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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO
LEÓN
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
Tecnología de los Materiales Cerámicos
Análisis de Artículo Científico - Influencia de la incorporación de vidrio triturado en las propiedades y el comportamiento a alta temperatura de morteros de cemento. Profesor: Dr. Juan Jacobo Ruíz Grupo: 001 Equipo: 00 4 Matrícula Nombre 1992987 López Escobar Orlando 1910003 Lozano González Nayeli Noemi 1913492 Olguín Contreras Jessica Georgina 1724369 Rivas Barragán Ericka Lilian 1897741 Rodríguez Quiroz Carlos Abraham 1852128 Sandoval Rosales Alejandra Amairani Semestre: Enero - Junio 2022
San Nicolás de los Garza, Nuevo León a 02 de abril de 2022 Análisis del artículo El artículo “Influencia de la incorporación de vidrio triturado en las propiedades y el comportamiento a alta temperatura de morteros de cemento” tiene como autores del estudio a los investigadores Vicente Flores-Alés y Víctor Jiménez-Bayarri del departamento de Construcciones Arquitectónicas II, Universidad de Sevilla, Sevilla, España, en conjunto con Alexis Pérez-Fargallo del Departamento de Ciencias de la Construcción, de la Universidad del Bío-Bío, Concepción, Chile. Este artículo fue mandado a revisión el 29 noviembre del 2017, fue aceptado el 16 marzo del 2018, procediendo a su disponibilidad de manera digital el 3 de abril del 2018 y finalmente obteniendo una versión editada el 22 de noviembre del 2018. La incorporación a los conglomerados cementíceos de residuos de construcción y/o demolición triturados tiene como objetivo conseguir un balance medioambiental positivo, de manera que la industria de la construcción asuma residuos de diverso origen. El vidrio como residuo tiene un alto grado de recuperación y numerosas posibilidades de reutilización. La incorporación de residuos de vidrio a los morteros de cemento se estudia con el fin de conocer su comportamiento como sustituto del árido y la capacidad de modificar las propiedades del producto final. Objetivo El objetivo de este trabajo es comprobar el comportamiento de morteros donde su árido es parcialmente sustituido por vidrio doméstico reciclado, los porcentajes de sustitución son del 25% y 50% con respecto al de una muestra de referencia. Tomando en cuenta los diferentes comportamientos de los morteros en función de su porcentaje de sustitución se analiza el potencial del material, a partir de evaluaciones de sus características químicas, mineralógicas, físicas, térmicas y
Metodología Figura 1. Curvas granulométricas de los agregados utilizados. Para la fabricación de los morteros se ha considerado una dosificación de referencia con una relación 1:3 (cemento:arena) y se ha utilizado un cemento comercial CEM IV/B (V) 32,5 conforme a la UNE-EN 197-1. La elevada puzolanidad de este cemento lo hace idóneo para evaluar el efecto del agregado, por resultar particularmente inerte a las posibles reacciones en condiciones propicias con los componentes alcalinos del vidrio. La arena empleada es natural silícea (98%) con un diámetro máximo de 2 mm de granulometría conforme a las curvas de máxima compacidad. El vidrio utilizado como agregado para la sustitución parcial del árido es un vidrio convencional de naturaleza sodocálcica procedente de reciclado doméstico, cuya granulometría garantiza la adecuada compacidad de las mezclas finales utilizadas. La composición química del vidrio ha sido analizada mediante fluorescencia de rayos X (tabla 1). La sustitución se ha realizado en proporciones del 25 y el 50%, manteniendo una correcta adaptación a las curvas de máxima compacidad (fig. 1), el proceso de trituración del vidrio se ha realizado en una trituradora de mandíbulas.
El contenido en agua ha sido el mismo para todas las muestras, con una relación agua/cemento de 0,5, que garantizaba la consistencia plástica de todas las muestras conforme a las especificaciones de la norma UNE-EN-1015-3 (2007). La sustitución con vidrio genera un efecto contrapuesto; si bien por la disminución de la superficie específica por un mayor contenido en las fracciones más gruesas puede verse favorecida la trabajabilidad por efecto del agua, hay autores que evidencian una disminución de dicha trabajabilidad por la morfología de los agregados de vidrio con formas de grano más angulosas. La dosificación completa de los morteros queda recogida en la tabla 2. Las muestras se han nombrado como mR (mortero de referencia con un 100% de árido natural), m25 (árido con un 25% de vidrio) y m50 (árido con un 50% de vidrio). Las probetas sometidas a calentamiento se han acompañado en su designación por los valores de temperatura alcanzados: 600 y 800 ◦C, respectivamente. La fabricación de las probetas se realizó de acuerdo con la norma UNE-EN 1015-11 (2007), manteniéndose el período de curado durante 28 días en cámara climática, en unas condiciones de 20◦ ± 2 y 95% ± 5 de humedad ambiental. Una vez completado el proceso de endurecimiento de las probetas, se realizó la caracterización química mediante fluorescencia de rayos X, en
coeficientes se realizó conforme a la ecuación (1), que recoge los 3 parámetros indicados. Donde: 𝛅 es la conductividad térmica, 𝝆 la densidad, Cp el calor específico y 𝛂la difusividad térmica. Figura 3. Dispositivo de ensayo a flexión. Las probetas fueron sometidas a ensayo mecánico a flexión (fig. 3) y compresión conforme a la norma UNE-EN 196-1 (2005), con una velocidad de carga de 50 N/s hasta la rotura. La resistencia a flexión (Rf) se expresa conforme a la ecuación (2) Donde:
Ff es la carga máxima aplicada por la prensa en N, L es la distancia entre los rodillos que sirven como apoyo de la probeta (100 mm) y b es el lado de la probeta (40 mm). Figura 4. Dispositivo de ensayo a compresión. La resistencia a compresión (fig. 4), conforme a la norma UNE-EN 196-1 (2005) a 28 días, se determinó en las 2 mitades obtenidas del ensayo a flexión, por la relación entre la carga y la superficie de 4 × 4 cm sobre la que se aplica esta, expresada en N/mm2. En la figura 5 se pueden ver los planos de fractura en los que se puede observar la distribución de las partículas de vidrio en la muestra m50.
