Rendimiento mecánico y estabilidad térmica del cemento Portland endurecido.

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 2036 (2023) Citar este artículo

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Este estudio se centró en investigar la posibilidad de utilizar diferentes proporciones (5, 10, 15%) de lodo de alumbre reciclado (RAS) como reemplazo parcial del cemento Portland ordinario (OPC), para contribuir a resolver los problemas que enfrenta también la producción de cemento. como almacenamiento de grandes cantidades de residuos de lodos tratados con agua. Se utilizaron nanopartículas de espinela (NMF) de MnFe2O4 para determinar las características mecánicas y la durabilidad de diferentes mezclas de OPC-RAS. Los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión, densidad aparente, absorción de agua y estabilidad frente al fuego confirmaron la idoneidad de la utilización de residuos RAS para reemplazar el OPC (límite máximo 10%). La inclusión de diferentes dosis de nanopartículas de NMF (0,5, 1 y 2 % en masa) dentro de las pastas OPC-RAS, motiva la configuración de nanocompuestos endurecidos con características físico-mecánicas mejoradas y estabilidad frente a la cocción. El compuesto hecho de 90% OPC–10% RAS–0,5% NMF presentó las mejores características y se considera la opción óptima para aplicaciones de construcción generales. Técnicas de análisis termogravimétrico (TGA/DTG), análisis de difracción de rayos X (XRD) y microscopio electrónico de barrido (SEM). afirmó el impacto positivo de las partículas de NMF, ya que demostraron la formación de enormes fases como ilvaita (CFSH), hidratos de silicato de calcio (CSH), MnCSH, Nchwaningita [Mn2 SiO3(OH)2 H2O], [(Mn, Ca) Mn4O9⋅ 3H2O], hidratos de aluminosilicato de calcio (CASH), glaucocroita [(Ca, Mn)2SiO4 e hidrato de ferrita de calcio (CFH). Estos hidratos aumentaron la robustez y la resistencia a la degradación de los nanocompuestos endurecidos tras la cocción.

Últimamente se observa un enorme salto en el campo de la construcción, donde los intentos de los investigadores se han vuelto sumamente grandes y se han centrado en cómo encontrar alternativas convenientes al cemento (reemplazado parcial o totalmente) en el concreto1. Aproximadamente ~ 5% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero provienen de la industria del cemento (se produce ~ 1 tonelada de CO2 durante la fabricación de una tonelada de cemento Portland). Además, la industria del cemento se vuelve muy cara y consume mucho energía y recursos naturales. Por lo tanto, resolver los problemas económicos y ecológicos de la industria del cemento se ha vuelto extremadamente urgente2,3.

Afortunadamente, el reciclaje de algunos residuos industriales se convierte en una forma esencial de afrontar desafíos cruciales para mitigar sus riesgos en el futuro. Así, el uso de estos residuos en el sector de la industria de la construcción tiene varios beneficios que principalmente reducen el área de vertedero, el ahorro de costos, el ahorro de energía, la protección del medio ambiente donde se minimiza el peligro para la salud humana y el ahorro de recursos4,5,6. En estudios anteriores y recientes de numerosos investigadores, muchos subproductos sólidos (residuos industriales o agrícolas) se han reutilizado en campos de la construcción sostenible. Los desechos cerámicos7,8, los desechos de polvo de mármol9,10, los desechos de vidrio11, las cenizas volantes12,13, los desechos de ladrillos14, las cenizas de bagazo15, la escoria de cenizas de cáscara de arroz16 (GGBFS)17 y el humo de sílice (SF) son ejemplos famosos de estos subproductos sólidos18.

La eliminación de lodos de depuración de aguas (EDA) se convierte en un grave problema internacional19. En general, el drenaje del exceso de lodos obtenidos durante el tratamiento del agua, ya sea descargándolos en cursos de agua o vertiéndolos en vertederos, se considera un gran problema ambiental20. Las características especiales de los lodos de tratamiento de agua recomiendan encarecidamente su uso para reemplazar parcialmente la arcilla necesaria para la fabricación de clinker y otros materiales cerámicos sinterizados para minimizar los riesgos ambientales, la relación costo-beneficio y la colaboración en la producción sostenida de materiales de construcción21. Varios estudios evaluaron la viabilidad del uso de lodos de tratamiento de agua (SAP) en materiales cementosos suplementarios para hormigón22 y mortero23.

Los compuestos de espinela tienen la fórmula DT2O4 (mientras que D representa un catión divalente, como: Ca, Mg, Cu, Ni, Fe, Mn, Co y Zn, mientras que T representa un metal trivalente, como Al, Fe y Cr) y son tecnológicamente Materiales sustanciales debido a sus características físicas. Las ferritas de Espinela poseen una geometría cristalográfica de [M2+-] tetra [Fe3+]octa O4 donde M2+ representa iones divalentes como Mg2, Ni2+, Co2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+ y Mn2+2.

Recientemente, los nanomateriales se utilizan mucho en el campo de la construcción, donde muchos investigadores informaron sobre los impactos positivos de los nanomateriales en el rendimiento de densificación de las pastas de cemento endurecidas; como nano SiO2, TiO2, CNT, Fe2O3, ZnO y Montmorillonita24,25,26,27,28,29,30,31 y nanopartículas de espinela (NiFe2O4, ZnFe2O4 y Cu Fe2O4) en diferentes aspectos de OPC puro y OPC mezclado endurecido. pastas32,33,34.

Además, el uso de nanopartículas es una de las formas efectivas de alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) en el ámbito de la construcción, que pueden contribuir a reducir la contaminación procedente de la producción y el consumo de cemento35.

En este sentido, las características químicas y físicas únicas de las nanopartículas, en comparación con los materiales convencionales (es decir, cenizas volantes FA y humo de sílice SF, etc.), como la gran superficie y la dispersión de las nanopartículas, pueden reforzar la naturaleza de los materiales cementosos. tanto en escala micro como nano, provocando propiedades avanzadas como; Rendimiento y microestructura de materiales a base de cemento36,37.

Se han estudiado las influencias de varios tipos de NP en la durabilidad, propiedades mecánicas, microestructura y térmicas de compuestos de hormigón, mortero y pastas38,39,40 por ejemplo; Las magníficas características mecánicas, la baja densidad, la matriz compacta del cemento, la degradación biológica y la mejor hidratación del cemento son abundantes beneficios de la utilización de nanocelulosa (NC) (como material eficaz, ecológico y de bajo costo) en materiales a base de cemento39. . Recientemente, el impacto positivo de los CNT en la resistencia a la reacción álcali-sílice (ASR) se ha logrado mediante algunos mecanismos mecánicos y químicos básicos, como se detalla a continuación; mejorar la estructura de los poros, inhibir las grietas, mejorar el proceso de hidratación y cambiar la composición de la solución de los poros41.

Se investigó la influencia de la inclusión de nanopartículas de ferrita-Mn en la resistencia mecánica y tenacidad del SCC (hormigón autocompactante). Los resultados indicaron que la inclusión de NP de espinela al 0,5% de MnFe2O4, en masa, aceleró el proceso de hidratación y generó cantidades adicionales de productos a través de su reacción con la portlandita generada a partir de fases de silicato del clínker de cemento que internamente provoca una mejora de las características de densificación y durabilidad del SCC42. .

Esta investigación se centró en la utilización de RAS como sustituyente parcial del OPC para contribuir a resolver los problemas que enfrenta la producción de cemento. Además de almacenar enormes cantidades de residuos de lodos tratados con agua. Elegir la mejor relación de sustitución de RAS para obtener un composite mezclado con características óptimas (buena resistencia y durabilidad).

