Materiales de construcción 128 (2016) 163-169
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cementos alternativos basados basados en residuos de ladrillo de arcilla roja-álcali activado Rafael A. Robayo, Alexandra Mulford, Jorge Munera, Ruby Mejía de Gutiérrez ⇑ Materiales Composites Group (CENM), Facultad de Ingeniería de Materiales, Calle 13 # 100-00, Edif. 349, 2 piso, Universidad del Valle, Cali, Colombia
reflejos
Gráficamente abstracto
Se investigó la activación alcalina de residuos de color rojo ladrillo de arcilla (RCBW). El efecto de la adición ( 6 Se estudió 20%) de cemento Portland (OPC). La adición de Na 2 SiO 3 y OPC contribuyó en el mejor comportamiento comportamiento mecánico.
se obtuvo Resistencia a la compresión de hasta 102 MPa a temperatura ambiente (25 DO). La factibilidad de obtener aglutinantes híbridos utilizando RCBW se demuestra.
información del artículo
abstracto
Articulo de historia:
La síntesis de híbrido-álcali activado y cementos basa en residuos de ladrillo de arcilla roja se investigó usando hidróxido de sodio y solución
Recibido 03 de julio 2016
de silicato de sodio como activadores alcalinos. El efecto sobre la resistencia a la compresión de Na 2 O / SiO 2 y SiO 2 / A labama 2 O 3 Se evaluó
Recibido en forma de 13 Revisión de septiembre de 2.016 mil
6 asimismo aceptada de octubre de el año 2016
palabras clave:
relaciones molares y el tipo de curado. La presencia combinada combinada de cemento Portland (20%) y silicato de sodio produjo una resistencia máxima a la compresión de 102.6 MPa a los 28 días y 25 DO; este valor es dos veces mayor que la resistencia obtenida en mezclas sin cemento Portland y 7,3 veces mayor que cuando se utiliza hidróxido de sodio. Los resultados demostraron la viabilidad de utilizar estos materiales para producir elementos de construcción estructurales y no estructurales.
residuos de ladrillos de arcilla roja
2016 Elsevier Ltd. Todos los derechos reservados.
Residuos de productos cerámicos alcalina activada por álcalis activación de cemento cemento híbrido Resistencia a la compresión
1. Introducción
en grandes cantidades en cada país, se puede utilizar como rawmaterials de otras industrias [1] [1] . Las principales barreras para para e l re ciclaje son la calidad de estos residuos, especialmente sus
Komnitsas [1] mencio menciona na que las ciudades sostenibles del futuro, además de tener emisiones de
características características químicas y físicas (que son muy heterogéneo), y el bajo coste o de alta disponibilidad
bajo consumo de energía y gases de efecto invernadero también deben adoptar el principio '' basura
de algunas materias primas vírgenes vírgenes [2] . Por lo tanto, la activación alcalina na y geopolimerización son
cero”, que contribuyen al desarrollo sostenible y la reducción de la huella de carbono. Varios
tecnologías que nos permite utilizar residuos (con SiO reactiva 2 y Al 2 O 3 especies) que no son
residuos, incluidos incluidos los de la minería, la metalurgia, la municipal, la construcción y demolición, que se
adecuados en otras industrias. Es de destacar que la aplicación de estas tecnologías en la
producen hoy en día
producción de aglutinantes, además de promover la utilización de residuos y / o subproductos industriales como materias primas, tiene beneficios adicionales, tales como un menor consumo de energía y
⇑ Autor correspondiente. correspondiente.
Correos electrónicos: raf
[email protected](RA
[email protected] (RA Robayo), ma material terial de @ univalle.edu.co univalle.e du.co (A. Mulford), investigacio investigacion.gmc@correouniva
[email protected] lle.edu.co (J. Munera),
[email protected](R.
[email protected] (R. Mejía de Gutiérrez). http://dx.doi.org/10.1016/j.conbu http://dx.doi.org/10 .1016/j.conbuildmat.2016.10 ildmat.2016.10.023 .023 0950-0618 / 2016 Elsevier Ltd. Todos los derechos reservados.
