Geopolímeros de tipo binario basados en una puzolana natural y escoria siderúrgica de alto horno

This study describes the synthesis at ambient temperature (25±3 °C) of binary geopolymer systems based on natural volcanic pozzolan and granulated blast furnace slag. Na2SiO3 and NaOH were used as alkaline activators. The effects of the SiO2/Al2O3, Na2O/Al2O3 ratio and the amount of slag added (from 0 to 30%) on the reaction kinetics, compressive strength and microstructure of the final product were studied. To characterise the geopolymer pastes, techniques such as X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM) were used. The results indicate the possibility of obtaining a geopolymer cement with a compressive strength of up to 48.11 MPa after 28 days of curing at ambient temperature whose characteristics are comparable to those of commercial portland cement.Este trabajo describe la síntesis a temperatura ambiente (25±3 °C) de sistemas geopoliméricos de tipo binario basados en una puzolana natural de origen volcánico y escoria siderúrgica de alto horno usando activadores alcalinos basados en la combinación de Na2SiO3 y NaOH. Se estudió el efecto de la relación SiO2/Al2O3, Na2O/Al2O3 y la cantidad de escoria adicionada en niveles entre el 0 y 30% sobre la cinética de reacción, la resistencia a la compresión y la microestructura del producto final. Para la caracterización de las pastas geopoliméricas se utilizaron técnicas como difracción de rayos X (DRX), espectroscopia infrarroja (FTIR) y microscopia electrónica de barrido (MEB). Los resultados conseguidos revelan la posibilidad de obtener un cementante geopolimérico con una resistencia a la compresión de hasta 48,11 MPa a los 28 días de curado a temperatura ambiente cuyas características son comparables a las de un cemento portland comercial

Ceniza de cascarilla de arroz como fuente de sílice en sistemas cementicios de ceniza volante y escoria activados alcalinamente

This study assesses the viability of using an agro-industrial by-product, rice husk ash (RHA) from a Colombian rice company’s combustion facility, as a total replacement for the commercial sodium silicate ordinarily used in alkaliactivated binders. Fly ash (FA), granulated blast furnace slag (GBFS) and binary 50FA:50GBFS blended pastes were activated with a mix of sodium hydroxide and either sodium silicate or one of two types of RHA. The pastes were characterised for strength, mineralogy and microstructure. The findings showed that the agro-industrial by-product can be used to yield alkali-activated materials with 7-day mechanical strengths on the order of 42 MPa. The study confirmed that both amorphous silica and part of the crystalline silica present in RHA participate in the alkaline activation process, providing the alkalinity is suitably adjusted.Este estudio evalúa la viabilidad de utilizar un subproducto agroindustrial, la ceniza de cascarilla de arroz (RHA) proveniente de un equipo combustor de una empresa Arrocera en Colombia, como reemplazo total de la sílice aportada por el silicato de sodio comercial en sistemas cementicios activados alcalinamente. Se prepararon pastas de ceniza volante (FA), de escoria de alto horno (GBFS) y un sistema binario 50FA:50GBFS, que fueron activadas por una mezcla de silicato de sodio e hidróxido de sodio, y por dos tipos de RHA. Las mezclas se caracterizaron mecánica, mineralógica y microestructuralmente. Los resultados demuestran que es posible obtener materiales activados alcalinamente con resistencias mecánicas del orden de 42 MPa, a 7 días de curado, utilizando el subproducto agroindustrial. Este estudio corrobora que tanto la sílice amorfa como parte de la sílice cristalina presente en RHA tienen la posibilidad de participar en el proceso de activación alcalina, siempre y cuando las condiciones de alcalinidad estén adecuadamente ajustadas

Nuevo material compuesto de matriz geopolimérica activado con ceniza de cascarilla de arroz y KOH: Desempeño a alta temperatura

