Propiedades mecánicas y microestructura de concreto conteniendo mucilago de nopal como aditivo natural

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se evaluó la influencia del mucílago de nopal en la microestructura de pastas de cemento, así como la resistencia a la compresión y módulo de elasticidad en cilindros de concreto a diferentes edades. Los materiales utilizados fueron cemento portland blanco y mucílago de nopal (opuntia ficus indica). Los especímenes de pastas con relación agua/cemento (a/c) y mucílago/cemento (m/c) de 0.30, 0.45, y 0.60 se elaboraron de acuerdo a la norma ASTM C 305-99. Se midieron los tiempos de fraguado y extensibilidad utilizando las agujas de Vicat y mesa de fluidez, respectivamente. Los especímenes fueron caracterizados por medio de microscopia electrónica de barrido (MEB), difracción de rayos X (DRX) y espectroscopia infrarroja (IR). Las mezclas de concreto se diseñaron con relaciones a/c y m/c de 0.30, 0.45 y 0.60. En las mezclas de concreto se determinó su resistencia a la compresión y módulo de elasticidad. Los resultados de difracción de rayos X permitieron identificar las fases mineralógicas producidas por la hidratación del cemento, donde claramente se ve la influencia del mucílago de nopal en la hidratación. De acuerdo a los resultados de los difractogramas, la intensidad de los picos en las pastas conteniendo mucilago de nopal es mayor que las pastas conteniendo solo agua, indicando que el mucílago actúa como retardante de fraguado. En las imágenes de microscopio electrónico de barrido se observan las fases cristalinas y/o compuestos de las pastas que se originan al reaccionar el agua y mucílago con el cemento. Además, en el caso de pastas que contenían mucílago no se aprecian los cristales de CH en los compuestos originados por la reacción. Con relación a la resistencia a compresión axial y el módulo de elasticidad, se observó que los concretos con relación m/c de 0.45 y 0.60 desarrollan una menor resistencia que los concretos conteniendo solo agua. Estos resultados adversos pueden ser explicados en parte por el mayor contenido de aire en las mezclas conteniendo mucilago. Por el contrario, en el concreto con relación m/c de 0.30 el mucílago contribuye a incrementar la resistencia mecánica. Los resultados de tiempos de fraguado indican que el mucilago los incrementa hasta en un 100% con respecto las pastas que contienen solo agua. La extensibilidad de las pastas muestra que el mucílago actúa también como un agente viscoso.

ABSTRACT: In this study the influence of cactus mucilage on the microstructure of cement pastes, and the compressive strength and modulus of elasticity of concrete specimens at different ages was evaluated. The materials used were white Portland cement and cactus mucilage (Opuntia ficus indica). Cement paste specimens with water/cement (w/c) and mucilage/cement (m/c) ratio of 0.30, 0.45, and 0.60 were prepared according to ASTM Standard C 305-99. The setting time and extensibility of the pastes were measured using the Vicat needle and the flow table, respectively. Scanning electron microscopy (SEM), Xray diffraction (DRX) and infrared spectroscopy (IR) techniques were used to characterize the microstructure of the pastes. The concrete mixtures were designed with w/c and m/c ratios of 0.30, 0.45 and 0.60. The compressive strength and the modulus of elasticity was determined for the concrete mixtures. The X-ray diffraction results showed the mineralogical phases produced by hydration of cement, which clearly indicated the influence of the cactus mucilage. According to the X-ray diffraction results, the intensity of the peaks in pastes containing cactus mucilage is higher than the peaks obtained in pastes containing only water, which indicates that the mucilage acted as a set retarder. The scanning electron microscope images show the crystalline phases and/or paste compounds originated by the reaction of water and mucilage with the cement. Moreover, the calcium hydroxide crystals are not observed in the hydration products of pastes containing cactus mucilage. With respect to the compressive strength and modulus of elasticity, it was observed that the concrete specimens with m/c ratio of 0.45 and 0.60 develop a lower strength compared to those containing only water. These adverse results could be in part explained by the increased air content in the mixes containing mucilage. On the other hand, for the concrete with m/c ratio of 0.30, the mucilage contributes to an increase in strength. The setting time results indicate that the mucilage increases up to 100% the initial and final setting time, compared to the pastes containing only water. The extensibility of pastes showed that the mucilage acts also as a viscosity enhancing additive.