Evaluación térmica de sistemas geopoliméricos basados en metacaolín con incorporación de humo de sílice y ceniza de cascarilla de arroz

 The effect of exposing metakaolin-based geopolymers to a temperature of 1200 °C was assessed using as alkaline activator a mixture of potassium hydroxide with different sources of silica: a commercial potassium silicate (PS), rice husk ash (RHA), and silica fume (SF). The amounts of metakaolin and activator in the mixture were adjusted to obtain molar ratios of 2.5 for SiO2/Al2O3 and 0,28 for K2O/SiO2. The substitution of 50% PS with RHA and SF was also studied, and the resistance to compression after exposing the mixture to different temperatures between 300 and 1200 °C was assessed. The respective physical analyses, such as determination of volumetric changes, were performed, and the study was complemented with a microstructural analysis conducted by X-ray diffraction and electron microscopy. At room temperature, the geopolymers presented mechanical strengths ranging between ~30 and ~36 MPa. At 1200 °C, materials originally amorphous were transformed into crystalline-type structures, specifically leucite and kalsilite. The best thermo-mechanical performance of the geopolymers was achieved by replacing 50% PS with CCA, which when exposed to 1200 °C retains 44% of its mechanical strength as compared with 26% retained by the reference material. Se presentan los resultados obtenidos al someter un material geopolimérico basado en metacaolín a una temperatura de 1.200 °C utilizando como activador alcalino una mezcla de hidróxido de potasio con diferentes fuentes de sílice: un silicato comercial de tipo potásico (SP), ceniza de cascarilla de arroz (CCA) o humo de sílice. Se ajustaron las proporciones de metacaolín y activador en la mezcla para obtener relaciones molares de SiO2/Al2O3 de 2,5 y K2O/SiO2 de 0,28. También se estudió la sustitución del 50% del silicato comercial por CCA y humo de sílice, y se evaluó la resistencia a la compresión después de exponer la mezcla a diferentes temperaturas que variaron entre 300 y 1.200 °C. Se realizaron los respectivos análisis físicos, por ejemplo determinación de cambios volumétricos, y el estudio se complementó con un análisis microestructural realizado mediante difracción de rayos X y microscopia electrónica. A temperatura ambiente, los geopolímeros producidos reportan resistencias mecánicas entre ~30 y ~36 MPa. A 1.200 °C. Se aprecia que los materiales originalmente amorfos sufren una transformación hacia estructuras de naturaleza cristalina, específicamente mediante la formación de leucita y kalsilita. Se destaca el mejor desempeño termomecánico de los geopolímeros con un remplazo del 50% de SP por CCA, el cual luego de su exposición a 1.200 °C retiene el 44% de la resistencia que presenta a temperatura ambiente en comparación con el 26% retenido por el material de referencia

Desarrollo e implementación de un modelo numérico de predicción de la vida útil de tanques de almacenamiento de agua potable en concreto reforzado con exposición a cloruros

Trabajo de investigaciónEn el presente documento se desarrolló un modelo de predicción numérico del ataque del ión cloruro en tanques de almacenamiento de agua potable, realizando en el respectivo modelo una descripción del fenómeno generado en 7 diferentes muestras de concreto; las cuales se basan en valores experimentales de fuentes externas, obteniendo como resultado los puntos de afectación de la estructura conrespecto a una concentración de cloruros en un periodo de tiempo determinado, entre otros elementos que pueden ayudar a determinar los puntos y causa de deterioro de los tanques debido a la penetración de este elemento que se encuentra presente en el agua potable.INTRODUCCIÓN 1. GENERALIDADES 2. MODELACIÓN NUMÉRICA 3. DESARROLLO DEL MODELO 4. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO 5. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7. BIBLIOGRAFÍA 8. ANEXOSPregradoIngeniero Civi

