Mechanical Performance of Concrete with Waste from Oil Industry

In this paper, the mechanical properties of concrete with an added residue of the petrochemical industry (at levels of 10, 20, 30%), called catalytic cracking catalyst residue (FCC), are evaluated. The mechanical properties evaluated include compressive strength, modulus of elasticity, flexural strength, and ultrasonic pulse velocity. Two reference materials, portland cement concrete without addition and added with 20% of metakaolin (MK), were used. These tests were performed up to 360 days of curing age. Based on the results obtained, correlations were established between the different properties evaluated. The best mechanical performance was obtained with 10% FCC as a cement replacement.En este trabajo se evalúan las propiedades mecánicas del hormigón con un residuo añadido de la industria petroquímica (en niveles del 10, 20 y 30%), denominado residuo de catalizador de craqueo catalítico (FCC). Las propiedades mecánicas evaluadas incluyen la resistencia a la compresión, el módulo de elasticidad, la resistencia a la flexión y la velocidad de los impulsos ultrasónicos. Se utilizaron dos materiales de referencia, hormigón de cemento portland sin adición y adicionado con un 20% de metacaolín (MK). Estos ensayos se realizaron hasta los 360 días de edad de curado. A partir de los resultados obtenidos, se establecieron correlaciones entre las diferentes propiedades evaluadas. Las mejores prestaciones mecánicas se obtuvieron con un 10% de FCC como sustituto del cemento

Reutilización de un residuo de la industria petroquímica como adición al cemento portland

In this article we study the possibility of using a residue from the petrochemical industry, as a partial replacement of Portland cement, evaluating the presence of contaminants in the residue and its encapsulation, once it has been confined with the cement. The foregoing, in order to determine whether its use as a building material, may or may not cause a negative effect on the environment. The residue, called catalyst used for catalytic cracking (FCC), is a material that is composed of a type Y zeolite, dispersed in a matrix of inorganic oxides. The TCLP technique (of Toxicity Characteristic Leaching Procedure), in mortars added with 20%, of FCC with respect to the amount of cement was applied. The results showed that the catalyst does not represent a problem from the point of view of the leaching of elements, such as As, Pb, Zn, Cr and La, which were below the permissible limits. Additionally, the pozzolanic activity of the FCC was evaluated, from ASTM C311, where the effectiveness of the residue as a cementitious addition is demonstrated. With the results, the importance of reusing a waste from the petrochemical industry is highlighted, which in addition to reducing the amount of cement to be used, improves the mechanical strength of the materials that contain it.En el presente artículo se estudia la posibilidad de utilizar un residuo de la industria petroquímica, como sustitución parcial del cemento Portland, evaluando la presencia de elementos contaminantes en el residuo y su encapsulación, una vez se haya confinado con el cemento. Lo anterior, con el fin de determinar si su uso como material de construcción, puede o no causar un efecto negativo al medio ambiente. El residuo, denominado catalizador usado de craqueo catalítico (FCC), es un material que está compuesto por una zeolita tipo Y, dispersa en una matriz de óxidos inorgánicos. Se aplicó la técnica de TCLP (del inglés Toxicity Characteristic Leaching Procedure), en morteros adicionados con un 20%, de FCC con respecto a la cantidad de cemento. Los resultados mostraron que el catalizador no representa un problema desde el punto de vista de la lixiviación de elementos, tales como el As, Pb, Zn, Cr y La, los cuales estuvieron por debajo de los límites permisibles. Adicionalmente, se evaluó la actividad puzolánica del FCC, a partir de la norma ASTM C311, donde se demuestra la efectividad del residuo como adición cementicia. Con los resultados, se destaca la importancia de la reutilización de un residuo de la industria petroquímica, que además de lograr disminuir la cantidad de cemento a utilizar, mejora las resistencias mecánicas de los materiales que lo contienen

Optimización de la resistencia mecánica de cementos binarios MK/GBFS activados alcalinamente por Metodología de Super?cie de Respuesta

The present article shows the compressive strength modeling and optimization for a non-conventional binder free of clinker, which was produced by the alkali activation of a binary mixture of metakaolin (MK) and a granulated blast furnace slag (GBFS). AGBFEl presente artículo muestra el modelado y la optimización de la resistencia a la compresión para un aglutinante no convencional libre de clinker, que fue producido por la activación alcalina de una mezcla binaria de metacaolín (MK) y una escoria granula

Optimización de la resistencia mecánica de cementos binarios MK/GBFS activados alcalinamente por Metodología de Superficie de Respuesta