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reducción del nivel de emisiones, que se ha demostrado en varios estudios para comparar estos a
cemento (40%) acelerar la reacción y para obtener, a temperatura ambiente y 3 días de curado, 50
los cementos Portland tradicionales [3] . Residuos de productos cerámicos son generad os por
MPa. Recientemente, Komnitsas et al.
procesos de construcción y de demolición en el sector industrial y como un resultado del
[25] investigado el potencial de geopolimerización de diferentes residuos de construcción; ladrillos,
procesamiento de cerámica. Aproximadamente el 45% de los residuos de construcción y de
tejas y hormigón, y reportado resistencias a la compresión máxima de 49,5 MPa y 57,8 MPa para el
demolición (CDW) se atribuye a los productos cerámicos tales como ladrillos, tejas, y porcelana [4] .
ladrillo y los residuos azulejo, respectivamente. Sin embargo, el valor reportado para los residuos de
Según Pacheco-Torgal y Jalali [5] , La industria europea de la cerámica genera un volumen de
hormigón fue sólo 13 MPa con el uso de NaOH (14 M) y un tratamiento de curado a 90 C durante
residuos que es equivalente a 3-7% de la producción total, lo que indica que mill ones de toneladas
siete días, que es 43% más alto que el valor reportado por Pathak y Kumar [26] . Este estudio
de arcilla por año están dispuestos en LLS tierra fi como el volumen reutilizado es mínima.
presenta la evaluación de las propiedades mecánicas y microestructurales de RCBW cuando se
Actualmente, los países que generan la mayor cantidad de CDW incluyen China, Estados Unidos de
activa con NaOH y Na 2 SiO 3 para obtener un cemento-álcali activado (100% RCBW) y un cemento
América y los países de la Unión Europea, que representa aproximadamente el
híbrido (RCBW + cemento Portland ordinario (OPC)). RCBWwas suministrados por una fábrica de ladrillos. Se analizó el efecto sobre la resistencia a la compresión de las siguientes variables de síntesis: Na 2 O / SiO 2 y SiO 2 / A labama 2 O 3 relaciones molares, el tipo de curado (curado a temperatura ambiente en 25 C y el endurecimiento térmico a 70ºC durante 24 y 48 h) y la cantidad de OPC
605,5 millones de toneladas por año; Sin embargo, este número puede ser mayor debido a los
añadido (entre 5 y 20% en peso con respecto al contenido RCBW).
desastres naturales en los últimos años [ 6-8] . En algunos paí ses, como Alemania, Dinamarca y los Países Bajos, la reutilización se acerca al 80%, mientras que el promedio en otros países es de 30% [9] . Aunque un estudio estadístico nacional de CDW en Colombia no está dispon ible, algunos estudios indican que se generan 12 millones de toneladas por año y no se utilizan en algunas ciudades con mayor crecimiento demográfico, tales como la ciudad de Bogotá [10,11] . En la capital del Valle del Cauca, Cali, un volumen promedio de 2480 metros cúbicos de CDW se genera diariamente. De este volumen, aproximadamente el 76,6% (1.900 metros cúbicos) es generada por empresas de construcción y obras públicas, que se conoce como '' generación formal”; el 23,4% restante (580
2. Materiales y metodología experimental
metros cúbicos) es generado por la construcción y remodelación privada, que se conoce como el ' ' sector informal” [11,12] . Estos grandes volúmenes generados CDW han motivado la búsqueda de
2.1. materiales
alternativas que permitan un mejor uso de diferentes materiales componentes (ladrillo, vidrio, cerámica y hormigón). tecnología de activación alcalina ha sido considerado recientemente para ser
Las materias primas empleadas en la producción de cementos alkaliactivated e híbridos eran
una opción importante para la reutilización de materiales inorgánicos en CDW [3,13- 17] . Tenga en
