Durabilidad de morteros de cemento en contacto con purines de cerdo

En el medio agrícola-ganadero el cemento y sus derivados, morteros y hormigones, son materiales ampliamente utilizados. Su uso se extiende desde la parte estructural de las edificaciones a elementos tales como revestimiento de paredes, comederos, o pavimentos tanto continuos como discontinuos o balsas de almacenamiento de purines, de hormigón en masa o armado o incluso de fábrica de ladrillo con revestimiento de mortero. Todos estos elementos se encuentran en ambientes de diversa agresividad, tales como estiércoles, purines, productos de limpieza o desinfección, restos de alimentación…etc. Garantizar un comportamiento adecuado de estos elementos se considera fundamental para el correcto manejo de las instalaciones agrarias ya que su degradación supone no solo pérdidas económicas por el cese de la actividad durante el periodo de reposición sino que puede ser especialmente grave en el caso de los suelos enrejillados, por los accidentes que pueden provocar en los animales, o en el caso de las balsas y tanques de almacenamiento de purines, por la pérdida de estanqueidad y en consecuencia por posibles contaminaciones de las aguas subterráneas. Esta Tesis tiene como principal objetivo determinar el comportamiento de los principales morteros de cemento utilizados en el ámbito agrícola-ganadero a lo largo de un periodo de tiempo de cinco años en contacto permanente con purines de cerdo. Para poder alcanzar este objetivo se han seleccionado cuatro tipos de cemento de uso habitual y recomendado en el ámbito rural: uno con resistencia a sulfatos, dos con adiciones de cenizas volantes silíceas y un cemento puzolánico también con adición de cenizas. Con dichos cementos se han elaborado probetas de mortero normalizadas y se han expuesto al contacto directo del purín de cerdo en una balsa experimental. El purín contenido en ella, procedente de una explotación integral de ganado porcino de la provincia de Segovia, ha sido analizado y caracterizado. Para poder establecer el efecto del purín sobre los morteros se caracterizaron las probetas mecánicamente mediante la determinación de la resistencia a compresión, y microestructuralmente mediante porosimetría por intrusión de mercurio (PIM) y difracción de rayos X (DRX). Los resultados obtenidos se han completado con un análisis termogravimétrico (TG) y con microscopía electrónica de barrido (MEB) para cada mortero de cemento a la finalización del ensayo. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que el deterioro de los morteros en contacto con purines de cerdo no es tan severo como inicialmente podría considerarse por su contenido en ácidos orgánicos, sulfatos y amonio. Así todos los morteros presentan un buen comportamiento mecánico a la finalización del ensayo, con valores resistentes superiores o iguales a los iniciales, concordantes con los cambios que experimenta la estructura porosa que en general se densifica. Estos cambios se encuentran determinados por dos procesos: la hidratación del cemento y las reacciones puzolánicas propias de la presencia de cenizas volantes que pueden verse incrementadas como resultado de la alta concentración de sales en el purín y los procesos de precipitación-lixiviación propios de un ataque por cambio iónico. Los resultados obtenidos en el estudio de las fases cristalinas avalan esta hipótesis con una disminución de portlandita asociada a un incremento de calcita y una casi desaparición de la etringita. Finalmente se puede concluir que el purín de cerdo puede ser considerado como un compuesto con agresividad baja con respecto a los materiales cementicios. La utilización de cenizas volantes como sustituto parcial del cemento portland mejora las propiedades durables y mecánicas de los morteros en los ambientes agrícola-ganaderos, siendo dichos cementos los recomendados en estos ambientes. Cement and its derivates, mortar and concrete, are widely used in agricultural and livestock housing, from building structure to other elements such as wall covering, feeding troughs, continuous or patterned flooring (prefabricated slats) or slurry storage ponds, of both concrete or reinforced concrete, or even covered mortar brick walls. All these elements can come into contact with diverse aggressive environments such as manure, slurry, cleaning and disinfection products, feed or dairy product wastes. Optimum resistance to these environments is essential for agricultural installations (buildings) because degradation causes not only economic loss due to lapses in activity during repairs but also serious damage in the case of slatted flooring, cause severe injury to animals, or leakage in ponds or pits tending to which can groundwater pollution The main purpose of this thesis is to determine the response of main stream cement mortars used in agricultural and cattle raising to contact with pig slurry for a five-year period To achieve this purpose four cement types were selected from those usually recommended in the farming and livestock field: one sulphate-resistant Portland cement, two Portland cement with fly ash, and one puzzolanic cement with added ash. Normalized prismatic mortar specimens were prepared and kept in direct contact with pig slurry in an experimental pond. Slurry from a pig farm in Segovia province was sampled and analyzed. To study slurry effects on mortars, mechanical stress was applied in the study of compressive strength. Microstructural study was also carried out through mercury intrusion porosity (MIP) and X-ray diffraction (XRD). Other analyses such as thermal gravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM) were also carried out on each mortar at the end of the trial. The results obtained show that the deterioration of mortar in contact with pig slurry is not as severe as might have been expected given the organic acids, sulfates and ammonium content in slurries. In fact all the mortars remained mechanically sound at the end of their exposure period (5 years). Their resistance values were the same as their initial values, or greater, due to the changes undergone in their pore structure, which in general became denser. These changes are the result of two processes: one, the hydration of cement and two, the puzolanic reactions due to the presence of fly ash that may be intensified as a result of the high concentration of salts in the slurry and the processes of precipitationlixiviation from an attack of ionic exchange. The results obtained in the study of crystalline phases support this hypothesis as a reduction in portlandite associated with an increase in calcite and a near disappearance of ettringite. Finally we may conclude that pig slurry can be considered to be a compound of low aggressivity towards cement materials. The use of fly ash as a partial substitute for Portland cement improves durability and mechanical properties of mortars in agricultural and livestock environments, with these cements being the most recommendable for such environments

