción y resistencia a la compresión. A partir de las unidades de mampostería se construyeron muretes utilizando un mortero de pega convencional y se estudió el comportamiento ante cargas axiales y cagas de tensión diagonal. Los resultados obtenidos experimentalmente fueron comparados con un modelo de elementos finitos. Los resultados obtenidos durante la investigación y los cuales están consignados en el presente documento, permiten establecer que los morteros activados alcalinamente presentan un alto potencial de aplicación en la industria de la construcción, principalmente en prefabricados como las unidades de mampostería.Abstract: The growing need to implement environmentally friendly materials in the construction industry, has generated numerous investigations oriented to the reuse of industrial byproducts such as fly ash, blast furnace slag, rice husk ash among others, which present similar cementing properties to ordinary portland cement, but with the advantage of a lower generation of CO2 compared to the amount emited during the production of portland cement. In line with the above, it was sought to identify a binder mixture composed by fly ash and blast furnace slag with a proportion that would guarantee adequate mechanical strength for its implementation in the manufacture of structural masonry units. Different mortar mixtures were made from combinations of fly ash and blast furnace slag and these combinations were subjected to an activation process by means of an alkaline solution composed by Sodium Hydroxide (NaOH) and Sodium Silicate (Na2SiO3) in different proportions and concentrations. We identified the combination of fly ash and blast furnace slag that mixed together with a certain concentration of NaOH and Na2SiO3 will provide the proper mechanical behavior in terms of compressive strength. After the selection of the de mejor desempeño mecánicol mixture, a detailed study of this mixture was carried out in relation to the workability of the mixture, the effects of the curing temperature and the variation of the compressive strength with time. Additionally, a review of the microstructure of the de mejor desempeño mecánicol mixture was performed using the Scanning Electron Microscopy (SEM). The research finished with the fabrication of structural masonry units which were characterized in terms of their density, absorption and compressive strength. From masonry units, walls specimen were built using a conventional mortar and studied the axial loads behavior and diagonal tension . The results obtained experimentally were compared with a finite element model. The results obtained during the investigation and which are consigned in this document, allow to establish that the mortars activated alkaline have a high potential of application in the construction industry, mainly in prefabricated as masonry units.Maestrí

Concreto a base de cenizas volantes activadas alcalinamente, modificado con nanopartículas de óxido de silicio y dióxido de titanio

Trabajo de investigaciónEstudio de la elaboración de un concreto de activación alcalina de cenizas volantes tipo F y el mejoramiento de su resistencia a la compresión mediante la adición de nano partículas de TiO2 en proporción al peso de la ceniza volante, su objetivo es comparar las características físicas y mecánicas de estas dos propuestas y demostrar los aportes de los nanomateriales a este tipo de materiales.INTRODUCCIÓN 1. GENERALIDADES 2. MARCO DE REFERENCIA 3. OBJETIVOS 4. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 5. RESULTADOS Y ANÁLISIS 6. CONCLUSIONES 7. RECOMENDACIONES 8. BIBLIOGRAFÍA 9. ANEXOSPregradoIngeniero Civi

Reutilización de residuos vítreos urbanos industriales en la fabricación de cementos alcalinos: Activación, comportamiento y durabilidad

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Faculta de Ciencias, Departamento de Química Inorgánica. Fecha de lectura: 23-10-2015This study was conducted against the backdrop of the need for alternative binders, i.e., other than Portland cement, made from industrial by-products such as alkali-activated blast furnace slag or fly ash. The mortars and concretes made from such binders are less environmentally harmful and entail lower energy demands than the respective Portland-based products, while exhibiting higher mechanical strength and durability. Solutions containing NaOH, Na2CO3 or sodium silicate hydrates (waterglass) are the alkalis most commonly used for these purposes. Of the three, sodium silicate hydrate generates alternative systems with the highest mechanical strength and durability. Waterglass manufacture, however, is CO2 emissionintensive and calls for high fusion temperatures. The question that should be posed, then, is whether recent research on alternative binders has delivered truly eco-efficient materials globally considered, or whether further study is required to develop activators other than the ones conventionally used with a view to minimising the environmental impact of the manufacture of sodium silicates. The ultimate aim of the research conducted on the occasion of this PhD. thesis was to find a way to improve the economic and environmental balance of alkaline cements by partially or wholly replacing traditional alkaline activators such as waterglass with urban and industrial waste glass. As an amorphous material with a chemical composition consisting essentially of SiO2 and Na2O, such waste may potentially form part of the waterglass family of alkaline activators. This primary aim was pursued through a series of partial objectives which sought to determine the conditions in which blast furnace slag and fly ash would be most effectively activated with the alternative waste glass solution. The first such objective was to ascertain waste glass solubility in highly alkaline media. That information was then used to establish the optimal conditions for dissolving SiO2 out of the glass and the resulting solution was applied to activate blast furnace slag and fly ash. The conditions defined were: mixed glass; particle size, <45 microns; solvent, for blast furnace slag, 50/50 molar NaOH/Na2CO3 solution (5 % NaO2 by slag mass) and for fly ash 10-M NaOH solution; magnetic stirring time, 6 hours; temperature, 80 ± 2 °C. These results were corroborated by statistical analysis. The aforementioned optimal conditions for waste glass solubility were applied to determine the feasibility of using such solutions as activators in the preparation of alternative pastes, mortars and concretes. In the study of the performance of these materials, their mechanical strength was found to be similar to the strength of materials activated with a commercial sodium silicate. Furthermore, characterisation of the main hydration products, C-A-S-H gel in the blast furnace slag system and N-A-S-H gel in fly ash, showed that the gels forming in the systems activated with the alternative solution were very similar to the ones present in the sodium silicate hydrate-activated materials. Lastly, durability studies based on exposure to aggressive media such as chlorides, carbonation and freeze-thaw showed that alkali-activated slag concretes performed as well as or better than conventional Portland cement concrete. The concretes activated with waste glass solutions delivered results comparable to those for conventionally activated materials, and proved to be even more resistant to freeze-thaw stressLa realización del presente trabajo ha sido posible gracias al apoyo económico prestado a través del proyecto BIA2010-15516 y a la concesión de una beca de Formación de Personal Investigador (FPI, BES- 2011-043554) del Ministerio de Economía y Competitivida