RCBW y OPC, respectivamente. El RCBW fue seleccionado de un montón de escombros de una
cuenta que algunos de estos materiales, tales como residuos de color rojo ladrillo de arcilla (RCBW),
fábrica de ladrillos en la región (Cali, Colombia). Estos residuos se genera durante el proceso de
han sido sometidos a altas temperaturas para los ladrillos de fabricar y en algunos casos sin un
producción, debido a que los ladrillos se rompen durante los pasos de anillo fi y transporte. La
control adecuado, por lo tanto, su reactividad se puede reducir [ 18,19] . Puertas et al. [ 20] realizado la
trituración de RCBW requiere el uso de un molino de bolas. Las composiciones químicas de estos
activación alcalina de diferentes residuos de cerámica con una mezcla de hidróxido de sodio (NaOH)
materiales, tal como se presenta en tabla 1 , Se determinaron por medio de rayos X de fluorescencia
y silicato de sodio (Na 2 SiO 3) a una concentración de 6 M y i nformado de una resistencia a la
(XRF) usando un PW-2440 Phillips espectrómetro MagiX-Pro equipado con un tubo de rodio con una
compresión después de 8 días de curado de 13 MPa. Atribuyen esta resistencia relativamente baja a
potencia máxima de 4 kW. En RCBW, la relación molar alta de SiO 2 / A labama 2 O 3 ( 5 .58) es
la naturaleza semi-cristalino de este tipo de materias primas. Allahverdi y Kani [ 21] llevado a cabo la
significativa. El análisis del tamaño de partícula se realizó mediante granulometría láser en un activación alcalina de residuos de la construcción de ladrillo con una mezcla de NaOH y Na 2 SiO 3 ( m ódulo dispositivo Mastersizer-2000 por Malvern Instruments, junto con una unidad de dispersión de sílice 0,6) en una pro porción de 8% Na 2 O con respecto al precursor y obtiene una resistencia a la Hydro2000MU, en la que destila se aplicó agua como medio de dispersión. La partícula de tamaños compresión de 40 MPa después de 28 días de curado. En un estudio posterior, el autor informó de
medios de D [4; 3] para RCBW y OPC eran 24,25 l m y 21,65 lm , respectivamente.
una fuerza máxima de 50 MPa usando una mezcla de residuos de hormigón 60% y los residuos de ladrillo 40% activada con NaOH y Na 2-
Figura 1 muestra el difractograma de rayos X de la RCBW, que indica la naturaleza semi-cristalina del precursor y la presencia de cuarzo (SiO 2) ( Á rbitro. Patrón: 01-079-1910) como la fase principal. Los siguientes componentes menores cristalinos se identi fi ed: hematita (Fe 2 O 3) ( Á rbitro. Patrón: 01-085-0987), moscovita (KAl 2 ( AlSi 3 O 10) (OH) 2) ( Á rbitro. Patrón: 00-002-1019) y plagioclasas, albita NaAlSi 3SiO 3 (Relación solución: 1,4) solución como un precursor y el mismo porcentaje de Na 2 O en la
O 8 ( Á rbitro. Patrón: 01-076-0898) y la anortita (CaAl 2 Si 2 O 8) ( Á rbitro. Patrón: 01-086-1706).
mezcla. Los autores destacan la importancia de tener en cuenta la ef fl orescence fenómenos, lo que sugiere la adición de aditivos que son abundantes en alúmina para lograr una mejor reticulación de la geopolímeros y menor movilidad del álcali [19] . Zaharaki et al. [dieciséis] resultados similares obtenidos (39,4 MPa) usando NaOH 10 M y un tratamiento térmico a 80 C. Sun et al. [22] obtenido una resistencia a la compresión de
tabla 1 Composición química de las materias primas (% óxidos). Elemento
material de OPC
71,1 MPa con residuos de cerámica urbano activado con una mezcla de KOH y NaOH y se sometió a
RCBW
SiO 2
21.13
65.92
Alabama 2 O 3
4.92
20.08
geopolímeros y mortero con un precur sor de: relación de arena de 1: 3 activada con NaOH (7 M) y
Fe 2 O 3
4.88
9.10
silicato de sodio con una SiO 2 / N / A 2 r elación O de 1,60. Los autores informan de una resistencia a la
CaO
64.27
0,73
compresión de 30 MPa a los 7 días de curado a 65 C y la humedad relativa por encima del 90%.