Se publicaron muchas investigaciones relacionadas con la investigación del efecto de diferentes nanomateriales sobre las propiedades fisicoquímicas y mecánicas del cemento mezclado. Pero hasta donde sabemos, no existen estudios publicados que se ocupen de investigar la influencia de la espinela MnFe2O4 en el rendimiento mecánico, de durabilidad y densificación de las pastas OPC reemplazadas por RAS. Los NMF son una de las nanopartículas magnéticas de óxido metálico más importantes con propiedades químicas y físicas distintivas43. Esta espinela es de bajo costo y se sintetiza fácilmente mediante varios métodos con tamaño controlable y morfología deseada. Además, MnFe2O4 es un candidato eficaz para diversas aplicaciones como dispositivos biomédicos, analíticos y de almacenamiento. Entonces, este estudio se centró en investigar la posibilidad de utilizar esta nanoespinela para determinar la durabilidad de varias pastas OPC-RAS44.

El tipo I-OPC tiene un área de Blaine de 349,5 m2/kg procedente del grupo cementero El-Sewedy, Al-Ain Al-Sokhna, Suez, Egipto, y lodos de plantas de tratamiento de agua (EDAR), procedentes de la planta de tratamiento de agua Beni-Suef para purificación de agua potable. agua, fueron utilizados en este trabajo. La primera WTPS se secó durante 1 día a 105 °C. El lodo seco y triturado se activó térmicamente mediante cocción durante 120 min en un horno eléctrico a 500 °C. La velocidad de calentamiento fue de 5ºC/min. Finalmente, los lodos formados (lodos de alumbre reciclado, RAS) se dejaron enfriar progresivamente. Los patrones XRD de RAS se aclaran en la Fig. 1. Los porcentajes de óxidos de OPC y el lodo reciclado se demostraron en la Tabla 1a y la composición de la fase mineralógica de OPC se representa en la Tabla 1b.

Patrón XRD de RAS.

Según TS 2545, la actividad puzolánica de los residuos de lodos de alumbre activado (AAS) como materia prima en la producción de cemento suplementario se evaluó mediante el cumplimiento de los requisitos químicos y físicos de las normas aplicables al material puzolánico normal, donde la norma TS 25 sugiere que SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 debe ser al menos 70%, SO3 < 3,0%, CI− < 0,1%, la resistencia a la compresión al final de 7 días > 4 N mm−2 y el contenido de sílice reactiva de las puzolanas > 25%. Así, se puede observar que los resultados de la Tabla 1a muestran que todas las muestras cumplen con los requisitos relacionados con el uso de residuos de lodos de alumbre activado (AAS) como materiales cementantes suplementarios (SCM) con propiedades equivalentes a las de un material puzolánico activo normal45 .

Se utilizó un superplastificante a base de policarboxilato modificado, SP (Sika Viscocrete 5230 L), suministrado por Sika Company, Elobour City, Egipto, para ayudar a dispersar las nanopartículas de espinela en el agua utilizada para la preparación de la pasta y para lograr la trabajabilidad deseada de las pastas formadas27. Algunas características importantes se informan en la Tabla 2.

La nanoespinela de Mn-Fe2O4 se sintetizó en laboratorio utilizando un precursor de citrato mediante una técnica descrita en investigaciones anteriores46. A se mezclaron masas estequiométricas de nitrato de manganeso {Mn (NO3)2⋅6H2O}, nitrato de hierro {Fe (NO3)3⋅9H2O} donde (Mn:Fe = 1:2); Se insertó ácido cítrico {C6H8O7⋅H2O} mediante adición gota a gota con agitación continua para formar una mezcla precursora de citrato. Para retener un medio neutro (pH = 7), se insertaron gotas de NH4OH en la solución precursora, finalmente; la mezcla precursora se evaporó para obtener el nanocompuesto de espinela deseado en forma de fibras grises de color uniforme. Las nanopartículas de espinela (NMF) de Mn-Fe2O4 preparadas tienen una superficie de 30,73 m2 g-1 y una pureza > 90 %. Parámetro de red a (Å) ~ 8,4990, con ~ 5,12 g cm-3 de densidad de rayos X (Dχ). Los análisis HR-TEM, SEM, XRD y adsorción/desorción de N2 para (NMF) se muestran en las Figs. 2, 3, 4, 5, respectivamente. La Tabla 3 ilustra algunas características de las nanopartículas de espinela (NMF) de Mn-Fe2O4.

Micrografías HR-TEM y SAED de nanopartículas de MnFe2O4.

SEM de nanopartículas de MnFe2O4.

Patrón XRD de nanopartículas de ferrita de manganeso (MnFe2O4).

Isotermas de adsorción-desorción de N2 de nanopartículas de ferrita y espinela de manganeso.

El OPC se reemplazó parcialmente con 5%, 10% y 15% de RAS, en masa. Cada componente seco se introdujo en el molino de bolas durante el tiempo suficiente (~6 h) para lograr una mezcla seca homogénea. Se desarrollaron pastas de diferentes mezclas utilizando agua a una proporción de sólidos (W/S) del 27% de la masa sólida total. Para preparar pastas de nanocompuestos, se insertaron las dosis deseadas de nanopartículas de espinela (NMF) de Mn-Fe2O4 en toda el agua de mezcla que contenía superplastificante SP como reactivo dispersante (la cantidad de SP utilizada fue 0,3% en masa de sólido). Las nanopartículas de espinela de Mn-Fe2O4 se dispersan en una solución acuosa (es decir, agua y superplastificante SP) antes de mezclarlas con cemento. Toda la suspensión se sonicó a 25 °C durante 60 minutos para dispersar los NMF y evitar sus aglomeraciones. Para este paso se utilizó un dispositivo ultrasónico (máquina de baño) (homogeneizador ultrasónico, LUHS0A12, 650 W, 220 V/50 HZ). La composición de las muestras y las notaciones se dan en la Tabla 4.

Después de mezclar completamente el polvo seco con la cantidad deseada de agua (o agua que contenga NMF), las pastas formadas se insertaron en moldes cúbicos (25 × 25 × 25 mm3) y se mantuvieron durante 1 día a ~ 100 % de humedad relativa (humedad relativa). Después del fraguado completo, las muestras cúbicas se separaron del molde y se curaron con agua del grifo a temperatura ambiente durante diferentes intervalos hasta alcanzar los 28 días. Se utilizó una máquina "Ton-industry (Alemania Occidental) (carga máxima de 60 toneladas) para realizar la prueba de resistencia (resistencia a la compresión) para diferentes muestras después de 1, 3, 7 y 28 días (se registró el valor promedio de 4 cubos para cada tiempo) Para realizar las pruebas XRD, SEM y TGA/DTG, se detuvo el proceso de hidratación agitando las muestras molidas en una mezcla de acetona y metanol (1:1 en volumen). durante ~ 45 min y lavando el sólido filtrado con acetona varias veces (3-4 veces), luego se deja en la secadora a 80 °C durante la noche. La muestra seca se mantiene en un desecador (que contiene gel de sílice) hasta realizar las otras pruebas47 Para los análisis XRD y TGA/DTG, el tamaño de partícula utilizado estuvo en el rango de 10 a 50 µm, mientras que para el análisis SEM se utilizó una pequeña pieza con un espesor de ~ 1,5 a 2 mm del núcleo del cubo triturado.

Se midieron propiedades físicas importantes, como BD (densidad aparente), (%TP) porosidad total y (WA%) absorción de agua en edades de curado definidas48, los métodos aplicados son los indicados en las siguientes relaciones:

donde W, W1 y W2 son los pesos saturados, suspendidos y secos; respectivamente.