Desempeño de morteros adicionados con metacaolín frente a la acción de sulfatos

El presente artículo reporta los resultados de la evaluación del desempeño de morteros adicionados con un meta-caolín (MK) de origen colombiano, al ser sometidos a la acción de sulfatos. Se elaboraron morteros de cemento adicionados con MK en proporciones de 0, 10, 20, 35 y 50% con respecto a la cantidad de cemento. El cemento utilizado contenía 11% de aluminato tricálcico. Después del tiempo de curado inicial, los especímenes fueron colo-cados en una solución de sulfato de sodio al 5% por un periodo de 280 días. El ataque de los sulfatos fue eva-luado midiendo la expansión de los morteros, la pérdida de resistencia y mediante observación visual. Adicio-nalmente se realizó un estudio en pastas de cemento con y sin adición de MK por medio de la técnica de difracción de rayos X, con el fin de determinar los productos formados debido al ataque de sulfatos. El estudio mostró que la resistencia del cemento con contenidos altos de AC3 es superior en presencia de MK y que este efecto es más no-torio al incrementar la proporción de MK en el mortero. Con base en los resultados obtenidos en este estudio, se recomienda la incorporación de porcentajes superiores al 20% MK para obtener buena resistencia a sulfatos.This paper evaluates the performance of adding Colombian metakaolin (MK) to mortar when these are submitted to sulphate action. Four proportions of MK were used as cement replacement in this study: 10%, 20%, 35% and 50% by weight of cement; cement having 11% tricalcium aluminate was used. Mortar specimens were immersed in 5% sodium sulphate solution for a total period of 280 days after the specified initial moist curing period, The degree of sulphate attack was evaluated by measuring the mortar’s cylindrical expansion, mortar cubes’ compressive strength reduction and visual inspection of mortar specimens. An additional study using X-ray diffraction was conducted to determine the products formed in the cement pastes due to the sulphate attack. The results showed that MK mortar sulphate resistance increased when increasing MK replacement level. An MK proportion greater than 20% is re-commended for obtaining better performance against sulphate attack

Alkali-activated binary concrete based on natural pozzolan; a real and eco-friendly alternative to the OPC concrete

This research shows the obtaining and characterization of an Alkali Activated Binary Concrete (AABC), based on 70% of a natural volcanic pozzolan (NP) and 30% ground blast furnace slag (GBFS), as a real and environmentally sustainable alternative of replacement to the Portland cement (OPC)-based concrete. As the alkaline activator a mixture of sodium hydroxide and silicate was used. The alkaline binder was characterized prior to the design of the concrete, this included the determination of its compressive strength, setting time and heat of reaction. The mix design of the AABC was performed by adapting the absolute volume methodology used for conventional concretes. AABC was compared equivalently with a concrete based on OPC. The characterization of concretes included the determination of properties such as: slump, compressive strength, density and porosity. In addition, the carbon footprint of the concretes was determined by analysing its life cycle using the LCA methodology. These results are considered as a contribution to the standardization of a real-scale production process of alkaline pre-mixed concretes in countries with deposits of NP such as Colombia

Evaluación del comportamiento de la sílice obtenida a partir de un sub producto industrial en morteros de cemento pórtland

En el presente trabajo se presentan resultados de propiedades tales como resistencia a compresión y fluidez en morteros adicionalmente consistencia, tiempo de fraguado y viscosidad en pastas, todas estas propiedades fueron evaluadas con la adición de una puzolana artificial como es la ceniza de cascarilla de arroz (CCA) la cual es un sub producto agroindustrial de una arrocera colombiana, la CCA fue obtenida a partir de un proceso térmico y de molienda Se encontró que a partir de los procesos realizados se puede obtener una CCA de una gran actividad puzolanica pero con un comportamiento reológico variable

Evaluación del comportamiento de la sílice obtenida a partir de un sub producto industrial en morteros de cemento pórtland

En el presente trabajo se presentan resultados de propiedades tales como resistencia a compresión y fluidez en morteros adicionalmente consistencia, tiempo de fraguado y viscosidad en pastas, todas estas propiedades fueron evaluadas con la adición de una puzolana artificial como es la ceniza de cascarilla de arroz (CCA) la cual es un sub producto agroindustrial de una arrocera colombiana, la CCA fue obtenida a partir de un proceso térmico y de molienda Se encontró que a partir de los procesos realizados se puede obtener una CCA de una gran actividad puzolanica pero con un comportamiento reológico variable

Toxicity evaluation of an industrial waste stabilized/solidified with Portland cement