Empleo de morteros ecoeficientes en las explotaciones agropecuarias

En los ambientes agrícola-ganaderos, como las explotaciones de ganado porcino, la gran producción de purín, que puede ocasionar importantes deterioros, particularmente en suelos, comederos y estructuras de almacenamiento de este subproducto. El objetivo principal de este trabajo es estudiar, en una balsa experimental de purín, procedente de una explotación integral, la durabilidad de dos morteros de cemento: un portland resistente a sulfatos y otro en el que se ha sustituido un 16% de portland por ceniza volante, ambos pertenecientes a la clase resistente 42,5. El ensayo se ha realizado durante un tiempo prolongado de 60 meses, en los que los morteros han estado sumergidos permanente en purín de cerdo, con disponibilidad de oxígeno (ambiente aerobio) y CO2. Se evalúa el comportamiento resistente y los cambios en la microestructura. Los resultados de este trabajo muestran que el mortero de CEM I tiene una porosidad total significativamente mayor, por lo que es un material más susceptible a la degradación. Se recomienda, para ambientes agrícolaganaderos, el uso de cementos con cenizas en baja proporción, ya que ofrecen excelentes prestaciones resistentes y un buen comportamiento durable, además de obtenerse a menores costes y caracterizarse por su mayor sostenibilidad

Mechanical strength and microestructure evolution of fly ash cement mortar submerged in pig slurry

This paper studies the behaviour of mechanical strength and porosity of mortars made with three types of cement with different fly ash content. The trials were carried out under real conditions with natural pig slurry. The three mortars were submerged at depths of 1 and 3 m in slurry in an experimental lagoon. Control samples were situated in the open air in the natural environment. The total duration of the experiment was 24 months. The variation in the flexural and compressive strength in the specimens was checked at 3, 12 and 24 months by carrying out standardised tests. An increase in flexural and compressive strength in all cements was noted in the two submerged environments, which is explained as a result of a decrease of pore size produced in the external part of specimens