Geopolymers were produced using an environmentally friendly alkali activator (based on Rice Husk Ash and potassium hydroxide). Aluminosilicates particles, carbon and ceramic fibres were used as reinforcement materials. The effects of reinforcement materials on the flexural strength, linear-shrinkage, thermophysical properties and microstructure of the geopolymers at room and high temperature (1200 ÅãC) were studied. The results indicated that the toughness of the composites is increased 110.4% for geopolymer reinforced by ceramic fibres (G-AF) at room temperature. The presence of particles improved the flexural behaviour 265% for geopolymer reinforced by carbon fibres and particles after exposure to 1200 .C. Linear-shrinkage for geopolymer reinforced by ceramic fibres and particles and the geopolymer G-AF compared with reference sample (without fibres and particles) is improved by 27.88% and 7.88% respectively at 900 ÅãC. The geopolymer materials developed in this work are porous materials with low thermal conductivity and good mechanical properties with potential thermal insulation applications for building applications.Compuestos geopoliméricos fueron producidos usando un activador alcalino alternativo (basado en ceniza de cascarilla de arroz e hidróxido de potasio), partículas aluminosilicatos, fibras de carbono y cerámicas. Se estudió el efecto de fibras y partículas en la resistencia a la flexión, contracción lineal, propiedades termofísicas y microestructura de los geopolímeros a temperatura ambiente y 1200 °C. Los resultados indican que la tenacidad se incrementó 110.4% para el geopolímero reforzado con fibras cerámicas (G-AF) a temperatura ambiente. La presencia de partículas mejora el comportamiento a la flexión 265% para el geopolímero reforzado con fibras de carbono y partículas después de la exposición a 1200 °C. La contracción lineal para el geopolímero reforzado con fibras cerámicas y partículas y el geopolímero G-AF es mejorada 27.88% y 7.88% respectivamente a 900 ºC con respecto al material sin refuerzo. Los materiales geopoliméricos desarrollados en este estudio son materiales porosos de baja conductividad térmica y buenas propiedades mecánicas con potencial aplicación en la industria de la construcción como aislantes térmicos

Estabilización de suelo arcilloso utilizando materiales cementicios activados alcalinamente

In this study, a clayey soil classified as A-7-5 according ASTM D3282, was stabilized using alkali-activated cementitious materials (AAC) added to the soil dry in percentages of 20 and 30%. Fly ash (F1, F2) with high unburned carbon content (up to 38.76%), hydrated lime (L) and granulated blast furnace slag were used. Unconfined compressive strength and flexural strength at 28 days of curing and the durability after 12 wetting-drying cycles were evaluated. The results were compared with a soil-cement reference mixture. The soil treated with AAC-F1L showed a volume expansion of 0.51% and volume contraction of -0.57% compared with the 0.59% expansion and -0.68% contraction of the soil-cement reference mixture. Additionally, the mass loss after the wetting and drying cycles is only 3.74% which is slightly lower than the mass loss of the soil stabilized with ordinary Portland cement (OPC) (3.86%) and well below the value specified in Colombian regulations (7%).En este estudio, un suelo arcilloso clasificado como A-7-5 según ASTM D3282, se estabilizó utilizando materiales activados alcalinamente (AAC) en porcentajes de 20 y 30%. Se utilizaron cenizas volantes (F1, F2) con alto contenido de inquemados (hasta 38,76%), cal hidratada (L) y escoria granulada de alto horno. Se evaluó la resistencia a la compresión confinada y la resistencia a la flexión a 28 días de curado y la durabilidad después de 12 ciclos de humectación-secado. Los resultados se compararon con una mezcla de referencia suelo-cemento. El suelo tratado con AAC-F1L mostró una expansión y contracción volumétrica del 0,51% y -0,57% respectivamente, en comparación con el 0,59% y -0,68% de la mezcla de referencia suelo-cemento. Además, la pérdida de masa después de los ciclos de humectación y secado es sólo 3.74%, valor ligeramente inferior a la del suelo estabilizado con cemento Portland (3.86%) y muy inferior al valor especificado en la normativa colombiana (7%)