Resultados Obtenidos Caracterización Química Existe un incremento de proporción en los elementos a los que se les aplicó el vidrio (sodio y calcio) con respecto a los de referencia, lo cual se observa en la disminución de la pérdida por calcinación en las muestras tratadas a 800°C. Además, se puede ver que en aquellas muestras en las cuales disminuyó el contenido del SiO 2 se debió al incremento de los cationes aportados por el material vítreo (tabla 3). Tabla 3. Composición química de los 3 tipos de morteros y composición tras los procesos de calentamiento a 600 y 800°C.
Caracterización Mineralógica por DRX Se encontraron una escasa presencia de calcita y trazas de dolomita que se descomponen en el calentamiento de 800°C, así como de feldespatos (albita y ortosa). Asimismo, se detectó que hubo modificaciones en los difractogramas al sustituir la arena y al calentar la muestra a dicha temperatura, formando trazas de hematites y larnita (tabla 4). Tabla 4. Composición mineralógica de los 3 tipos de morteros a temperatura ambiente y tras los procesos de calentamiento a 600 y 800°C.
Figura 6. Evolución de la absorción de agua (%) y velocidad de transmisión de ultrasonidos (m/sx10^3 ). Propiedades Térmicas Al aplicar un calentamiento, el deterioro de las dosificaciones con 25 y 50% de agregado de vidrio fueron menores que los del material de referencia y esto se reflejó en la conductividad térmica ya que las dosificaciones fueron menores al del material de referencia (18% menor para el mortero m25 y un 33% más bajo para m50). Además, se puede ver la importancia de la difusividad térmica para el cálculo de la conductividad (tabla 5). Tabla 5. Resultados obtenidos de calor específico (Cp), difusividad térmica (α) y conductividad térmica (δ) a 30°C.
Ensayos Mecánicos La adherencia agregado-pasta en la superficie de los granos provoca una disminución menor de la resistencia mecánica del vidrio. Esto se observa al realizar el calentamiento a 600°C, ya que se produce una notable caída de resistencias en las probetas de referencia (90% y 73% para la flexión y compresión, respectivamente), mientras que las muestras con una sustitución del 25%, son de 76% y 21% para la flexión y compresión. En las muestras con una sustitución del 50%, es del 73% y nula para la flexión y compresión, respectivamente. En el caso del calentamiento hasta 800°C los resultados evidencian una importante caída de resistencias, propiciada por el deterioro térmico del cemento hidratado y de la fracción caliza del árido. Para las probetas de referencia son del 97% y 93% para la flexión y compresión. Para las muestras con una sustitución del 25%, es del 95% y 86% para la flexión y compresión, respectivamente. En las muestras con una sustitución del 50%, es del 88% y 66% para la flexión y compresión. (figura 7; tabla 6). Figura 7. Evolución de las resistencias mecánicas a compresión (N/mm^2 ).
Tabla 7. Coordenadas cromáticas de los morteros. Conclusiones En los morteros con aplicación de vidrio al 25% y 50% se ve reflejado una mejora en sus propiedades físicas. Aquellos morteros con agregado de vidrio obtuvieron un mejor comportamiento a alta temperatura (600 y 800°C), cumpliendo con el objetivo de analizar el comportamiento de morteros con adición de vidrio.
Referencias ● Flores, V., & Jiménez, V. (2018, 1 noviembre). Influencia de la incorporación de vidrio triturado en las propiedades y el comportamiento a alta temperatura de morteros de cemento. ScienceDirect. Recuperado 29 de marzo de 2022, de https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0366317518300153? fbclid=IwAR3Umvzm1mUsF- 8NUP5Ap6VJwnUD8g8Uz3iU2muHGJA5omEWWvKb9a4Hq38#fig
