CDT Un nuevo artículo publicado en la revista Materials, cuyos autores son científicos de la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing y la Universidad Politécnica de Yangzhou, ha investigado las propiedades del hormigón bajo en carbono y su uso en la construcción sostenible.
Fuente: AZO Materials
La industria de la construcción es un factor clave del cambio climático. Esto se debe a factores como los procesos de fabricación de materiales convencionales, como el cemento Portland ordinario, que consumen mucha energía y carbono. El impacto medioambiental de la construcción ha aumentado exponencialmente en las últimas décadas debido a la rápida industrialización y urbanización en los países desarrollados y en desarrollo.
El cambio climático antropogénico es una amenaza existencial crítica para la sociedad humana y, debido a la magnitud de los daños medioambientales causados por numerosas industrias, los científicos se han centrado en estrategias y materiales innovadores con bajas emisiones de carbono. El papel que desempeña la industria de la construcción en esta cuestión clave ha cristalizado en la investigación del sector sobre materiales sostenibles y respetuosos con el medio ambiente.
Entre los diversos materiales cementicios sostenibles investigados en las últimas décadas, el cemento activado con álcalis de baja emisión de carbono ha mostrado importantes beneficios medioambientales en comparación con el cemento Portland ordinario.
Los estudios han revelado que este material cementante bajo en carbono emite una quinta parte de la cantidad de CO2 producida por el cemento Portland ordinario durante su fabricación. Además, este material utiliza agregados procedentes de flujos de residuos industriales, mejorando la circularidad y la sostenibilidad de múltiples sectores industriales.
Muchos estudios han demostrado que este material cementante sostenible posee propiedades mecánicas, físicas y fisicoquímicas comparables o mejores que los materiales cementantes convencionales. Estos materiales de construcción ecológicos poseen una amplia gama de potenciales de aplicación.
La influencia de los aditivos
El carbón activado con álcalis de bajo contenido en carbono incluye una serie de aditivos de desecho que mejoran su sostenibilidad. Sin embargo, para competir comercialmente con el cemento Portland ordinario, debe poseer propiedades equivalentes o mejores. Debido a esta demanda clave de ingeniería, la investigación se ha centrado en evaluar la influencia de los aditivos en las propiedades mecánicas y fisicoquímicas de este material de construcción ecológico.
Los estudios han revelado que las proporciones de cenizas volantes, activadores de álcalis, escorias, aditivos y la proporción de sol influyen en los índices de contracción de este material. Por ejemplo, un aumento de la proporción de sol conduce a una disminución de la contracción por secado. Sin embargo, la tasa de contracción por secado de estos materiales cementosos sostenibles es mayor que la del cemento Portland ordinario, lo que supone un reto para los investigadores.
Investigaciones recientes han puesto de relieve la influencia de la piedra caliza en la contracción. Con una inclusión del 30% de piedra caliza en el hormigón bajo en carbono, que incorpora residuos de escoria, la contracción aumenta. Pero, si esta proporción se incrementa hasta el cincuenta por ciento, la retracción disminuye. La contracción suele producirse en el plazo de siete días en los hormigones que incorporan cenizas volantes y escorias antes de ralentizarse, siendo la contracción finalmente menor que la del cemento Portland ordinario.
La retracción en los primeros siete días se produce debido a la disminución de la humedad relativa interna, que provoca una disminución de la tensión superficial. Los expansores pueden utilizarse para disminuir la contracción por secado, pero su uso plantea problemas debido a su influencia negativa en la resistencia del material. El diseño de un cemento duradero y bajo en carbono es un reto de investigación clave en la actualidad.
El estudio
Hasta la fecha, los estudios sobre el hormigón bajo en carbono activado con álcalis se han centrado principalmente en las características del material, como la resistencia a los ácidos, el comportamiento de congelación y descongelación y la carbonatación. El conocimiento de las propiedades de contracción en este material de construcción verde es actualmente limitado. Dado que la contracción puede provocar grietas y otros factores que afectan al rendimiento de los productos finales, se trata de una laguna de investigación fundamental.
Además, son pocos los estudios que han investigado los efectos de las proporciones compuestas en el hormigón bajo en carbono. El nuevo artículo de la revista Materials ha intentado colmar estas lagunas de investigación preparando un hormigón de bajo contenido en carbono activado por álcalis mediante experimentos ortogonales.
Mediante estos experimentos, los autores han evaluado la influencia de los aditivos de desecho en las propiedades de resistencia y contracción del material. Se emplearon la microscopía electrónica de barrido, la porosimetría de intrusión de mercurio y la difracción de rayos X para estudiar la microestructura y las composiciones del producto.
Conclusiones del estudio
El estudio saca algunas conclusiones importantes basadas en el estudio experimental y el análisis teórico. En primer lugar, el aumento del contenido de cenizas volantes provoca una disminución gradual de la resistencia a la compresión. A los 28 días, la disminución de la resistencia a la compresión es menor que a los siete días. Un aumento de la proporción de sol aumenta la resistencia a la compresión, con una proporción superior a 0,42 se consigue la máxima resistencia a la compresión a los 28 días. El aumento del contenido de expansor disminuye la resistencia a la compresión.
En segundo lugar, el contenido de cenizas volantes influye en la deformación por contracción a los 28 días, sin que se observen diferencias apreciables más allá del 30% de incorporación. Esta deformación puede reducirse aumentando la proporción de sol. El aumento del contenido de expansor disminuye gradualmente la deformación por contracción a los veintiocho días.
Por último, la incorporación de pequeñas cantidades de expansor y cenizas volantes conduce a la disminución de las microfisuras en la estructura interna debido al aumento de los productos de hidratación. Además, las cenizas volantes y el expansor reducen la porosidad del material, con un aumento del volumen de agujeros pequeños y una disminución del volumen de agujeros grandes. La cristalización disminuye con el aumento de las proporciones de cenizas volantes.
En general, el trabajo hace una importante contribución al campo de la construcción sostenible, revelando la influencia de los aditivos de residuos sostenibles en las propiedades de retracción y resistencia a la compresión del hormigón bajo en carbono activado con álcalis. Así, el artículo proporciona a los futuros investigadores información clave sobre este material de construcción ecológico.
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