High-temperature performance of mortars and concretes based on alkali-activated slag/metakaolin blends

This paper assesses the performance of mortars and concretes based on alkali activated granulated blastfurnace slag (GBFS)/metakaolin (MK) blends when exposed to high temperatures. High stability of mortars with contents of MK up to 60 wt.% when exposed to 600 °C is identified, with residual strengths of 20 MPa following exposure to this temperature. On the other hand, exposure to higher temperatures leads to cracking of the concretes, as a consequence of the high shrinkage of the binder matrix and the restraining effects of the aggregate, especially in those specimens with binders containing high MK content. A significant difference is identified between the water absorption properties of mortars and concretes, and this is able to be correlated with divergences in their performance after exposure to high temperatures. This indicates that the performance at high temperatures of alkali-activated mortars is not completely transferable to concrete, because the systems differ in permeability. The differences in the thermal expansion coefficients between the binder matrix and the coarse aggregates contribute to the macrocracking of the material, and the consequent reduction of mechanical properties

Durabilidad del hormigón armado expuesto a condiciones agresivas

Reinforced concrete is the most widely used construction material in the world. The combination of high compressive strength, afforded by concrete and, and the excellent mechanical properties that characterise steel make it an ideal composite for all manner of structures. One of the main weaknesses of this material, however, is that when the concrete is exposed to aggressive environments, in particular high concentrations of chloride ions or carbon dioxide, reinforcing steel corrodes, shortening service life. This article reviews the state of the art on concrete durability, along with the conditions that affect its useful life by inducing reinforcing steel corrosion. It also discusses the prevention and control methods, in particular electrochemical prevention and rehabilitation techniques, that have been developed to mitigate the problem.El hormigón armado se ha convertido en el material más utilizado a nivel mundial en el sector de la construcción. La combinación de las altas prestaciones a resistencia a la compresión que ofrece el hormigón y las excelentes propiedades mecánicas del acero lo hacen el material compuesto ideal para aplicaciones estructurales. Sin embargo, uno de los mayores problemas que afecta la vida útil del hormigón es la corrosión del acero de refuerzo, la cual se presenta cuando el hormigón se encuentra expuesto a ambientes agresivos, en especial frente a la exposición a iones cloruros y/o dióxido de carbono. Este trabajo revisa el estado del conocimiento con respecto a la durabilidad del hormigón enfatizando en los fenómenos que afectan su durabilidad y generan la corrosión del acero de refuerzo, adicionalmente se incluyen los métodos de prevención y control que se han desarrollado para mitigar el problema, en particular los relacionados con las técnicas electroquímicas de prevención y rehabilitación

Efecto de la temperatura de tratamiento de un caolín en la permeabilidad a cloruros en morteros

The present paper discusses the results of chloride resistance tests conducted on ordinary Portland cement (OPC) mortars containing a Colombian kaolin pre-treated at temperatures of from 600 to 800 ºC. The resulting metakaolin (MK) was added to OPC mortar mixes in proportions of 10 and 20% by cement weight. The mortars were compared for physical and chemical properties, including capillary absorption, chloride permeability and pore microstructure as assessed by mercury porosimetry. The best performance was recorded for the samples containing 20% of the material treated at 800 ºC.En el presente trabajo se incluyen los resultados de la resistencia a la penetración de cloruros de morteros de Cemento Portland Ordinario (OPC) adicionados con un caolín colombiano sometido a tratamiento térmico en un rango de temperaturas entre 600 y 800 °C. Los productos del tratamiento térmico, metacaolín (MK), son incorporados en mezclas de morteros de OPC en proporciones del 10 y 20% en relación al peso del cemento. Se comparan sus características físico-químicas, entre las cuales se incluye la microestructura de poros evaluada por la técnica de porosimetría de mercurio, con la absorción capilar y la permeabilidad a cloruros. Se concluye que las muestras adicionadas con un 20% del material tratado térmicamente a 800 °C presentan el mejor desempeño en sus propiedades finales

Study of mortars added with fluid catalytic cracking catalyst residue (FCC) under the influence of high temperatures.