Para realizar la prueba de resistencia a altas temperaturas, las pastas moldeadas cúbicas se curaron durante 28 días bajo el agua y luego se secaron a 80 °C durante 1 día. Luego, los cubos se cocieron a 300, 600 y 800 °C durante 180 min. Después de cocer las probetas sometidas a enfriamiento de dos formas diferentes (rápida y lenta)49, se realizó el ensayo de resistencia (resistencia a la compresión) sobre los cubos enfriados.

Se adoptaron técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (XRD) y análisis termogravimétrico (TGA/DTG) para identificar la microestructura, la presencia de fase y los cambios térmicos de algunas muestras seleccionadas.

El comportamiento mecánico de las pastas o del hormigón endurecido se puede especificar realizando el ensayo de resistencia a la compresión. Los hallazgos de esta prueba pueden ser concisos de la siguiente manera: (1) como tendencia general, todas las muestras analizadas mostraron un aumento continuo de la resistencia con el progreso de la hidratación (hasta 28 días), Fig. 6, este aumento se atribuye a la progresión de la reacción de hidratación que induce la producción del diverso producto que representa como centro de unión perfecto a través de la matriz endurecida, las fases formadas son: hidratos de silicato de calcio (CS-Hs), hidratos de sulfoaluminato de calcio (AFm y AFt), (hidratos de aluminosilicato de calcio CAS-Hs como gehlenita e hidrogarnet) y hidratos de aluminato de calcio (CAH), estos resultados estarán respaldados por pruebas XRD, TGA/DTG y SEM. (2) Al reemplazar OPC con 5% o 10% de RAS, en masa (mezclas B y C; respectivamente), se registró una ligera mejora en los valores de resistencia a la compresión en comparación con la pasta hecha de la mezcla A (control) a lo largo de todas las edades de prueba. Si bien se registró una ligera disminución en las magnitudes de resistencia cuando el porcentaje de reemplazo de OPC por RAS alcanzó el 15%, Fig. 6. La notable mejora en los valores de resistencia a la compresión en el caso de reemplazar el cemento Portland por 5% o 10% de RAS, en masa, podría correlacionarse con la creación de rendimientos extra hidratados; formado a partir de la interacción entre sílice amorfa y alúmina de lodos y cal generados a partir de la hidratación del clinker (reacción puzolánica) formando un exceso de CSH, CAH además de la creación de nuevas fases, a saber, como; MnCSH, CFH y CFSH50,51. Al reemplazar la portlandita que posee un carácter hidráulico débil con CSH, los CAH que poseen buenas características hidráulicas provocan la mejora de resistencia observada. Además, estos hidratos suplementarios funcionan como rellenos de los poros existentes en la matriz endurecida y actúan como un centro de unión perfecto entre los restantes granos no hidratados presentes37. La notable caída observada en los valores de resistencia de la mezcla D (85% OPC–15% RAS) se atribuye principalmente a la disminución de las fases mineralógicas del clinker dentro del composite, lo que provoca una reducción tanto de los principales productos (CSHs como CAHs) producidos a partir de su hidratación, además de reducir la cantidad producida de portlandita necesaria para la reacción puzolánica49. A partir de los valores de resistencia registrados, la sustitución óptima de OPC por RAS es del 10%; el mismo valor se informó anteriormente52.

Resistencia a la compresión versus edad de hidratación para pastas de cemento mezcladas endurecidas (mezclas A-D).

El impacto de la adición de NMF en los valores de resistencia de diferentes compuestos se identificó y aclaró en las figuras 7a a d. Claramente, la inclusión de 0,5 y 1% de NMF en diferentes pastas (mezclas de ANMF 0,5, ANMF 1, BNMF 0,5, BNMF 1, CNMF 0,5, CNMF 1, DNMF 0,5 y DNMF 1) induce una ligera mejora en los valores de resistencia durante todas las pastas. períodos de prueba, mientras que la inclusión de 2% de NMF indujo una ligera disminución en los valores de resistencia a la compresión, Fig. 7a-d. Aunque la dimensión perfecta de las nanopartículas de los NMF preparados (~ 13–40 nm) indujo una ligera modificación inesperada en los valores de resistencia a la compresión, estos resultados podrían correlacionarse con dos factores; (1) la estructura geométrica cúbica de las partículas de NMF (ver Fig. 2), que dificulta el llenado de los poros y presenta puntos débiles de contacto entre las diferentes fases presentes, como se informó en un estudio anterior45. (2) puede estar correlacionado con la mala dispersión de las nanopartículas, especialmente cuando se usan en proporciones altas37,40,53.

Valores de resistencia a la compresión de diferentes nanocompuestos endurecidos.

La ligera disminución que se produjo en los valores de resistencia a la compresión durante casi todos los intervalos de hidratación para las mezclas ANMF2, BNMF2, CNMF2 y DNMF2 (adición de 2% de NMF) en comparación con sus referencias (mezclas A-D) puede deberse a la naturaleza magnética de Partículas de NMF. La ferrita-espinela de manganeso es de naturaleza ferromagnética y sus nanopartículas interactúan magnetoestáticamente, por lo tanto, se atraen entre sí, lo que induce su mala dispersión y promueve su coalescencia46.

En conclusión, los hallazgos aseguraron que el compuesto 90 % OPC, 10 % RAS y 0,5 % NMF (mezcla CNMF 0,5) podría considerarse la opción óptima para aplicaciones de construcción generales, ya que mostró el mejor comportamiento mecánico entre todas las nanomezclas probadas. Estos resultados estarán respaldados por pruebas realizadas más.

El progreso de la densificación de diferentes composites con el progreso del proceso de hidratación se siguió midiendo los valores de BD (g cm-3). Los valores de BD para diferentes mezclas indicaron un aumento gradual continuo con las edades de hidratación, Fig. 8a-e. Estos hallazgos se asignan al progreso del proceso de hidratación y a la acumulación de diferentes fases hidratadas dentro de los poros disponibles a lo largo de la matriz endurecida, produciendo estructuras compactas y densas48. La Figura 8a indica que las muestras hechas de las mezclas B y D (usando 5% o 10% de RAS, en masa) presentaron un valor de BD notablemente más alto (en todos los tiempos de curado) en relación con un blanco (mezcla A). Este hallazgo se correlaciona con la formación y acumulación de diversos tipos de fases hidratadas que se formaron mediante la interacción puzolánica entre el hidróxido de calcio liberado disponible y el RAS, creando una matriz más densa con alta resistencia4. Por el contrario, los valores de BD cuando se utiliza 15% RAS (mezcla D) son más bajos y/o comparables a un blanco. Estos hallazgos son consistentes con los datos de resistencia a la compresión mencionados anteriormente y se atribuyen a la formación de cantidades más bajas de diferentes productos de hidratación debido al efecto de dilución de las fases de OPC en un 15%34.

Valores de densidad aparente de diferentes composites endurecidos.

Las inclusiones de diferentes dosis de NMF (30,73 m2 g−1 y ~ 16 nm) hasta un 1% mejoran el BD de todos los compuestos durante casi todos los intervalos de hidratación, Fig. 8b-e. Esta mejora podría correlacionarse con el efecto de nanorelleno y el efecto de aceleración de las partículas de NMF para el proceso de hidratación al actuar como sitios activos. El resultado neto de la inclusión de las partes NMF es la generación de cantidades adicionales de rendimientos como CSH, CASH, CAH, CFH, CFSH y MnCSH que se acumularon dentro de los poros disponibles dentro de la matriz compuesta endurecida dando una estructura más compacta y densa34,45. 51. Además, la inclusión del 2% de NMF induce una ligera disminución en los valores de BD, debido al efecto de aglomeración de las partículas de NMF como se mencionó anteriormente4. Todos estos resultados coincidieron con los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión y recibirán respaldo adicional a través de las técnicas XRD, TGA/DTG y SEM. Los resultados de BD revelaron que la mezcla CNMF 0,5 presentó los valores de BD más altos comparados con los de otras mezclas. Este resultado concordó y confirmó los resultados de resistencia a la compresión obtenidos.