Durabilidad de morteros de cemento portland sometidos a ambientes agrícola-ganaderos: caso real

En los ambientes agrícola-ganaderos, los morteros de cemento Portland, son materiales ampliamente utilizados. Éstos se ven expuestos al contacto permanente con los purines del ganado con un deterioro que supone un elevado coste medioambiental y económico para las explotaciones. El objetivo principal de este trabajo es estudiar el comportamiento de los morteros sumergidos durante 60 meses en una balsa de purín de cerdo. Se han empleado cuatro tipos de cemento, un cemento Portland tradicional y tres cementos con adición de cenizas volantes. Se analiza el comportamiento resistente y los cambios microestructurales, en términos de porosidad y distribución de tamaño de poro, mediante porosimetría por intrusión de mercurio. Los resultados obtenidos indican que la utilización de cementos con características sulforresistentes no está justificada debido a que su comportamiento resistente es peor que el obtenido con cementos con bajo contenido de cenizas, y son más susceptibles a la degradación provocada por el purín. Para los ambientes agrícola-ganaderos, se aconseja utilizar morteros de cementos con cenizas volantes

Influencia de la adición de nano sílice y nano alúmina en morteros de cemento de uso agro-ganadero

El objetivo de este trabajo es determinar la influencia de la incorporación de nanoSiO2 y nanoAl2O3 sobre las propiedades macroestructurales de resistencia, dureza superficial y abrasión en morteros de cemento. Para ello se ha determinado la resistencia a compresión, la dureza Vickers y el coeficiente de Los Angeles en cuatro dosificaciones de mortero de cemento CEM I 52,5R, con una relación agua/material cementante de 0.47. Las dosificaciones ensayadas fueron la de un mortero normalizado a la que se añade un 5% de nSi, un 5% de nAl y una adición mezcla de 2,5% de nSi y 2,5% de nAl. Se utilizo un mortero normalizado sin adición como control. Los resultados confirman que, aunque no hay diferencias significativas en las resistencias a compresión, hay un aumento considerable de la dureza superficial Vickers en el mortero con un 5% de la adición de nSi. Esto es debido a una densificación de la matriz por un refinamiento de la estructura porosa y una reducción del tamaño de poro crítico. Sin embargo los resultados de desgaste no presentan diferencias significativas entre los morteros estudiados. Sin embargo, los coeficientes de Los Ángeles están alrededor de 8,85, lo que les clasifica como materiales con buen comportamiento al desgaste

Influencia de la adición de nano sílice y nano alúmina en morteros de cemento de uso agro-ganadero.

Con objeto de mejorar las prestaciones de los materiales y en particular los materiales de construcción, se está estudiando la incorporación de nano partículas en la fabricación de morteros y hormigones. En este trabajo se estudia el efecto en la durabilidad de un hormigón autocompactante al incorporar nanosílice. Para ello se han seleccionado dos dosificaciones de nano sílice, 2,5% y 5% y se ha comparado su comportamiento con un hormigón autocompactante con la misma relación de material cementante. Se han evaluado las diferencias de comportamiento tanto en estado fresco como endurecido. En el trabajo se ha analizado el comportamiento mecánico (resistencia a compresión), microestructural (porosimetría por intrusión de mercurio, análisis termogravimétrico y micrografía) y durable, (migración de cloruros, difusión de cloruros y resistividad eléctrica), de las dosificaciones seleccionadas. Los resultados de los ensayos de resistencia a compresión muestran una relación directa entre éste parámetro y el porcentaje de nano sílice adicionada. Los resultados de la caracterización microestructural ponen de manifiesto un refinamiento de la matriz porosa, con aumento de la cantidad de geles hidratados y reducción del tamaño de poro, más significativo cuanto mayor es el porcentaje de adición. Las imágenes de SEM revelan cambios en la morfología de los productos hidratados de la matriz cementicia. Se observa un aumento significativo de la resistencia del material a la penetración de cloruros cuando se incorpora la nano sílice. Los coeficientes tanto de migración como de difusión de cloruros se reducen a menos de la mitad con la adición del 2,5% de nano sílice, no existiendo diferencias significativas en dichos coeficientes en las mezclas con 2,5% y 5% de nano adición. La resistividad eléctrica se revela como un parámetro que si bien sigue la misma tendencia que el coeficiente de migración , el orden de magnitud de las variaciones entre las distintas dosificaciones existen diferencias significativas