N / A 2 O
0.26
0.44
MgO
1.61
0.86
K 2 O
0.25
0.97
significativamente fi aumentan la resistencia, con un valor máximo de 50 MPa. Reig et al. [ 24] con la
TiO 2
0.24
1.09
adición de aluminato de calcio
Otros
4.42
0,81
carta de intención
4.14
-
Relación molar SiO 2 / A labama 2 O 3
7.88
5.58
un proceso de tratamiento a 60ºC durante 28 días. Reig et al. [4,23] producido pastas RCBW
Según los autores, la optimización del variables tales como la relación líquido / sólido puede
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Figura 1. difractograma de rayos X (XRD) de RCBW.
2.2. Preparación de las mezclas y ensayos El simple (100% RCBW) y híbrido (RCBW + OPC) pastas alkaliactivated se prepararon en condiciones equivalentes. El OPC se incorporó en concentraciones entre 5 y 20% en peso con respecto a la RCBW. Como activadores alcalinos, NaOH (98,22% de pureza) y comercial Figura 2. Efecto de la Na 2 c oncentración de O y el t ratamiento de curado en la resistencia a la compresión a los 28
silicato de sodio (Na 2 SiO 3 xH 2 O)
días (100% RCBW) (activador: NaOH).
(SiO 2 = 3 2,09%, Na 2 O = 11,92%, y H 2 O = Se emplearon 55,99%). El efecto de la Na 2 O (2-10%) concentración de la solución de activador y el SiO 2 / A labama 2 O 3 y Na 2 O / SiO 2 proporciones fueron investigados, que varió desde 5,8 hasta 7,1 y 0,06 a 0,18, respectivamente. Estas relaciones se calcularon teniendo en cuenta las proporciones de cada componente presente en el precursor y el activador. La relación de sólido (L / S) de líquido / era 0,25 asegurar una trabajabilidad adecuada. La mezcla se llevó a cabo en varias etapas, como sigue: (1) preparación de la solución activadora en las proporciones requeridas, (2) mezcla de la solución de activador con el sólido (RCBW) o de la mezcla de sólidos (OPC + RCBW) previamente homogeneizada y después de la adición del agua restante para completar la relación L / S especi fi. Las pastas alkaliactivated se obtuvieron en un mezclador Hobart con un tiempo de mezcla de cinco minutos. Las pastas en sus estados frescas fueron
8 y 10%, con un máximo de 7,49 MPa para la mezcla con 10% de Na 2 O . Esta concentración óptima activador se su fi ciente para equilibrar las cargas de los tetraedros de Si y Al. Baja concentración de NaOH (<6%) no proporcionan una alcalinidad su fi ciente que afecta a la solubilidad del precursor, pero un exceso de NaOH causaría la formación de sales de carbonato - como resultado de la carbonatación atmosférica - y generar ef fl orescence [4,19,21] . En general, hay una concentración óptima del activador alcalino, que depende del tamaño de partícula y la mineralogía de los rawmaterials, así como en las condiciones de síntesis, la t emperatura de curado y el período de envejecimiento [ 25] .
modelados en cubos con lados de 20 mm y se hacen vibrar durante 30 s en una mesa vibratoria eléctrica para eliminar el aire atrapado. C) y 70 C durante 24 y 48 h. Después de este período, los cubos de ensayo fueron desmoldea y llevado a una cámara de curado que asegura una humedad relativa cerca de 80% hasta que se alcanzó la edad de ensayo. La resistencia a la compresión se evaluó en un dispositivo de ensayo universal INSTRON 3369 con una capacidad de 50 kN y una velocidad de deformación de 1 mm / min. En cada caso se emplean tres especímenes.