Se analizó el efecto de la incorporación de un residuo de la industria petroquímica, denominado catalizador gastado del craqueo catalítico (FCC), en pastas y morteros expuestos a temperaturas de 25ºC, 200ºC, 300ºC, 500ºC, 750ºC, 1000ºC y 1200ºC, utilizando como materiales de referencia, además del cemento Portland (OPC), metacaolín (MK) y humo de sílice (HS). Las adiciones fueron incorporadas en un 10% con respecto a la cantidad de cemento. Se evaluó el efecto de la temperatura de exposición en el peso y resistencia a la compresión, igualmente las modificaciones en el aspecto físico posterior a la exposición térmica. Se realizaron análisis termogravimétricos (TG) y de microscopía electrónica de barrido (SEM), para evidenciar los cambios. Los resultados indican que el FCC actúa positivamente. Se resalta que a temperatura de 750ºC la resistencia residual de los morteros de OPC es un 16,53% de la resistencia a temperatura ambiente, comparado a los morteros adicionados, los cuales alcanzan hasta un 29,24%. El FCC retrasa la aparición de grietas en los elementos expuestos a altas temperaturas comparados a aquellos sin adición; su resistencia residual a 750°C es un 26% superior al material de referencia (OPC). ABSTRACT In this article, the effect of the addition of a petrochemical industry residue, called spent catalyst from the catalytic cracking (FCC), in cementitious materials exposed to temperatures of 25 °C, 200 °C, 300 °C, 500 °C, 750 °C, 1000 °C and 1200 °C was analyzed. Metakaolin (MK) and silica fume (HS) were used as reference materials. The additions were incorporated into a 10% replacement of the proportion of cement (OPC) in the mixture. The effects of temperature exposure in the weight change and compressive strength were evaluated. Also, changes in the physical appearance of the specimens after thermal exposure were studied. Techniques of Thermogravimetric Analysis (TG) and scanning electron microscopy (SEM) were used to analyze the changes. The results indicate that the addition of the FCC acts positively on the performance of Portland cement. It is noteworthy that the residual strength of OPC mortars at temperature of 750 °C is 16.53% of the strength at room temperature compared to the mortars added, which reach up to 29.24%. The FCC addition delayed the appearance of cracks in the elements exposed to high temperatures compared to those without addition; its residual strength at 750°C is 26% higher than the reference material (OPC)

Carbonatación de un hormigón hibrido con alto contenido de escoria siderurgica de alto horno y su impacto en la corrosión del acero estructural

The aim of this research was to study the carbonation resistance of a blast furnace slag concrete (80% GBFS/20%OPC), with and without alkaline activation, and its influence on the corrosion of structural reinforcement. An OPC-based concrete produced under the same specifications was used as a reference material. To do this, the material was subjected to an accelerated carbonation process under controlled conditions (65% relative humidity, 1% CO2, 25°C). The half-cell potential (Ecorr), linear polarization resistance (LPR) tests showed that both concretes based on GBFS led to depassivation of the reinforcing steel at approximately 99 days, which is the time required for full carbonation of the evaluated concretes.El objetivo de esta investigación fue estudiar la resistencia a la carbonatación de un hormigón a base de escoria granulada de alto horno (80% GBFS/20%OPC), con y sin activación alcalina, y su influencia sobre la corrosión del acero estructural. Un hormigón basado en cemento portland producido con las mismas especificaciones fue usado como material de referencia. Para ello, el material fue sometido a un proceso de carbonatación acelerada bajo condiciones controladas (Humedad Relativa 65 %, 1% CO2, 25 °C). Los ensayos de potencial de media celda (Ecorr) y Resistencia a la polarización lineal (LPR) mostraron que los aceros estructurales aproximadamente a los 99 días alcanzan la despasivación en los hormigones basados en escoria, coincide este tiempo con el requerido para la completa carbonatación de los hormigones evaluados