Concreto a partir de residuos de demolición activados alcalinamente reforzados con caucho para aplicaciones en pavimentos rígidos

El desarrollo de este trabajo investigativo se orientó a la obtención de un concreto activado alcalinamente a partir de residuos de construcción y demolición (CDW) con inclusión de caucho, con propiedades mecánicas y físicas aptas para aplicaciones en carreteras y pavimentos. La síntesis del material se realizó desde el diseño de mezclas con la dosificación de los residuos en la pasta para definir la cantidad de cementante por m3 de concreto que generara la mayor resistencia mecánica posible. En el proceso se produjeron morteros con arena natural (AN) y con arena reciclada (AR) con el fin de evaluar la influencia del tipo de agregado fino utilizado, encontrando que el uso de AR resultante de procesos de molienda de CDW genera mayor adherencia del agregado en la matriz otorgando diferentes patrones de anclaje que mejoran las propiedades del concreto final. Como resultado se lograron resistencias a compresión a 90 días de 47,18 MPa y un asentamiento de 87,.5 mm para el concreto producido con un cementante de proporción de 60, 20 y 20% en peso para residuos de concreto, ladrillo y cerámica respectivamente, adición de 10% en peso de OPC, relación Si/Al de 6,8, relación L/S de 0,40, 500 Kg de cementante/m3, AR como agregado fino, grava natural con TMN de 1¿. La inclusión de caucho se realizó como reemplazo del 0, 5, 10 y 15% en peso de agregado fino, se evaluó el efecto de la morfología del caucho, particulado y tipo fibra, en las propiedades de la mezcla de concreto de proporciones óptimas obtenido previamente. Los resultados muestran una disminución de la resistencia a compresión y a flexión proporcional al incremento del contenido de caucho, se evidencia el decrecimiento de hasta un 42,.30 y 48,.91% a una edad de 90 días para los dos tipos de caucho; de acuerdo a los resultados se selecciona el 5% de la sustitución como el valor ideal para la mínima perdida de propiedades mecánicas y conservación de propiedades de asentamiento, densidad, absorción, porosidad y permeabilidad para su adaptación en la producción de pavimentos. Mediante MEB se pudo atribuir los resultados a la generación de cavidades en la interfase matrizcaucho que producen una baja adhesión de las partículas en el cementante, limitando la transferencia de carga y conformando cavidades interconectadas que permean fácilmente el agua. Los resultados hallados en este trabajo de maestría demuestran el campo potencial de aplicación de concretos producidos a partir de desechos del sector de la construcción en la obtención de concretos para pavimentos rígidos, ya que las propiedades mecánicas inherentes de concretos activados alcalinamente y la mejora de propiedades físicas con la inclusión de caucho en cualquiera de sus morfologías, en especial la tipo fibra, permite equiparar este concreto con los producidos comercialmente, cumpliendo todas las especificaciones técnicas establecidas en el capítulo 5 de INVIAS 2012MaestríaMAGISTER EN INGENIERÍA ÉNFASIS EN INGENIERÍA DE LOS MATERIALE

EFICIENCIA DE ACTIVADORES ALCALINOS BASADOS EN DIFERENTES FUENTES DE SÍLICE PARA LA PRODUCCIÓN DE SISTEMAS GEOPOLIMÉRICOS DE CENIZA VOLANTE

Se evaluó el comportamiento mecánico y características microestructurales de morteros geopoliméricos, obtenidos con una ceniza volante. Se determinaron condiciones óptimas de diseño, tales como contenido de agua, sílice y tipo de catión alcalino. Utilización de fuentes de silice alternativas permite obtener materiales de elevado desempeño.Rodríguez Martínez, ED. (2009). EFICIENCIA DE ACTIVADORES ALCALINOS BASADOS EN DIFERENTES FUENTES DE SÍLICE PARA LA PRODUCCIÓN DE SISTEMAS GEOPOLIMÉRICOS DE CENIZA VOLANTE. http://hdl.handle.net/10251/13854Archivo delegad