Es bien conocido que la velocidad de una reacción química se incrementa con la temperatura, y se requiere un curado adecuado para lograr un rendimiento avanzado mecánica y durabilidad en los materiales geopoliméricas. Por lo tanto, un aumento en la temperatura de curado se acelera la geopolimerización cinética de la reacción, ya que favorece la disolución de las especies activas y por lo tanto el material se puede lograr una mejor resistencia mecánica. Generalmente las temperaturas entre 30 C y 90 C son aceptables, en las altas temperaturas contrario, por encima de 150 C, y tiempos de exposición prolongados pueden causar efectos negativos debido a la posibilidad de contracciones y microgrietas en la matriz por la rápida deshidroxilación en el gel geopolímeros. Como se ve en el estudio, cualquier incremento tanto en el tiempo (24 y 48 h) y temperatura (25 C y 70 C) de curado hidrotérmico provoca un aumento de resistencia a la compresión confirmando el efecto positivo de curado a 70 C. A 70 C y 48 h, una resistencia máxima a la compresión de 16,36 MPa, se
Para el estudio microestructural de las mezclas óptimas, se emplearon las siguientes técnicas instrumentales: y
Espectroscopía infrarroja por transformada de fourier (FTIR) utilizando el IR-100
espectrómetro de Perkin Elmer en el modo de transmitancia con un rango de frecuencias entre 4000 y 450 cm 1. L as muestras se evaluaron utilizando la metodología pastilla de KBr comprimido. y
obtiene en la mezcla activada con 8% de Na 2 O , que es mayor que el doble de los resultados a temperatura ambiente y 1,5 veces más que el resultado obtenido en 70 C y 24 h. Este resultado corrobora que obtiene por Komnitsas et al. [25] , La aplicación de energía térmica es necesario aumentar la resistencia mecánica de este tipo de precursor debido a su naturaleza predominantemente cristalino, como se muestra en la Figura 1 . Está claro que, independientemente de la temperatura y tiempo de curado estudiado, la proporción de activador sería entre 8% y 10% de Na 2 O ( F igura 2 ).
Microscopía electrónica de barrido (SEM) usando el JSM 6490LV JOEL microscopio electrónico con una tensión de aceleración de 20 kV. Las muestras se evaluaron en el modo de vacío. Junto con el microscopio, se empleó el espectrómetro de rayos X Link-Isis por Oxford Instruments.
3. Resultados y discusión
3.2. Efecto de relaciones molares SiO 2 / A labama 2 O 3 y Na 2 O / SiO
2
en la resistencia a la compresión de
100% pastas RCBW activado con NaOH + Na 2 SiO 3
3.1. Efecto de Na 2 c ontenido de O y temperatura de curado en la resistencia a la compresión de 100% pastas RCBW activado con NaOH
El efecto de las relaciones molares SiO 2 / Alabama 2 O 3 y Na 2 O / SiO 2 y la temperatura de curado en la resistencia a la compresión de las pastas se puede observar usando el NaOH + Na 2 SiO 3 mezcla
Figura 2 muestra el efecto de la Na 2 c ontenido de O y la temperatura de curado en la resistencia
como un activador. Los resultados para los diferentes sistemas de curado se muestran en la Higos. 3
a la compresión después de 28 días de curado para la pasta RCBW 100% activada con NaOH. Los
y 4 . Los resultados indican que la presencia de Na 2 SiO 3 provoca un aumento significativo en la
valores de resistencia más altos en 25 C se consigue con Na 2 c oncentraciones de S entre
resistencia a la compresión de las pastas RCBW 100%.
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Tabla 2 parámetros de síntesis óptimas para la RCBW 100% de pasta de activaron con NaOH + Na 2 SiO 3.