Este estudio evalúa la toxicidad asociada a morteros de cemento portland adicionados con un residuo de catalizador gastado de la industria petroquímica denominado FCC, mediante la aplicación de la técnica de Solidifcación/Estabilización (S/E) y la posterior determinación de la lixiviación de los metales pesados contenidos en el residuo. Para tal propósito, se analizó la composición química y mineralógica del residuo, utilizando las técnicas de Fluorescencia de Rayos X, Difracción de Rayos X y espectroscopia de Infrarrojo. Para establecer las características de lixiviación, se aplicaron los ensayos de TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure), SPLP (Synthetic Precipitation Leaching Procedure) y NEN 7341, en morteros adicionados con un 20% de FCC. Finalmente se comparó lo encontrado en los tres métodos con la legislación ambiental pertinente, concluyendo que el residuo encapsulado en cemento no constituye un problema en términos de lixiviación de contaminantes, por lo que surge como una interesante alternativa para el sector de la construcción.  This study evaluates the toxicity associated with Portland cement mortar blended with a residue of the petrochemical industry called catalytic cracking catalyst waste (FCC) using the technique of Solidifcation/Stabilization (S/E). The techniques of X-Ray Fluorescence, X-Ray diffraction and Infrared Spectroscopy permitted to evaluate the Chemical and mineralogical characteristics of the residue. Leaching of heavy metals on blended mortars with 20% w/w of FCC - determined by the tests Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP), Synthetic Precipitation Leaching Procedure (SPLP) and NEN 7341 - showed that the encapsulated waste is not a problem from of point of view of environmental issues. The research results of this study are in accord with the environmental standards. The use of FCC surges as a positive alternative for appropriated disposition of materials containing heavy metals

Técnicas aceleradas para evaluar la susceptibilidad a corrosión de aceros embebidos en morteros con adiciones minerales expuestos a cloruros

This paper studies the corrosion behavior ofreinforced Portland cement mortars without addition andwith additions of metakaolin (MK) and silica fume (SF). Theproportion of the addition was 10% as cement replacement.Specimens with and without reinforcement were prepared.First, the compressive strenght, absorption, porosity, andchlride permeability were determined. The reinforcedmortar specimens were exposed to chloride (NaCl 3.5%).Two techniques of accelerated corrosion, wetting-dryingcycles and impressed voltage were applied. In bothcases was used water as reference. The progress of thecorrosion process in the steel was accomplished by usingelectrochemical linear polarization resistance (LPR). Theresults showed that the additions increased the compressivestrength of OPC mortar and contributed positively toreduce the chloride permeability. The results of corrosionshow the same tendency regardless of the techniquesused. The best performance corresponds to the mixturecontaining MK, followed by SF and OPC. The corrosion ofthe specimens OPC is reduced up to 90% when MK is usedas addition. In this study, we suggest to use the impressedvoltage technique due to the short time to obtain corrosionresults.Este artículo estudia el comportamiento a la corrosión de morteros reforzados de cemento portland, sin adiciones y con adiciones de metacaolín (MK) y humo de sílice (SF), en presencia de cloruros. La proporción de la adición utilizada en las mezclas fue del 10% en peso como reemplazo del cemento. Se prepararon prototipos sin y con acero de refuerzo. En los primeros se determinó la resistencia a la compresión, absorción, porosidad, y permeabilidad a los cloruros. Las probetas de mortero reforzado se expusieron a cloruros (NaCl 3,5%) y se aplicaron dos técnicas aceleradas de corrosión: ciclos de humectación-secado y voltaje impreso; en ambos casos se utilizó como ambiente de referencia agua potable. El avance del proceso de corrosión en el acero se evaluó mediante la técnica electroquímica de resistencia a la polarización lineal (LPR). Los resultados mostraron que tanto a 28 como a 90 días de curado, las adiciones aumentan la resistencia a la compresión del mortero y contribuyen positivamente a reducir la susceptibilidad del material cementicio a la permeabilidad de cloruros. De las adiciones evaluadas, se destaca el desempeño mecánico de la mezcla con 10% de MK, representado en un incremento del 51,9% respecto a cemento Portland ordinario (OPC). Los coeficientes de absorción capilar de los morteros adicionados fueron hasta un 31% menores que los correspondientes de OPC, lo cual coincide con la reducida permeabilidad a cloruros (≤ 1000 coulombios) evaluada con base en la Norma ASTM C1202. Respecto a los resultados de corrosión se aprecia la misma tendencia de comportamiento en las mezclas, independientemente de la técnica acelerada utilizada. El mejor desempeño corresponde a la mezcla que contiene MK, seguido de SF y OPC. Cabe anotar, que la corriente de corrosión en los prototipos OPC es reducida hasta en un 90% al incorporar MK. De las técnicas aceleradas empleadas en el presente estudio se sugiere utilizar la de voltaje impreso debido al corto tiempo de obtención de los resultados

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)