La Figura 9a muestra los valores porcentuales de porosidad total (TP%) de diferentes compuestos después de diferentes períodos de prueba. Como tendencia general, las disminuciones del % de TP para los composites probados mostraron una reducción continua de la hidratación hasta los 28 días de curado. Generalmente, las muestras de la mezcla B y la mezcla C indicaron un TP más bajo (%), mientras que las muestras de la mezcla D mostraron valores relativamente más altos en relación con la mezcla A. Además, la inserción de 0,5 y 1 % de NMF indujo un % de TP más bajo para los nanocompuestos endurecidos, Fig. 9b-e. La adición de 2% de NMF a diferentes mezclas proporciona pastas endurecidas con valores de TP% relativos comparables y/o superiores, en comparación con sus controles (mezclas A-D). A medida que aumentan los valores de BD, el% de TP disminuye y los valores de resistencia a la compresión aumentan48. Obviamente, los valores de TP% obtenidos concuerdan con los resultados obtenidos de la prueba de resistencia y BD y se atribuyen a las mismas razones mencionadas anteriormente. La Figura 9c muestra que los compuestos CNMF 0,5 presentan el% de TP más bajo. Además, estos resultados recibirán más apoyo de los análisis XRD, TGA/DTG y SEM.

Valores de porosidad total de diferentes composites endurecidos.

El grado de porosidad de las muestras endurecidas se puede identificar mediante la determinación del WA%2. Los valores porcentuales de WA% para varias mezclas probadas se midieron y se muestran en las Fig. 10a-e. Como se demuestra a partir de los valores de % WA obtenidos, indicaron la misma tendencia que los valores de % TP para todas las mezclas probadas. Obviamente, a medida que aumentan los valores de BD, el %TP y el %WA disminuyen4. Claramente, todos los resultados obtenidos para el análisis de la estructura de poros (BD.TP y WA) están correlacionados entre sí y concuerdan con los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión.

Valores de absorción de agua de diferentes compuestos de cemento endurecido.

La estabilidad de diferentes mezclas endurecidas frente a la cocción a 300, 600 y 800 °C durante 3 h y enfriadas lentamente en el aire se identificó y se representó como el porcentaje de resistencia a la compresión residual (RS%) en las figuras 11a-d. Los hallazgos de esta prueba son: (1) todos los compuestos indicaron un fuerte aumento en los valores de resistencia RS (%) cuando se calentaron a 300 °C y se enfriaron al aire, en comparación con sus valores registrados a los 28 días de hidratación, después de eso una disminución significativa en la resistencia residual al cocer a 600 u 800 °C, (2) la inclusión de diferentes cantidades de NMFS en cemento puro y/o mezclas aumenta el SAF a diferentes temperaturas. El fuerte aumento en los valores de resistencia residual (%) para las muestras enfriadas gradualmente después de la cocción a 300 °C se atribuye al autoclave (reacción hidrotermal) generado entre la evaporación del H2O físicamente adsorbido y las fases restantes del clínker sin reaccionar; este autoclave interno genera más Producto de hidratación que llena los poros disponibles y presenta centros de unión adicionales entre los diferentes constituyentes presentes en los composites endurecidos2,48. La disminución observada de la resistencia de RS (%) en muestras enfriadas gradualmente después de calentarlas a 600 u 800 °C se correlaciona con el deterioro de la mayoría de los productos de hidratación (CSHI, CSHII, CASH, CAH, CFSH, CFH, MnCSH y CH) y formación de microfisuras a lo largo de la matriz, lo que tiene un fuerte impacto negativo en la resistencia de los compuestos54. Todas las pastas de nanocompuestos (que incorporan diversas dosis de NMF) mostraron una mayor resistencia a la cocción (alto porcentaje de RS) en todas las temperaturas aplicadas y al enfriamiento en el aire en relación con sus controles después de 28 días de endurecimiento; además, el SAF para estos nanocompuestos aumenta con el porcentaje de NMF. El impacto positivo de los NMF en el SAF de diferentes compuestos se correlaciona con su efecto de relleno en los poros presentes, su efecto de aceleración en la reacción interna de autoclave al actuar como un centro de nucleación para la formación de productos45 y la naturaleza magnética de las nanopartículas ferromagnéticas de espinela que conducen debido a las interacciones magnetostáticas entre las partículas, promoviendo la producción de una matriz endurecida, poseen una alta resistencia al deterioro por fuego46.

Valores relativos de resistencia a la compresión residual para diferentes compuestos de cemento cocido después de un enfriamiento lento en aire.

Figura 12a-d. muestra los valores de RS (%) para diferentes compuestos después de un enfriamiento rápido (enfriamiento en agua) después de disparar a 300, 600 y 800 °C durante 180 min. Todos los compuestos experimentan una pérdida continua de resistencia al enfriarse en agua después de calentarse a diferentes temperaturas informadas (300–800 °C), y el grado de pérdida de resistencia aumenta con la temperatura, Fig. 12a-d. Claramente, el grado de agotamiento de la resistencia es mayor (RS% menor) para todos los composites en comparación con su pérdida cuando se someten a un enfriamiento lento después del tratamiento a la misma temperatura. La intensa reducción de la resistencia a la compresión para los valores de las muestras enfriadas rápidamente se atribuye al choque térmico que se produce por el enfriamiento repentino de las muestras cocidas que provoca la creación de varias grietas, así como el aumento de las microfisuras presentes a lo largo de la matriz compuesta34. Como se mencionó anteriormente en muchos estudios que utilizan nanofibras/tubos como nanomontmorillonita (NM) y nanotubos de carbono (CNT), las nanopartículas de titanio (TN)53,54,55 pueden retrasar la propagación de microfisuras al aumentar la resistencia a la tracción y a la flexión y mejorar la homogeneidad de la microestructura en la matriz de cemento53,56,57,58.

Valores relativos de resistencia a la compresión residual para diferentes compuestos de cemento cocido después de un enfriamiento repentino.

El porcentaje de resistencia a la compresión relativa (RCS) (en relación con su CS después de 28 días) para todas las muestras cocidas después de un enfriamiento lento y rápido se aclara en las Figs. 11 y 12, respectivamente. Los valores porcentuales de RCS después de cocer a 300 °C y enfriar lentamente son 125,16, 125,4, 125,53 y 128,79 para (Mezclas A-D).

Los porcentajes de RCS (en relación con el control a 300 °C y enfriado lentamente) para (Mezclas ANMF 0,5-ANMF 2) son 127,37, 128,32 y 128,79 %, respectivamente, 130,74, 133,78 y 135,39 para (Mezclas BNMF 0,5-BNMF 2) ; respectivamente, 133,26, 137,23 y 140,87 para (Mezclas CNMF 0,5-CNMF 2); respectivamente, y 128,90, 132,94 y 135,16, para (Mezclas DNMF 0,5-DNMF 2); respectivamente, Fig. 11a-d. Visiblemente, los resultados de SAF obtenidos recomiendan que el nanocompuesto contiene 90 % de OPC, 10 % de RAS y 2 % de NMF como la mejor selección para aplicaciones térmicas, ya que presenta el % de RS más alto (SAF más alto) tanto en enfriamiento gradual como repentino en todas las temperaturas informadas. , los valores de RS% registrados para este compuesto son 133,7, 137,2 y 140,8 para muestras enfriadas lentamente cocidas a 300, 600 y 800 °C; respectivamente. Mientras que los valores de % de RS registrados para este compuesto son 104,7, 110,1 y 113,2 para muestras enfriadas rápidamente cocidas a 300, 600 y 800 °C; respectivamente. Estos hallazgos nominaron a este compuesto como la selección perfecta para aplicaciones de resistencia al fuego.