Variable
25 C
70 C 24 h
0.12
0.12
SiO 2 / Alabama 2 O 3 Proporción
6.60
7.10
Liquid relación / sólido (L / S)
0.25
0.25
CS (MPa)
54.38
66.56
La desviación estándar (MPa)
7.44
2.5
N / A 2 O / SiO
2
Proporción
CS: resistencia a la compresión a los 28 días de curado.
alcanzado con la aplicación de 70 C durante 24 h y SiO 2 / A labama 2 O 3 y Na 2 O / SiO 2 proporciones de 7,10 y 0,12, respectivamente. Tenga en cuenta que la resistencia óptima a los 28 días de curado de las mezclas de RCBW 100%, que se activaron con NaOH + Na 2 SiO 3 y se curó a
temperatura ambiente (25 C), es 7,3 veces mayor que la resistencia óptima obtenida en
mezclas activadas con NaOH. Estos resultados están de acuerdo con estudios previos [ 4,21,25] donde se ha observado una mejora significativa en resistencia a la compresión usando una solución de silicato de sodio como activador, aunque algunos de lo s estudios han utilizado temperaturas de Fig. 3. Efecto de la SiO 2 / A labama 2 O 3 y Na 2 O / SiO 2 relaciones en la resistencia a la compresión a los 28 días de curado
curado hasta 90 DO.
(100% RCBW) (activador: NaOH + Na 2 SiO 3) ( 25 DO).
3.3. Efecto de la adición de OPC en la resistencia a la compresión de las pastas
La influencia de la adición de OPC en la resistencia a la compresión de las mezclas óptimas curados a temperatura ambiente (25 C) y se activaron con NaOH (8% Na 2 O ) y NaOH + Na 2 SiO 3 (SiO 2 / Alabama 2 O 3 relación de 6,60 y Na 2 O / SiO 2 proporción de 0,12) se muestra en
Higos. 5 y 6 , Respect ivamente. La adición de OPC a las pastas, independientemente del tipo de activador, contribuye al aumento de la resistencia a la compresión en el tiempo. En el caso del activador de NaOH, la fuerza máxima se consigue con 10% OPC (41,39 MPa), con la posibilidad de mejorar esta propiedad por 555% después de 28 días de curado en comparación con el RCBWmixture 100% activada con NaOH. La resistencia a la compresión máxima en las pastas activado con NaOH + Na 2 SiO 3 se logró con 20% OPC, alcanzando valores de hasta 102,59 MPa después de 28 días de curado a temperatura ambiente. Del mismo modo, la adición de 5% OPC resultó en 36,61 MPa después de siete días de curado. El efecto positivo de la incorporación de OPC se puede atribuir a la contribución Fig. 4. Efecto de la SiO 2 / Alabama 2 O 3 y Na 2 O / SiO 2 relaciones en la resistencia a la compresión a los 28 días (tratamiento de curado a 70 C durante 24 h) (100% RCBW) (activador: NaOH
de CaO y la coexistencia de geles CSH (producto de la hidratación de OPC) y NASH (producto de la activación alcalina de aluminosilicato) [17,29-31] . También, la presencia de OPC
+ N / A 2 SiO 3).
Este comportamiento, de acuerdo con Duxson et al. [27] y Pacheco-Torgal et al. [28] , Se atribuye a la presencia de sílice soluble (Si-O-), que se proporciona por el activador; que proporciona las condiciones adecuadas para la formación de una estructura de geopolímeros. El silicato de sodio contribuye a una mejor interfaz entre las partículas no reactivos y la matriz de gel y, por consiguiente, a la mayor resistencia mecánica del gel de aluminosilicato [ 19] . De acuerdo con las características del precursor, silicato soluble (SiO 2 / Alabama 2 O 3) y sodio (Na 2 O / SiO 2) t ener cantidades óptimas que pueden afectar significativamente las propiedades d el material tales como el tiempo y resistencia a la compresión establecer [4] .
