Activación alcalina de mezclas de ceniza volante y escoria de alto horno colombianas y su aplicación en la fabricación de unidades de mampostería estructural

Abstract

La creciente necesidad de implementar materiales ambientalmente amigables en la industria de la construcción, ha generado numerosas investigaciones orientadas a la reutilización de subproductos industriales como la ceniza volante, escoria de alto horno, ceniza de cascarilla de arroz entre otras, las cuales presentan propiedades cementantes similares al cemento portland ordinario, pero con la ventaja de una menor generación de CO2 comparado con la cantidad generada durante la producción del cemento portland. En consonancia con lo anterior, se buscó identificar una mezcla cementante compuesta por ceniza volante y escoria de alto horno con una proporción que garantizara una resistencia mecánica adecuada para su implementación en la fabricación de unidades de mampostería estructural. Se realizaron diferentes mezclas de mortero a partir de combinaciones de ceniza volante y escoria de alto horno y dichas combinaciones se sometieron a un proceso de activación mediante una solución alcalina compuesta por Hidróxido de Sodio (NaOH) y Silicato de Sodio (Na2SiO3) en diferentes proporciones y concentraciones. Se identificó la combinación de ceniza volante y escoria de alto horno que mezclada junto con una determinada concentración de NaOH y Na2SiO3 proporciona el comportamiento mecánico adecuado en términos de resistencia a la compresión. Posterior a la selección de la mezcla de mejor desempeño mecánico, se realizó un estudio detallado de dicha mezcla en relación a la trabajabilidad de la mezcla, los efectos de la temperatura de curado y la variación de la resistencia a la compresión con el tiempo. Adicionalmente se realizó una revisión de la microestructura de la Mezcla de mejor desempeño mecánico utilizando el Microscopio Electrónico de Barrido (SEM). La investigación finalizó con la fabricación de unidades de mampostería estructural los cuales se caracterizaron en términos de su densidad, absorción y resistencia a la compresión. A partir de las unidades de mampostería se construyeron muretes utilizando un mortero de pega convencional y se estudió el comportamiento ante cargas axiales y cagas de tensión diagonal. Los resultados obtenidos experimentalmente fueron comparados con un modelo de elementos finitos. Los resultados obtenidos durante la investigación y los cuales están consignados en el presente documento, permiten establecer que los morteros activados alcalinamente presentan un alto potencial de aplicación en la industria de la construcción, principalmente en prefabricados como las unidades de mampostería.

Abstract: The growing need to implement environmentally friendly materials in the construction industry, has generated numerous investigations oriented to the reuse of industrial byproducts such as fly ash, blast furnace slag, rice husk ash among others, which present similar cementing properties to ordinary portland cement, but with the advantage of a lower generation of CO2 compared to the amount emited during the production of portland cement. In line with the above, it was sought to identify a binder mixture composed by fly ash and blast furnace slag with a proportion that would guarantee adequate mechanical strength for its implementation in the manufacture of structural masonry units. Different mortar mixtures were made from combinations of fly ash and blast furnace slag and these combinations were subjected to an activation process by means of an alkaline solution composed by Sodium Hydroxide (NaOH) and Sodium Silicate (Na2SiO3) in different proportions and concentrations. We identified the combination of fly ash and blast furnace slag that mixed together with a certain concentration of NaOH and Na2SiO3 will provide the proper mechanical behavior in terms of compressive strength. After the selection of the de mejor desempeño mecánicol mixture, a detailed study of this mixture was carried out in relation to the workability of the mixture, the effects of the curing temperature and the variation of the compressive strength with time. Additionally, a review of the microstructure of the de mejor desempeño mecánicol mixture was performed using the Scanning Electron Microscopy (SEM). The research finished with the fabrication of structural masonry units which were characterized in terms of their density, absorption and compressive strength. From masonry units, walls specimen were built using a conventional mortar and studied the axial loads behavior and diagonal tension . The results obtained experimentally were compared with a finite element model. The results obtained during the investigation and which are consigned in this document, allow to establish that the mortars activated alkaline have a high potential of application in the construction industry, mainly in prefabricated as masonry units.