Las Figuras 13 y 14 muestran las fases de desarrollo de compuestos compuestos por 100 OPC, 95 OPC-5 RAS, 90 OPC-10 RAS, OPC-0.5 NMF, 95 OPC-5 RAS–0.5NMF y 90 OPC–10 RAS–0.5. NMF a los 7 y 28 días de hidratación. Los picos característicos de las fases CSH y Ca (OH) se identificaron en patrones XRD para estas mezclas, además de los picos característicos del cuarzo sin reaccionar (sílice cristalina), C3S (3CaO.SiO2) y β-C2S (2CaO.SiO2). . Se observó carbonato de calcio en 2θ de ~ 29,32° formado a partir de la reacción de la cal (CH) con el gas CO2 atmosférico52. Los patrones XRD de nanocompuestos (compuestos mezclados con 0,5 NMF) revelaron la aparición de nuevas fases, especialmente a los 28 días de hidratación, a saber: ilvaita (CFSH) que se encuentra en 2θ 51°, MnCSH en 2θ 12,84, 18,36 y 29,6°, Nchwaningita [ Mn2 SiO3(OH)2 H2O] (PDF#83-1006), Rancieita [(Mn, Ca) Mn4O9.3H2O] (PDF#058-0466), Glaucocroita [(Ca, Mn)2SiO4 (PDF# 14-376) ubicado en 2θ 16,9°, y CFH51. Estos resultados respaldan los resultados obtenidos de las pruebas de resistencia a la compresión, BD, TP% y WA% informados anteriormente. La formación y posterior acumulación de estos productos suplementarios promovió el desarrollo de una microestructura densificada que posee buenas características mecánicas y durabilidad.

Patrones de XRD de compuestos endurecidos elaborados a partir de mezclas (a – c) y nanocompuestos elaborados a partir de mezclas (ANMF 0,5 – CNMF 0,5) a los 7 días de hidratación.

Patrones de XRD de compuestos endurecidos elaborados a partir de mezclas (A – C) y nanocompuestos elaborados a partir de mezclas (ANMF 0,5 – CNMF 0,5) a 28 días de hidratación.

Las Figuras 15, 16, 17, 18 muestran los datos de TGA/DTA para OPC, OPC-0.5NMF, 90 OPC-10 RAS y 90 OPC-10 RAS-0.5 NMF (mezclas A, ANMF 0.5, C y CNMF 0.5). a los 7 y 28 días de hidratación. Los resultados de TGA/DTG muestran tres picos endotérmicos ubicados a ~ 70–180 °C, ~ 505 °C y un pico doble a 720 y 780 °C, para muestras de OPC puras en los momentos seleccionados (7 y 28 días). El pico implantado a ~ 70–180 ° C está dedicado a la deportación de agua no combinada y la desintegración de la parte amorfa del gel de CSH y los hidratos de aluminato de calcio (CAH), Fig. 15a, b4. La pérdida de masa de este pico después de 3 y 7 días de hidratación es del 6,9% y 7,2%, respectivamente. La endotermia que apareció a 505 °C se correlaciona con la deshidratación de CH (portlandita)4,59. La pérdida de masa de este pico es del 2,1% y 2,8% después de 3 y 28 días de hidratación, respectivamente. Los aumentos observados en el % de pérdida de masa en ambas endotermas se correlacionan con la formación de cantidades adicionales de fases de hidratación (CSH, etringita, AFm y CH) con el progreso del proceso de hidratación de 7 a 28 días2. El doble pico presente a 720 y 780 °C se atribuye a la degradación de carbonatos de calcio con diferente cristalinidad, debido a la carbonatación de las probetas durante su manipulación. Los valores de % de pérdida de masa de estos picos varían según el grado de cristalinidad y el grado de carbonatación51,59.

Termogramas TGA/DTG de muestras endurecidas hechas de la mezcla A a (a) 7 días y (b) 28 días de hidratación.

Termogramas TGA/DTG de muestras endurecidas hechas de una mezcla de ANMF 0,5 a (a) 7 días y (b) 28 días de hidratación.

Termogramas TGA/DTG de muestras endurecidas hechas de la mezcla C (a) 7 días y (b) 28 días de hidratación.

Termogramas TGA/DTG de muestras endurecidas hechas de una mezcla CNMF 0,5 a (a) 7 días y (b) 28 días de hidratación.

La Figura 16a, b muestra el resultado de TGA/DTG del nanocompuesto OPC-0.5 NMF (mezcla de ANMF 0.5) a los 7 y 28 días de endurecimiento. El comportamiento TGA/DTG de este compuesto es idéntico al OPC puro (mezcla A) pero con un valor de pérdida de masa total mayor. El % de pérdida de masa de los diversos rendimientos de hidratación es de 16,9 a 18,5 % (para OPC) y 19,2 y 19,8 (para OPC-0,5 %NMF) a los 7 y 28 días; respectivamente. Este hallazgo determina el impacto positivo de los NMF en la aceleración de la reacción de endurecimiento del OPC y la simulación de la producción de nuevas fases (MnCSH, MnSH y CFSH), como lo demuestran los datos de XRD. Este pasante promovió la creación de compuestos endurecidos que tienen buenas propiedades mecánicas, mayor BD, menor % de TP y valores de WA más bajos, como se mencionó anteriormente en este estudio.

La Figura 17a,b representa los termogramas TGA/DTG para muestras endurecidas que poseen 90 OPC-10 RAS (mezcla C). Obviamente, se observan endotermias y comportamientos similares a los del blanco. El % de pérdida de masa del pico presente a ~ 70–180 °C es 7,0 y 7,1, mientras que el pico presente a 505 °C es de 2,2 a 2,9 a los 7 y 28 días; respectivamente. La variación de estos valores se atribuye tanto al grado de cristalinidad como a la cantidad de los productos formados. El pico detectado a (~ 740 °C) se denomina descomposición de carbonatos.

Obviamente, las pérdidas totales de masa porcentual para los hidratos formados son 18,2 y 19 a los 7 y 28 días, respectivamente. El aumento notable en la pérdida de masa total en relación con un blanco (16.9 y 18.5) está relacionado con la generación de cantidades adicionales de fase CSH casi amorfa y cristalina a partir de la interacción puzolánica entre el CH liberado de la hidratación del OPC y las fases de sílice y alúmina de RAS. desperdiciar. Estos resultados son compatibles con los resultados de las pruebas físicas y mecánicas reportadas mencionadas anteriormente.

Se identifican los resultados de TGA/DTA para el nanocompuesto 90 OPC-10 RAS-0.5 NMF (mezcla CNMF 0.5) después de 7 y 28 días de endurecimiento. Los hallazgos de TGA/DTG de esta mezcla demostraron picos y comportamiento similares a los de la mezcla C, Fig. 18a,b. Los porcentajes globales de reducción de masa son del 20,1 y 20,4% a los 7 y 28 días, respectivamente; estos porcentajes son relativamente más altos que los de otras mezclas (A, ANMFs0.5 y C). La notable pérdida de masa general de estos nanocompuestos se atribuye al efecto reforzante de las partículas de NMF, como se analizó anteriormente. Además, los resultados de TGA/DTG se corroboran con todos los resultados mencionados anteriormente (RS, TP, BD y WA).