Comportamiento de morteros de cemento con nano adiciones sometidos a ciclos hielo-deshielo.

El objetivo de este trabajo es determinar la influencia de la incorporación de nanoSiO2, nanoAl2O3 así como la mezcla de ambas adiciones, en morteros de cemento cuando son sometidos a ciclos de hielo-deshielo, e interpretar dicho comportamiento a través de los cambios microestructurales. Para ello se fabricaron cuatro morteros de cemento con distintas adiciones. Un mortero de cemento CEM I 52,5R normalizado de acuerdo a la Norma Europea EN 196-1:2005 como control. Otro de igual composición, al que se incorporó un 5% de nano-SiO2 respecto a la cantidad total de cemento, un tercero con un 5% de nano-Al2O3 y un cuarto con un 2,5% de nano-SiO2 y un 2,5% de nano-Al2O3. La relación agua/material cementante de 0,47. Para cada mortero, se fabricaron 4 probetas de 15x15x15 cm con el fin de determinar su resistencia a ciclos de hielodeshielo de acuerdo a la UNE-CEN/TS 12390-9 EX. Además, se caracterizaron microestructuralmente mediante porosimetría por intrusión de mercurio, análisis termogravimétrico y micrografía electrónica. Los resultados de la caracterización microestructural ponen de manifiesto un refinamiento de la matriz porosa, con aumento de la cantidad de geles hidratados. Las imágenes de SEM revelan cambios en la morfología de los productos hidratados de la matriz cementicia, siendo notables tanto en la portlandita como en la ettringita. Los cambios producidos por la adición de nano sílice muestran una gran influencia en la estructura porosa y determinan una mejora muy significativa en el comportamiento de estos morteros bajo ciclos hielo-deshielo. The rise of nanotechnology in the last two decades has been of scientific interest considerable for the construction industry due to the high potential in the use of nano-particles in cementitious materials. These allow a reengineering of existing products and the design of new high-performance materials. In this line there are many works in which we study the effect of additions of nano-particles in mortars and concretes. However, were very few scientific papers in which we study the behavior of these materials under freeze-thaw cycles. The aim of this study was to determine the influence of incorporating nano-SiO2, nano-Al2O3 and the mixture of both additions in cement mortar when subjected to freeze-thaw cycles, and interpret such behavior through microstructural changes.For this purpose four cement mortars have been fabricated with different additions. A cement mortar CEM I 52,5 R normalized according to the European standard EN 196-1:2005 was manufactured as control . Another mortar with a 5% nano-SiO2 in respect to the total amount of cement, other with 5% nano-Al2O3 and for last a mortar with 2.5% of nano-SiO2 and 2.5% of nano-Al2O3. The water/binder ratio was 0.47. For each mortar, four specimens were made of 150x150x150 mm in order to determine its behavior under freeze-thaw cycles according to UNE-CEN/TS EX 12390-9. Furthermore, the mortars were characterized microstructurally by mercury intrusion porosimetry, thermogravimetric analysis and electron micrograph. The microstructural characterization results show a refinement of the porous matrix, with increased amount of hydrated gels. The SEM images show changes in the morphology of the products of the hydrated cement matrix being remarkable both in the portlandite as in the ettringite. The changes produced by the addition of nanosilica show a great influence on the porous structure and determine a significant improvement in the behavior of these mortars under freeze-thaw cycles

