Low Thermal Conductivity Block from a Hybrid Geopolymer Concrete based on Fly Ash and other Industrial Wastes
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Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM)
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The use of alternative cementitious materials and the use of industrial waste as supplementary materials or aggregates in the production of concrete and structural elements that guarantee good mechanical performance, reduced dead load, and high thermal comfort are in line with the principles of circular economy in the construction sector. Therefore, the objective of this research was to develop a hybrid cement based on alkaline activation with sodium sulfate (NS) of a mixture of fly ash (CV), silica fume (HS) and ordinary Portland cement (OPC), in proportions (CV+HS)/OPC of 70/30 %. The methodology used consisted of developing the hybrid cementitious material, which was classified as having moderate heat of hydration (MCH type), and subsequently using it, in proportions of 500 and 600 kg/m3, to produce structural concretes incorporating coarse recycled aggregates (AGR) and fine recycled aggregates (AFR) in the mixture, obtained from construction and demolition waste (CDW). The 600 R concrete mixture reached a compressive strength of 18.9 MPa after 28 days of curing and reported a modulus of elasticity of 27 GPa. This concrete was validated in the production of perforated structural blocks, and to improve the thermal comfort of the concrete, 10 % and 20 % of the volume of recycled fine aggregate was replaced with recycled cork. The introduction of cork in the mixture, although it reduces the compressive strength of the block (29 %), allows to reduce the thermal conductivity by 32 %. Based on the results obtained, it is concluded that the use of 10 % of cork volume as a replacement for fine aggregate in the hybrid concrete mix allows the obtaining of a structural block with thermal comfort characteristics. The mixture considered optimal according to the results obtained was composed of 52.5 CV+17.5 HS+30 OPC, 4 % NS, 70 % AGR, 20 % AFR, and 10 % cork.
La utilización de cementantes alternativos y el aprovechamiento de residuos industriales, como materiales suplementarios o agregados en la producción de concretos y elementos estructurales que garanticen buenas prestaciones mecánicas, disminución de la carga muerta y un elevado confort térmico, están en concordancia con los principios de economía circular en el sector de la construcción. Por ello, el objetivo de esta investigación fue desarrollar un cemento híbrido basado en la activación alcalina con sulfato de sodio (NS) de una mezcla de ceniza volante (CV), humo de sílice (HS) y cemento portland de uso general (OPC, por sus siglas en inglés), en proporciones (CV+HS)/OPC del 70/30 %. La metodología empleada consistió en desarrollar el cementante hibrido, el cual fue clasificado como de moderado calor de hidratación (tipo MCH), y posteriormente utilizarlo, en proporciones de 500 kg/m3 y 600 kg/m3 para producir concretos estructurales incorporando en la mezcla agregados reciclados gruesos (AGR) y finos (AFR), obtenidos a partir de residuos de construcción y demolición (RCD). La mezcla 600 R a 28 días de curado alcanzó un valor de 18,9 MPa, y reporto un módulo de elasticidad de 27 GPa. Este concreto se validó en la producción de bloques perforados estructurales y, con el fin de mejorar el confort térmico de los concretos, se realizó sustitución del 10 % y 20 % en volumen de agregado fino reciclado por corcho reciclado. La introducción de corcho en la mezcla, aunque redujo la resistencia a compresión del bloque en un 29 %, permitió disminuir la conductividad térmica en un 32 %. Basado en los resultados obtenidos, se concluye que el uso de un 10 % en volumen de corcho como reemplazo del agregado fino en la mezcla de concreto híbrido permite obtener un bloque estructural con características de confort térmico. Las proporciones de la mezcla considerada óptima fueron de 52,5 CV+17,5 HS+30 OPC, 4 % NS, 70 % AGR, 20 % AFR, y 10 % corcho.
La utilización de cementantes alternativos y el aprovechamiento de residuos industriales, como materiales suplementarios o agregados en la producción de concretos y elementos estructurales que garanticen buenas prestaciones mecánicas, disminución de la carga muerta y un elevado confort térmico, están en concordancia con los principios de economía circular en el sector de la construcción. Por ello, el objetivo de esta investigación fue desarrollar un cemento híbrido basado en la activación alcalina con sulfato de sodio (NS) de una mezcla de ceniza volante (CV), humo de sílice (HS) y cemento portland de uso general (OPC, por sus siglas en inglés), en proporciones (CV+HS)/OPC del 70/30 %. La metodología empleada consistió en desarrollar el cementante hibrido, el cual fue clasificado como de moderado calor de hidratación (tipo MCH), y posteriormente utilizarlo, en proporciones de 500 kg/m3 y 600 kg/m3 para producir concretos estructurales incorporando en la mezcla agregados reciclados gruesos (AGR) y finos (AFR), obtenidos a partir de residuos de construcción y demolición (RCD). La mezcla 600 R a 28 días de curado alcanzó un valor de 18,9 MPa, y reporto un módulo de elasticidad de 27 GPa. Este concreto se validó en la producción de bloques perforados estructurales y, con el fin de mejorar el confort térmico de los concretos, se realizó sustitución del 10 % y 20 % en volumen de agregado fino reciclado por corcho reciclado. La introducción de corcho en la mezcla, aunque redujo la resistencia a compresión del bloque en un 29 %, permitió disminuir la conductividad térmica en un 32 %. Basado en los resultados obtenidos, se concluye que el uso de un 10 % en volumen de corcho como reemplazo del agregado fino en la mezcla de concreto híbrido permite obtener un bloque estructural con características de confort térmico. Las proporciones de la mezcla considerada óptima fueron de 52,5 CV+17,5 HS+30 OPC, 4 % NS, 70 % AGR, 20 % AFR, y 10 % corcho.