La Figura 19a,b aclara las características morfológicas de la muestra de la mezcla A en intervalos de hidratación de 7 y 28 días. La investigación SEM de esta mezcla afirma la aparición de una matriz porosa difundida por algunos cristales fibrosos y enfermos de CSH como producto principal de la hidratación del clinker a los 7 días. Además, se detectaron pequeñas placas hexagonales de CH a lo largo de la matriz, se pudo distinguir bien una pequeña cantidad de CC̅ además de una gran cantidad de granos de clinker sin reaccionar, Fig. 19a. Las micrografías de esta mezcla a los 28 días de hidratación mostraron una matriz densa compuesta por cantidades excesivas de CSH microcristalina y fibrosa; la gran cantidad de CH también existía como cristales hexagonales apilados. Además, en la matriz se encuentran pequeños cristales de CC̅, Fig. 19b. Las micrografías SEM también ilustraron la existencia de algunos huecos en la matriz accesibles para la deposición de nuevos productos de hidratación.

Micrografías SEM de muestras endurecidas hechas de la mezcla A: (a) después de 7 días, (b) después de 28 días, (c) después de cocción a 300 °C y (d) después de cocción a 800 °C.

El efecto de la cocción sobre la microestructura de muestras de OPC puras se investiga y se muestra en la Fig. 19c, d. Cocer la muestra de OPC endurecida a 300 °C y enfriarla en el aire (lento) indujo la formación de una matriz muy compacta compuesta por una cantidad excesiva de C–S–H fibroso casi amorfo (los principales productos de hidratación) entrelazados por el hexágono. placas de CH. Estas características de microestructura reflejan la reacción interna de autoclave de los granos de OPC sin reaccionar que provoca la generación de un producto adicional (CSH, CH, CAH, CASH), promoviendo la formación de estructuras densas que tienen propiedades avanzadas (alta resistencia, baja porosidad, alta densidad). . Este hallazgo confirmó los datos obtenidos de las pruebas RS, BD, WA y TP. La microestructura de la muestra de OPC expuesta a una temperatura más alta (800 °C) y enfriada gradualmente, reveló la formación de varias microfisuras, con ausencia de productos de hidratación debido a su descomposición. Ciertamente, la degradación de los productos de hidratación y la existencia de microfisuras son razones esenciales para el deterioro de estas probetas, Fig. 19d.

La Figura 20a, b muestra la microestructura de muestras endurecidas hechas de 90% OPC + 10% RAS + 0,5% NMF (mezcla CNMF 0,5) a los 7 y 28 días, respectivamente. Las micrografías SEM de estos nanocompuestos indicaron lo siguiente: (1) los especímenes hidratados durante 7 días mostraron una microestructura menos densa, tienen poca cantidad de fases hidratadas y exceso de partículas de clinker sin reaccionar en comparación con la microestructura de los especímenes hidratados durante 28 días, (2) Reemplazo El cemento con 10% de RAS, induce la producción de cantidades excesivas de fases hidratadas (CSH, CAH, CASH), lo que mejora las características de la microestructura y las características de densificación de estos nanocompuestos en comparación con la pasta OPC pura a las mismas edades de curado, Fig. 20a, b y (3) la regla de activación de las partículas de NMF se determinó mediante la matriz densa y no porosa mostrada por las imágenes SEM de estos nanocompuestos (Fig. 20a, b). Las partículas de NMFs inducen la formación de enormes fases hidratadas como regla general como sitio activo y mediante su reacción y formación de diversos productos que aparecieron en las micrografías como; microbastones y cristales fibrosos de CSHs, placas de CASHs, cristales finos de CFSH, CFH, MnCSH y fibras de AFt (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O); todos estos productos están entrelazados entre sí y entremezclados con pequeños cristales hexagonales de CH, produciendo una estructura compacta, no porosa, que tiene buenas propiedades mecánicas60. El estudio SEM confirmó los resultados físico-mecánicos obtenidos en este estudio.

Micrografías SEM de nanocompuesto endurecido elaborado a partir de una mezcla CNMF 0,5: (a) después de 7 días, (b) después de 28 días, (c) después de cocer a 300 °C y (d) después de cocer a 800 °C.

El efecto de disparar a 300 y 800 °C y enfriar en el aire sobre la microestructura de estos compuestos se muestra en la imagen SEM, Fig. 20c,d. Las muestras hechas de 90 OPC-10RAS-0.5NMF indicaron una microestructura estable con buena resistencia térmica en comparación con las muestras de control (OPC puro) cuando se expusieron a las mismas condiciones. La inclusión de partículas de NMF en este compuesto promueve su resistencia a la degradación térmica como resultado de su naturaleza magnética47. El aumento de la microestructura de esta mezcla también se ha correlacionado con la presencia de RAS como se discutió anteriormente.

En este artículo se informa el impacto de la inclusión de nanopartículas de espinela de MnFe2O4 en las características físicas, mecánicas, de microestructura y de deterioro de los compuestos mezclados preparados a partir de OPC y RAS.

Los resultados de esta investigación se pueden resumir de la siguiente manera:

Los resultados obtenidos confirmaron la idoneidad de utilizar residuos de RAS para reemplazar el OPC (hasta un 10%) para preparar material de construcción con características mecánicas y durabilidad mejoradas.

La inclusión de diferentes dosis de nanopartículas de espinela MnFe2O4 dentro de las pastas OPC-RAS, motiva la formación de nanocompuestos endurecidos con rendimiento físico-mecánico mejorado y estabilidad frente a la cocción.

Los resultados de diferentes pruebas afirmaron que el compuesto 90% OPC–10% RAS–0,5% NMF podría considerarse la mejor opción para aplicaciones de construcción generales, ya que mostró los valores más altos de resistencia a la compresión y el mayor porcentaje de RS después de la cocción entre todos los demás nanocompuestos probados.

Desde el punto de vista económico, el composite sustituye al OPC en un 10% de participación de RAS en la reducción de los costes de eliminación de residuos (impuesto de vertedero), ofreciendo un uso alternativo para el reciclaje de lodos vegetales tratados con agua, sin prejuzgar ni en coste ni en calidad.

Las técnicas TGA/DTG, XRD y SEM afirmaron la actividad de las partículas de NMF, ya que demostraron la presencia de enormes tipos de productos de hidratación (como MH, CAH, MnCSH, CFSH, CSH, AFt, AFm, CASH y CFH). Estos productos aumentaron la resistencia mecánica y a la degradación de los nanocompuestos tras la cocción.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio están disponibles previa solicitud a todos los autores de este artículo.

Shehata, N., Mohamed, OA, Sayed, ET, Abdel Kareem, MA y Olabi, AG Revisión: el hormigón como material de construcción ecológico: aplicaciones recientes, desarrollo sostenible y potencial de la economía circular. Ciencia. Total. Reinar. 836, 155577. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155577 (2022).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Ramadan, M., El-Gamal, SMA & Selim, FA Propiedades mecánicas, mitigación de la radiación y resistencia al fuego de compuestos de polvo de vidrio reciclado con OPC que contienen nanopartículas. Construcción Construir. Madre. 251, 118703. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118703 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Clausell, JR, Quintana-Gallardo, A., Signes, CH & Serrano-Lanzarote, B. Evaluación ambiental de un hormigón autocompactado a base de arcilla con superplastificantes naturales. Madre. Estructura. 54, 20. https://doi.org/10.1617/s11527-020-01586-6 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Mohamed, OA y otros. Aditivos rentables y ecológicos de material puzolánico derivado de los residuos de lodos de alumbre para reemplazar exitosamente el cemento Portland. Ciencia. Rep. 12, 20974. https://doi.org/10.1038/s41598-022-25246-7 (2022).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Wang, CQ, Liu, DS y Huang, Q. Un nuevo material de ingeniería civil: relleno integrado de fosfoyeso modificado a temperatura normal. Archivo. Civilización. Mec. Ing. 21, 5. https://doi.org/10.1007/s43452-020-00155-6 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Liu, R., Yang, Y., Zhao, X. & Pang, B. Análisis de fase cuantitativa y caracterización microestructural de mezclas de cemento Portland con residuos de diatomita utilizando el método de Rietveld. J. Mater. Ciencia. 56, 1242-1254. https://doi.org/10.1007/s10853-020-05429-1 (2021).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Tang, P., Chen, W., Xuan, D., Zuo, Y. & Poon, C. Investigación de las propiedades cementosas de diferentes componentes en las cenizas de fondo de incineración de desechos sólidos municipales como materiales cementosos suplementarios. J. Limpio. Pinchar. 258, 120675. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120675 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Hosseini, HM y cols. Efectos de los residuos cerámicos como cemento y árido fino sobre la durabilidad de morteros sostenibles. Árabe. J. Ciencias. Ing. 45, 3623–3634. https://doi.org/10.1007/s13369-019-04198-7 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Bostanci, SC Uso de polvo de mármol residual y vidrio reciclado para la producción sostenible de hormigón. J. Limpio. Pinchar. 251, 119785. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119785 (2020).