El óptimo SiO 2 / A labama 2 O 3 y Na 2 O / SiO 2 proporciones para cada tratamiento de curado se enumeran en Tabla 2 . La mezcla m ejor alcalino-activado a 25 C (54,38 MPa) se obtuvo utilizando una solución de activador con un módulo de sílice (SiO 2 / N / A 2 O ) de 1,29, que es equivalente a SiO 2 / Alabama 2 O 3 y Na 2 O / SiO 2 proporciones de 6,6 y 0,12 respectivamente. En general, la aplicación de temperatura a las pastas promovido un aumento de la resistencia mecánica. Sin embargo, las condiciones de síntesis óptimas varían de acuerdo con el tratamiento térmico aplicado [25] . La resistencia a la compresión máxima (28 días) de 66,56 MPa era
Fig. 5. Efecto de la concentración OPC en la resistencia a la compresión a los 7 y 28 días (activador: NaOH) (25 DO).
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10% OPC (NaOH + Na 2 SiO 3) c urado a temperatura ambiente durante 28 días. En general, se llama la atención a la reducción de la intensidad de algunos picos entre 475 y 797 cm 1, q ue corresponden a las vibraciones de estiramiento de los enlaces SiO-Al y los enlaces de la SiO 4 tetraedros (Si-O estiramiento), lo que sugiere la disolución de algunas fases que son abundantes en aluminosilicato en el RCBW [20] . Este hallazgo corrobora un aumento en la resistencia a la compresión de estos sistemas [25] . Del mismo modo, el desplazamiento de la banda principal de RCBW (1087 cm 1), q ue se atribuye a la vibración de tensión de los enlaces de la SiO 4 ( S i-O) tetraedros, a valores más altos entre 1,011 y 1,019 cm 1 sugiere la formación de efectivo y / o geles de NASH durante el proceso de activación alcalina de las pastas de híbridos (RCBW + OPC) [33,34] . Además, la posición y amplitud de esta banda principal también pueden estar relacionados con los enlaces Si-O en la NASH y geles CSH y la coexistencia de productos asociados con Si-O-Si (CSH gel) y Si-O T (gel NASH) cautiverio [35] . La banda situada entre 1,661 y 1,651 cm 1 es característico de la vibración para la deformación de los enlaces moleculares del agua estudio. Del mismo modo, la señal detectada entre 3,441 y 3,464 cm 1 corresponde a la vibración de tensión de los enlaces -OH. Las señales en 694 y 779 cm
1
puede estar asociada
Fig. 6. Efecto de la concentración OPC en la resistencia a la compresión a los 7 y 28 días (activador: NaOH + Na 2 SiO 3)
con la presencia de cuarzo. Par a los diferentes sistemas, una banda se identificó entre 1,428 y 1,485
( 25
cm 1 ,q ue puede estar asociado a la vibración de tensión asimétrica del enlace O-C-O producida por
DO).
los fenómenos de carbonatación atmosféricas de las pastas acelera la activación del aluminosilicato, esto ha sido explicado por la contribución de calor liberado en el proceso de hidratación del cemento [31,32] . Cabe señalar que los productos de reacción formados durante la activación alcalina de las mezclas de cemento portland y aluminosilicatos (cementos híbridos) son todavía en estudio [32] . En los cementos híbridos, algunos autores han demostrado la posibilidad d e copr ecipitación de los dos geles NA-SH y CSH, sin embargo, otros estudios han concluido que estos geles interactúan, dando como resultado cambios microestructurales y composicionales [32] . Los estudios realizados por
[19] . Fig. 8 pr esenta las imágenes de SEM para los sistemas con un 100% RCBW (NaOH + Na 2 SiO 3), 1 0%
Garcia-Lodeiro et al. [31,32] mostró que la estabilidad de la estructura NASH en presencia de calcio
OPC (NaOH) y 10% de OPC (NaOH + Na 2 SiO 3)
depende de la pH. A baja alcalinidad, sodio se sustituye parcialmente p or el calcio para formar gel
curado a temperatura ambiente durante 28 días. Indican que las pastas activan con NaOH + Na 2 SiO 3
-ASH (N, C). Por el contrario, en presencia de calcio su fi ciente y alta alcalinidad (pH de más de 12),
presentó un más denso y gel más homogénea en comparación con la pasta activada con NaOH, en
la formación de CASH se ve favorecida [17,31,32] . Esto está de acuerdo con la resistencia a la
el que las partículas RCBW se disuelven parcialmente por la solución alcalina y exhiben baja
compresión más alta obtenida en este trabajo ( Higos. 5 y 6 ).