El presente artículo muestra la modelación y optimización de la resistencia a la compresión de un conglomerante no convencional libre de cemento Portland, el cual fue producido a partir de la activación alcalina de una mezcla binaria de un metacaolín (MK) y una escoria siderúrgica de alto horno (GBFS). Como factores de estudio se consideró una relación GBFS/(GBFS/MK) entre 0,0-0,8 y una relación molar total SiO2=Al2O3 entre 2,8-4,2. La relación SiO2=Al2O3 fue ajustada a través de la contribución del precursor (MK+GBFS) y el activador alcalino. La evaluación estadística mediante la metodología de superficie de respuesta (MSR) mostró un efecto significativo entre la relación molar SiO2=Al2O3 y el contenido de GBFS sobre la resistencia a compresión. Complementariamente se desarrolló una caracterización microestructural a través de difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido. La incorporación de GBFS incrementó la cinética de reacción y la formación de una estructura más densa y compacta. Estos nuevos productos de reacción le otorgaron al material un mayor desempeño mecánico comparado con los constituidos con un 100% de MK. PACS: 81.05.Je; 81.05.Zx;02.70.R

Efecto del modo de obtención de la sílice amorfa a partir de la cascarilla de arroz en las propiedades de durabilidad del concreto armado

En este artículo se investigó el efecto que la ceniza de cascarilla de arroz tiene sobre las propiedades mecánicas y de durabilidad en el concretos adicionado. Para esto, se hicieron a 28 días de curado ensayos de resistencia mecánica, densidad y porosidad, penetración rápida del ión cloruro, espectroscopía de impedancia electroquímica y resistencia a la polarización. Los resultados demuestran que la ceniza disponible localmente aumenta la resistencia a compresión y reduce la permeabilidad ante agentes agresivos como el ión cloro sólo si se adiciona al concreto en partículas finamente molida

Use of leaching test to determine contaminan migration in mortars cement substituted with catalyst catalytic cracking residue (FCC)

En este estudio se evalúa la viabilidad ambiental en la utilización de dos residuos de catalizador de craqueo catalítico procedentes de fuentes diferentes (Colombia y España), como sustitución parcial del cemento Portland, para la fabricación de materiales de construcción. Inicialmente se realizó la caracterización de los materiales analizando la composición química, la distribución del tamaño de partícula y la morfología. Posteriormente, para determinar las características tóxicas de lixiviación, se aplicaron las técnicas de SPLP (Synthetic Precipitation Leaching Procedure) y NEN 7341 de la normativa holandesa, en morteros sustituidos con un 20% de FCC con respecto a la cantidad de cemento. Los resultados indican que las concentraciones de los metales pesados lixiviados son muy bajas comparadas con lo establecido por la legislación ambiental. Debido a esto, se considera que el residuo en las proporciones estudiadas no constituye un problema ambiental, proponiéndose como un material alternativo para el sector de la construcción.En este estudio se evalúa la viabilidad ambiental en la utilización de dos residuos de catalizador de craqueo catalítico procedentes de fuentes diferentes (Colombia y España), como sustitución parcial del cemento Portland, para la fabricación de materiales de construcción. Inicialmente se realizó la caracterización de los materiales analizando la composición química, la distribución del tamaño de partícula y la morfología. Posteriormente, para determinar las características tóxicas de lixiviación, se aplicaron las técnicas de SPLP (Synthetic Precipitation Leaching Procedure) y NEN 7341 de la normativa holandesa, en morteros sustituidos con un 20% de FCC con respecto a la cantidad de cemento. Los resultados indican que las concentraciones de los metales pesados lixiviados son muy bajas comparadas con lo establecido por la legislación ambiental. Debido a esto, se considera que el residuo en las proporciones estudiadas no constituye un problema ambiental, proponiéndose como un material alternativo para el sector de la construcción.Martínez-López, C.; Torres-Agredo, J.; Mejía-De Gutierrez, R.; Mellado Romero, AM.; Paya Bernabeu, JJ.; Monzó Balbuena, JM. (2013). Uso de test de lixiviación para determinar la migración de contaminantes en morteros de sustitución con residuos de catalizador de craqueo catalítico (FCC). DYNA.Revista de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia. Sede Medellin. 80(181):163-170. http://hdl.handle.net/10251/39572S1631708018

Propiedades de permeación de concretos adicionados con un residuo de la industria petroquímica