Artículo de Google Scholar

Varadharajan, S. Determinación de las propiedades mecánicas y el impacto ambiental debido a la inclusión de cenizas volantes y polvo de residuos de mármol en el hormigón. Estructuras. 25, 613–630. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.03.040 (2020).

Artículo de Google Scholar

Chen, Z., Wang, Y., Liao, S. & Huang, Y. Cinética de molienda del polvo de vidrio de desecho y su efecto compuesto como aditivo puzolánico en hormigón de cemento. Construcción Construir. Madre. 239, 117876. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117876 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Rashad, AM Un resumen sobre las cenizas volantes de Clase F en grandes volúmenes como reemplazo del cemento: una guía para ingenieros civiles. En t. J. Sostener. Construir. Reinar. 4(2), 278–306. https://doi.org/10.1016/j.ijsbe.2015.10.002 (2015).

Artículo de Google Scholar

Arowojolu, O., Fina, J., Pruneda, A., Ibrahim, A. & Mahmoud, E. Estudio de viabilidad sobre el rendimiento del hormigón realizado mediante la sustitución parcial del cemento con polvo de nanovidrio y cenizas volantes. En t. J. Civil. Ing. 17, 1007-1014. https://doi.org/10.1007/s40999-018-0352-6 (2019).

Artículo de Google Scholar

Liu, Q., Li, B., Xiao, J. y Singh, A. Potencial de utilización del polvo de bloques de hormigón celular y del polvo de ladrillos de arcilla procedentes de residuos de construcción y demolición. Construcción Construir. Madre. 238, 117721. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117721 (2020).

Artículo de Google Scholar

Subedi, S. et al. Factibilidad de ECC con altos contenidos de ceniza de bagazo postprocesado como reemplazo parcial del cemento. Construcción Construir. Madre. 319, 126023. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.126023 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Abolhasani, A., Samali, B. & Aslani, F. Incorporación de cenizas de cáscara de arroz en hormigón de cemento de aluminato de calcio: evaluación del ciclo de vida, hidratación y desarrollo de resistencia. Sostenibilidad. 14, 1012. https://doi.org/10.3390/su14021012 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Rashad, AM Una descripción general de la reología, las propiedades mecánicas y la durabilidad de la escoria de alto volumen utilizada como sustituto del cemento en pasta, mortero y hormigón. Construcción Construir. Madre. 187, 89-117. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.07.150 (2018).

Artículo de Google Scholar

Guo, Y., Zhang, T., Tian, ​​W., Wei, J. y Yu, Q. Cloruros unidos física y químicamente en pastas de cemento hidratadas: un estudio comparativo de los efectos del humo de sílice y el metacaolín. J. Mater. Ciencia. 54, 2152–2169. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2953-5 (2019).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Gomes, SDC, Zhou, JL, Li, W. & Long, G. Progreso en la fabricación y propiedades de los materiales de construcción que incorporan lodos de tratamiento de agua: una revisión. Recurso. Conservar. Reciclar. 145, 148-159. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2019.02.032 (2019).

Artículo de Google Scholar

Kaish, ABMA, Breesem, KM & Abood, MM Influencia de los lodos de alumbre pretratados en las propiedades del hormigón autocompactante de alta resistencia. J. Limpio. Pinchar. 202, 1085–1096. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.08.156 (2018).

Artículo de Google Scholar

Bandieira, M. et al. Lodos de tratamiento de agua en la producción de ladrillos cerámicos rojos: efectos sobre las propiedades físico-mecánicas. Madre. Estructura. 54, 168. https://doi.org/10.1617/s11527-021-01764-0 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Dahhou, M., El Moussaouiti, M., Arshad, MA, Moustahsine, S. & Assafi, M. Síntesis y caracterización del cemento Portland incorporado en lodos de plantas de tratamiento de agua potable. J. Mater. Ciclos. Desperdiciar. Gestionar. 20(2), 891–901. https://doi.org/10.1007/s10163-017-0650-0 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Ahmad, T., Ahmad, K. & Alam, M. Investigación de los sólidos calcinados del retrolavado de filtros como material cementoso complementario para el reciclaje en las prácticas de construcción. Construcción Construir. Madre. 175, 664–671. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.04.227 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Akono, AT Efecto del nano-TiO2 en la distribución de fases CS-H dentro de la pasta de cemento Portland. J. Mater. Ciencia. 55, 11106–11119. https://doi.org/10.1007/s10853-020-04847-5 (2020).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Rostami, MR, Abbassi-Sourki, F. & Bouhendi, H. Efecto sinérgico del polímero ramificado/nano sílice en las microestructuras de la pasta de cemento y sus comportamientos reológicos. Construcción Construir. Madre. 201, 159-170. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.12.103 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Gao, Y. et al. Refuerzo de nanotubos de carbono de paredes múltiples asistido por óxido de grafeno de las propiedades de transporte en compuestos cementosos. J. Mater. Ciencia. 55, 603–618. https://doi.org/10.1007/s10853-019-04040-3 (2020).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Abo-El-Enein, SA, El-Hosiny, FI, El-Gamal, SMA, Amin, MS & Ramadan, M. Blindaje contra radiación gamma, resistencia al fuego y características fisicoquímicas de pastas de cemento Portland modificadas con nanopartículas sintetizadas de Fe2O3 y ZnO. Construcción Construir. Madre. 173, 687–706. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.04.071 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Rashad, AM Efecto de los nanotubos de carbono (CNT) sobre las propiedades de los materiales cementosos tradicionales. Construcción Construir. Madre. 153, 81-101. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.07.089 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Rashad, AM Una sinopsis sobre el efecto de nano-Al2O3, nano-Fe2O3, nano-Fe3O4 y nano-arcilla en algunas propiedades de los materiales cementosos: una breve guía para ingenieros civiles. Madre. Des. 52, 143-157. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.05.035 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Rashad, AM Una descripción completa sobre el efecto del nano-SiO2 en algunas propiedades de los materiales cementosos tradicionales y las cenizas volantes activadas con álcalis. Construcción Construir. Madre. 52, 437–464. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.10.101 (2014).

Artículo de Google Scholar

Kafi, MA, Sadeghi-Nik, A., Bahari, A. & Sadeghi-Nik, A. Caracterización microestructural y propiedades mecánicas del mortero cementoso que contiene nanopartículas de montmorillonita. J. Mater. Civil. Ing. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001671 (2016).