Influencia de la adición de nano sílice, en algunos aspectos de la durabilidad, en hormigones autocompactantes de alta resistencia

Con objeto de mejorar las prestaciones de los materiales y en particular los materiales de construcción, se está estudiando la incorporación de nano partículas en la fabricación de morteros y hormigones. En este trabajo se estudia el efecto de la incorporación de nano sílice a un hormigón autocompactante. Para ello se han seleccionado dos dosificaciones de nano sílice, 2,5% y 5% y se ha comparado su comportamiento con un hormigón autocompactante con la misma relación de material cementante. Se han evaluado las diferencias de comportamiento tanto en estado fresco como endurecido. En el trabajo se ha analizado el comportamiento mecánico (resistencia a compresión), microestructural (porosimetría por intrusión de mercurio y análisis termogravimétrico) y durable, (migración de cloruros y resistividad eléctrica), de las dosificaciones seleccionadas. Los resultados de los ensayos de resistencia a compresión muestran una relación directa entre este parámetro y el porcentaje de nano sílice adicionada. Los resultados de la caracterización microestructural ponen de manifiesto un refinamiento de la matriz porosa, con aumento de la cantidad de geles hidratados y reducción del tamaño de poro, mas significativo cuanto mayor es el porcentaje de adición. En cuanto a la resistencia del material a la penetración de cloruros se observa una disminución significativa cuanto mayor es el porcentaje de nano adición. Los datos obtenidos del ensayo de migración y de resistividad eléctrica muestran un mejor comportamiento por efecto de la adición. Sin embrago la variación relativa de la variable estimada en cada uno de los ensayos es sensiblemente diferente

The aggressiveness of pig slurry to cement mortars

The aim was to measure the behaviour of various mortars employed in livestock media in central Spain and to analyse the aggressiveness of pig slurry to cement blended with fly ash mortars. To achieve this, mortar specimens were immersed in ponds storing pig slurry. Mortar specimens, of 40 ? 40 ? 160 mm, were made from four types of cement commonly used and recommended for rural areas. The types were a sulphate-resistant Portland cement and three cements blended in different proportions with fly ash and limestone filler. After 3, 6, 12, 24, 36, 48 and 60 months of exposure, three or four specimens of each cement type were removed from the pond and washed with water. Their compressive strength and microstructure (X-ray diffraction, mercury intrusion pore-symmetry, thermal analysis and scanning electron microscopy) were then measured. Sulphate-resistant Portland cement (SR-PC), found to be more susceptible to degradation due to its greater proportion of macro-pores and increased total porosity, was found not to be suitable for use with livestock. After 60 months of immersion in the pig slurry medium, CEM II-A (40.3%) mortar retained the greatest compressive strength. Mortars with less than 20% replacement of cement by fly ash were found to be the most durable, with the most suitable mechanical behaviour

Strength and porosity evolution of two cement mortar submerged in pig slurry

Pig slurry is an agricultural by-product used chiefly to fertilize cultivated fields. The demand for fertilizer depends on crop cycles. So, the slurry must be stored over long periods of time. In Spain, the lagoons of different depths generally used for such storage are made of brick covered with plain or reinforced concrete. Also, the slurry is in contact with other precast concrete structural members. The degradation of these structures may entail substantial economic loss, in patterned flooring especially, where deterioration-induced collapse can cause severe injury to the animals. The paper presents two aspects related to the durability of the mortar cements. In it addresses the variations observed in porosity and flexural and compressive strength in two types of cement mortar when submerged in pig slurry. The tests were conducted in a 100 m3 experimental lagoon. The mortars were exposed to three types of environments for 36 months: one outside the test lagoon and two submerged in it, at two different depths. Bending and compression measurements were taken after 3, 12, 24 and 36 months. In addition, 3, 24 and 36 month specimens were tested for total porosity and pore-size distribution