cohesión. Según Yunsheng et al. [36] , Estas partículas no reactivos reducen la resistencia mecánica de la pasta producida [4] . El tamaño medio de los poros en la muestra activada con NaOH ( F ig 8 b) era 0,679 ± 0,135 lm , que es significativamente mayor que en la muestra activada con NaOH
3.4. Microestructura de las pastas alcalinas activadas
+ Na 2 SiO 3 ( Fig . 8 do). E stos resultados corroboran el comportamiento mecánico exhibido por estos sistemas.
Para el análisis microestructural, se seleccionaron tres mezclas: la mezcla-álcali activado (100% RCBW) y dos mezclas híbridas que contienen 10% OPC. Fig. 7 presenta los espectros FTIR de las pastas con 100% RCBW (NaOH + Na 2 Si O 3), 10% O PC (NaOH) y
4. Conclusiones La viabilidad de RCBW como un precursor para la producción de cemento utilizando la técnica de activación alcalina se demostró. El contenido de NaOH incorporado con la proporción de 10% Na 2 O , en relación a la masa de RCBW en la pasta, es óptima para alcanzar la mejor resistencia a la compresión. La resistencia a la compresión de esta mezcla, que se curó a 25 C y 70 C durante 48 h, se 7,49 MPa y 15,57 MPa, respectivamente, a los 28 días. La adición de sílice soluble al activador alcalino (NaOH + Na 2 SiO 3) t enido un efecto positivo en la resistencia a la compresión de 100% RCBW alkaliactivated, con la posibilidad de alcanzar una resistencia máxima a la compresión de 54,38 MPa cuando se curan a temperatura ambiente (25 C), que representa una mejora 626% en la resistencia en relación con NaOH.
La presencia combinada de 20% OPC y silicato sódico en el activador alcalino (NaOH + Na 2 SiO 3) producido una resistencia máxima a la compresión de 102,6 MPa a los 28 días de curado a temperatura ambiente (25 DO). La adición de 10% OPC a la pasta activada con NaOH produce una resistencia de 41,1 MPa para las mismas condiciones de curado. Estos resultados reflejan el efecto positivo de la adición de una fuente de CaO (OPC) y la presencia de silicato soluble (Na 2 SiO 3)
Fig. 7. FTIR de las pastas-alcalinos activado: a) RCBW, b) 100% RCBW (NaOH + Na 2SiO 3), c) 10% OPC (NaOH) y d) 10% OPC (NaOH + Na 2 SiO 3).
en la muestra, lo que corrobora el análisis microestructural.
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Fig. 8. SEM de las pastas-alcalinos activado; a) 100% RCBW (NaOH + Na 2 SiO 3), b) 10% OPC (NaOH) y c) 10% OPC (NaOH + Na 2 SiO 3).
Este estudio se centró en la optimización de las variables de síntesis para obtener la máxima resistencia a la compresión. El análisis microestructural indicó que la adición de OPC y Na 2 SiO 3 a la mezcla promovido la disolución de algunas fases en el RCBW y un aumento de su participación en los procesos alkaliactivating, lo que contribuyó a la mejora de comportamiento mecánico observado en los sistemas híbridos (RCBW + OPC).
Expresiones de gratitud
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Este estudio fue financiado por el Instituto Colombiano para el Desarrollo de la Ciencia, Tecnología e Innovación de COLCIENCIAS (Proyecto Hybricement (Contrato N 0638-2013). Los autores, que son miembros del Grupo de Materiales Compuesto (GMC) del Centro de Excelencia en Nuevos Materiales (CENM), les gustaría gracias a la Universidad del Valle (Cali, Colombia), en la que el trabajo experimental se llevó a cabo.
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