The aim of this study is to evaluate the permeation properties of concrete added with a residue of a petrochemical industry located in Colombia, called catalytic cracking catalyst residue (FCC). Concrete samples with 10, 20 and 30 % of FCC incorporated as cement replacement were evaluated. As reference materials, concrete without addition and concrete added with 20 % of metakaolin (MK) were used. MK is a high performance pozzolan of chemical composition similar to the FCC. The properties studied, in addition to the compressive strength, were: water absorption by total immersion, porosity, surface absorption and capillary sorption. The results showed that the concrete added with FCC and MK had similar behavior, and were slightly higher than the control sample. The total absorption and porosity were below 5 % and 10 % respectively for all samples; this means that the incorporation of the addition reduces the permeability of concrete. In this sense, FCC is considered as a good alternative for producing more durable concrete, being the optimum percentage, 10 % cement replacement.El objetivo de este estudio es evaluar las propiedades de permeación de concretos adicionados con un residuo de una industria petroquímica localizada en Colombia, llamado residuo de catalizador de craqueo catalítico (o FCC, por sus siglas en inglés). Se evaluaron concretos con 10, 20 y 30 % de FCC incorporado como reemplazo del cemento. Como materiales de referencia se utilizaron concreto sin adición y concreto adicionado con 20 % de metacaolin y una puzolana de alto desempeño que presenta composición química similar al FCC. Además de la resistencia a la compresión, las propiedades estudiadas fueron la absorción de agua por inmersión total, la porosidad, la absorción superficial y la absorción capilar. Los resultados mostraron que los concretos adicionados con FCC y MK tuvieron un comportamiento similar, y fueron ligeramente superiores a la muestra control. La absorción total y la porosidad estuvieron por debajo del 5 % y 10 %, respectivamente para todas las muestras, esto significa que la incorporación de la adición contribuye a una menor permeabilidad. En este sentido, el FCC se considera una buena alternativa para producir concretos durables. A su vez, se recomienda utilizar un porcentaje del 10 % como reemplazo del cemento.1 Civil Engineer. Doctoral student in Science and Technology of Materials, Uni-versidad Nacional de Colombia, Bogotá. Affiliation: Associate Professor, Es-cuela Colombiana de Ingeniería. E-mail: [email protected] 2 Materials Engineer. Universidad del Valle, Ph.D. Affiliation: Associate Profes-sor, Universidad Nacional de Colombia, Palmira, Grupo de Investigación Ma-teriales y Medio Ambiente, GIMMA. E-mail: [email protected] 3 Chemist, Universidad del Valle, Ph.D. Affiliation: Titular Professor, Universi-dad del Valle, Grupo de Investigación Materiales Compuestos (CENM). E-mail: [email protected]

Materiales de activación alcalina: cementando un futuro sostenible

En este documento se presenta una revisión de las propiedades microestructurales y macroestructurales decementantes de activación alcalina basados en escorias granuladas de alto horno, metacaolín y sus mezclas,desarrollados por el Grupo Materiales Compuestos de la Universidad del Valle durante la última década. Resultadosde durabilidad de cementos activados cuando son expuestos para agentes agresivos tales como cloruros y dióxido decarbono son reportados. Los resultados de esta investigación han elucidado la gran viabilidad de la adopción de latecnología de activación alcalina en Colombia para la producción de concretos de alto desempeño basados en subproductosindustriales, con un rango amplio de propiedades que puedan ser adecuadas para diferentes aplicacionesde infraestructura civil, y contribuye a la valorización de sub-productos industriales de bajo costo a través de laproducción de materiales de construcción más amigables con el medio ambiente. Nuestros resultados resaltan elhecho que un entendimiento profundo de la química de estos sistemas permite la manipulación de la microestructuray por lo tanto el desempeño de los productos finales hacia la producción de materiales sostenibles y versátiles.This paper presents an overview examining the microstructural and macrostructural properties of alkali-activated binders based on granulated blast furnace slags, metakaolin and their blends, developed by the Composite Materials Group of Universidad del Valle over the past decade. Durability results of activated binders when exposed to aggressive agents such as chlorides, and carbon dioxide are reported. The results of this research have elucidated the great feasibility of adopting alkali-activation technology in Colombia for producing high strength concretes based on industrial by-products, with a wide range of properties that can be suitable for different civil infrastructure applications, and contribute to the valorization of low-cost industrial by products through production of more environmentally friendly building materials. Our research highlights the fact that a deep understanding of the chemistry of these systems allows the manipulation of the microstructure and therefore the performance of the final products, toward the production of sustainable and versatile materials

Geopolymeric concretes based on fly ash with high unburned content

This study used fly ash (FA) with a high amount of unburned content (21%) to produce simple (Geo FA) and binary (Geo FA/granulated blast furnace slag [GBFS]) geopolymeric concretes. The effect on the mechanical strength of the SiO2/Al2O3 and Na2O/SiO2 molar ratios and the percentage of GBFS (% GBFS) added to the blend were determined. Using the optimal parameters of alkaline activation, concretes with strengths up to 48 MPa were obtained after 28 days of curing at room temperature (25 °C). The results of this study are complemented by the microstructural characterisation of the geopolymeric pastes using X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, and scanning electron microscopy (SEM) technique