Hormigón de bajo impacto ambiental elaborado con materiales activados alcalinamente para su uso en firmes compactados con rodillo

Convenios con empresa. El objetivo de este trabajo es la evaluación preliminar de la viabilidad técnica de dos formulaciones de hormigón elaboradas con residuos activados alcalinamente para el desarrollo de firmes de carretera compactados a rodillo de bajo impacto ambiental. Para lograr este objetivo, se han seguido las siguientes etapas: obtención de una dosificación optimizada con hormigón convencional, realización de ensayos con las dos formulaciones de hormigón elaboradas con residuos activados alcalinamente, y valoración de los resultados planteando soluciones a posibles resultados adversosIborra Bosch, P. (2011). Hormigón de bajo impacto ambiental elaborado con materiales activados alcalinamente para su uso en firmes compactados con rodillo. http://hdl.handle.net/10251/13098.Archivo delegad

Obtención y caracterización de geopolímeros sintetizados a partir de la escoria granulada de alto horno como uso alternativo del cemento Portland

Como parte del compromiso frente a la protección del medio ambiente y el interés en la aceptación y utilización de materiales conglomerantes alternativos al cemento Portland, que permitan el aprovechamiento de los residuos industriales y el avance en el conocimiento de la activación alcalina, se presenta el siguiente trabajo, que consiste en identificar el tipo de solución activante y la dosificación que arroje los mejores resultados de resistencia a compresión en morteros. Para ello, se utilizaron como activantes hidróxido de sodio (NaOH) y silicato de sodio (Na2SiO3) de origen industrial y la combinación de ambos. Como precursor la escoria granulada de alto horno (EGAH) de producción nacional. Una vez optimizado los materiales a usar se modificaron las condiciones de curado para identificar su influencia, de igual forma, las muestras se sumergieron en agua salada, sulfatada, destilada y la que suministra el acueducto con el fin de medir su deterioro frente a ciertos ambientes. Se midió el calor generado por las pastas activadas en un calorímetro semi-adiabático y se intentó correlacionar los resultados con la microscopia electrónica de barrido, la difracción de rayos x y la impedancia electroquímica. Lo anterior con el fin, de establecer los mecanismos de activación y así poder identificar en el tiempo los productos de reacción. Finalmente se elaboró un diseño de mezcla de concreto con la mejor dosificación y se midió la penetración del ion cloruro por el método RCPT. Los resultados asociados con la resistencia y durabilidad suministraron información que permitió caracterizar mejor este material.Abstract: As part of the commitment to the protection of the environment and interest to accept and use the binder alternative materials to Portland cement, to allow the use of industrial residue and the progress in the knowledge of alkaline activation, it shows this work, which consists in identifying the type of activating solution and the concentration to get the best results of compression resistance in mortars. For this, we used sodium hydroxide (NaOH) and sodium silicate (Na2SiO3) of industrial origin and a combination of these two. As precursor the granulated furnace slag (EGAH) in national production. Once optimized the materials to use, the curing conditions were changed to identify their influence, also the samples were submerged in salted, sulfated, distilled water and the one supplied by the aqueduct in order to observe some deterioration. The heat generated by the activated pulps in the adiabatic calorimeter was measured and it tried to correlate the results with scanning electron microscopy, x-ray diffraction and electrochemical impedance. The above in order to establish the activation mechanisms and identify the products in time of reaction. Finally, a concrete mixing design was developed with the best dosage and the ion penetration was measured by the RCPT method. The results in relation with the resistance and durability gave information to characterize in a better way this material.Maestrí

Comportamiento reológico de cementos y morteros activados alcalinamente: influencia de las variables del proceso

El desarrollo de nuevos cementos más eco-eficientes que el cemento Portland convencional (OPC) es esencial para alcanzar el objetivo de desarrollo sostenible propuesto por la Organización de las Naciones Unidas (ONU). Dentro de este grupo de nuevos cementos se encuentran los denominados cementos activados alcalinamente (Alkali-Activated Cements,AACs), que se obtienen mediante la reacción de alumino silicatos (fundamentalmente residuos o subproductos industriales, como escorias de horno alto y/o cenizas volantes) con disoluciones fuertemente alcalinas. Los morteros y hormigones preparados con los AACs han demostrado poseer características de ecoeficiencia energética y medioambiental, además de presentar excelentes propiedades mecánicas y durabilidad. A pesar de las innumerables ventajas de AACs, la utilización de estos materiales en el sector de la construcción es aún escaso debido a barreras comerciales y a que todavía existe un insuficiente conocimiento y control del comportamiento reológico de sus morteros y hormigones, siendo fundamental e imprescindible este conocimiento para poder establecer unos criterios de fabricación y su puesta en obra final..