Artículo de Google Scholar

Maruthapandian, V., Muralidharan, S. & Saraswathy, V. Electrodo de referencia integrable de estado sólido basado en Spinel NiFe2O4 para el control de la corrosión de estructuras de hormigón armado. Construcción Construir. Madre. 107, 28–37. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.175 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Ramadan, M., Amin, MS & Sayed, MA Superior físico-mecánico, resistividad al fuego, características morfológicas y protección contra radiación gamma de pastas OPC endurecidas que incorporan nanopartículas de espinela ZnFe2O4. Construcción Construir. Madre. 234, 117807. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117807 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Mohamed, OA, El-Gamal, SMA y Farghali, AA Utilización de residuos de lodos de alumbre para la producción de cemento mezclado ecológico. J. Mater. Ciclos. Desperdiciar. Gestionar. 24, 949–970. https://doi.org/10.1007/s10163-022-01369-x (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Sadeghi-Nik, A., Berenjian, J., Bahari, A., Safaei, AS y Dehestani, M. Modificación de la microestructura y propiedades mecánicas del cemento mediante nanopartículas mediante un enfoque de desarrollo sostenible. Construcción Construir. Madre. 155, 880–891. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.08.107 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Wu, Z., Khayat, KH, Shi, C., Tutikian, BF y Chen, Q. Mecanismos subyacentes a la mejora de la resistencia del UHPC modificado con nano-SiO2 y nano-CaCO3. Cem. Concr. Compos. 119, 103992. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2021.103992 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Bahari, A. et al. Proceso de paseo aleatorio en un solo paso de nanopartículas en materiales a base de cemento. J. Cent. Universidad S. 28(6), 1679–1691 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Ahmed, HU, Mohammed, AA y Mohammed, AS El papel de los nanomateriales en los compuestos de hormigón geopolímero: una revisión del estado del arte. J. Construir. Ing. 49, 104062. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104062 (2022).

Artículo de Google Scholar

Szafraniec, M., Grabias-Blicharz, E., Barnat-Hunek, D. & Landis, EN Una revisión crítica sobre los métodos de modificación de compuestos de cemento con nanocelulosa y las condiciones de reacción durante la producción de nanocelulosa. Materiales. 15(21), 7706. https://doi.org/10.3390/ma15217706 (2022).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Bahari, A. et al. Estudios experimentales sobre las propiedades reológicas, mecánicas y de microestructura del hormigón autocompactante que contiene nanomaterial de perovskita. Puntal. Concr. 23(1), 564–578 (2021).

Artículo de Google Scholar

Ramezani, M., Kim, YH, Sun, Z. & Sherif, MM Influencia de los nanotubos de carbono en las propiedades de los morteros de cemento sometidos a una reacción álcali-sílice. Cem. Conc. Compos. 131, 104596. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2022.104596 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Ahmed, MA, Hassanean, YA, Assaf, KA y Shawkey, MA El efecto de la incorporación de nanopartículas de ferrita sobre la resistencia a la compresión y la resistividad del hormigón autocompactante. J. Civilización. Ing. 5, 131-138 (2015).

Google Académico

Akhlaghi, N. & Najafpour-Darzi, G. Nanopartículas de ferrita de manganeso (MnFe2O4): de la síntesis a la aplicación: una revisión. J. Ind. Ing. Química. 103, 292–304. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.07.043 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Malaie, K. & Ganjali, MR Nanoferritas de espinela para supercondensadores acuosos; vincular recursos abundantes y procesos de bajo costo para el almacenamiento de energía sostenible. J. Ene. Almacenar. 33, 102097. https://doi.org/10.1016/j.est.2020.102097 (2021).

Artículo de Google Scholar

Baki, VA, Nayır, S., Erdoğdu, Ş y Ustabaş, İ. Determinación de las actividades puzolánicas de traquita y riolita y comparación de los métodos de ensayo implementados. En t. J. Civilización. Ing. 18, 1053–1066. https://doi.org/10.1007/s40999-020-00516-5 (2020).

Artículo de Google Scholar

Ahmed, MA, Okasha, N. & El-dek, SI Preparación y caracterización de ferrita nanométrica de Mn mediante diferentes métodos. Nanotecnología 19, 065603. https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/6/065603 (2008).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Abo-El-Enein, SA, El-Gamal, SMA, Aiad, IA, Azab, MM y Mohamed, OA Características de hidratación temprana de pastas de cemento para pozos petroleros mezcladas con una mezcla orgánica recién preparada. HBRC J. 14, 207–214. https://doi.org/10.1016/j.hbrcj.2016.09.001 (2018).

Artículo de Google Scholar

Sayed, DG, El-Hosiny, FI, El-Gamal, SMA, Hazem, MM y Ramadan, M. Impactos sinérgicos de las nanopartículas mesoporosas de α-Fe2O3 sobre el rendimiento de la escoria activada por álcalis contra el fuego, los rayos gamma y algunos microorganismos. J. Construir. Ing. 57, 104947. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104947 (2022).

Artículo de Google Scholar

Liu, Y. et al. El potencial uso de cenizas de lodos de agua potable como material cementante suplementario en la fabricación de bloques de hormigón. Recurso. Conservar. Reciclar. 168, 105291. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.105291 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Nasir, M., Johari, MAM, Maslehuddin, M., Yusuf, MO y Al-Harthi, MA Influencia del período de curado térmico y la temperatura en la resistencia del mortero activado con álcali a base de escoria de alto horno de humos de silico-manganeso. Construcción Construir. Madre. 251, 118961. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118961 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

El-Gamal, S., Abo-El-Enein, S., El-Hosiny, F., Amin, M. & Ramadan, M. Resistencia térmica, microestructura y propiedades mecánicas de pastas de cemento Portland tipo I que contienen nanopartículas de bajo costo. . J. Terma. Anal. Calorim. 131(2), 949–968. https://doi.org/10.1007/s10973-017-6629-1 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Él, ZH et al. Reciclaje de lodos de tratamiento de agua peligrosos en materiales de construcción a base de cemento: propiedades mecánicas, contracción por secado y características a nanoescala. J. Limpio. Pinchar. 290, 125832. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.125832 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Ramezani, M., Kim, YH & Sun, Z. Formulación del módulo elástico de materiales cementosos que incorporan nanotubos de carbono: enfoque probabilístico. Construcción Construir. Madre. 274, 122092. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.122092 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Ramezani, M., Dehghani, A. y Sherif, MM Compuestos cementosos reforzados con nanotubos de carbono: una revisión exhaustiva. Construcción Construir. Madre. 315, 125100. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125100 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Qian, X., Yang, H., Wang, J., Fang, Y. & Li, M. Tratamiento ecológico de nanofibras de carbono en materiales cementosos para un mejor rendimiento. Caso Stud. Construcción matr. 16, e01126. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01126 (2022).

Artículo de Google Scholar

Mousavi, MA, Sadeghi-Nik, A., Bahari, A., Ashour, A. y Khayat, KH pasta de cemento modificada con nanomontmorillonita y nanotubos de carbono. ACI Mater. J. 119(3), 173–185 (2022).

Google Académico

Mousavi, MA y cols. Optimización de la resistencia de compuestos cementosos reforzados con nanotubos de carbono y nanopartículas de titania. Construcción Construir. Madre. 303, 124510. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124510 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Ramezani, M., Kim, YH & Sun, Z. Modelo probabilístico para la resistencia a la flexión de materiales a base de cemento reforzados con nanotubos de carbono. Compos. Estructura. 253, 112748. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.112748 (2020).

Artículo de Google Scholar

Mohsen, A., Abdel-Gawwad, HA y Ramadan, M. Rendimiento, protección contra la radiación y actividad antifúngica de escoria activada con álcalis modificada individualmente con nanopartículas de óxido de zinc y ferrita de zinc. Construcción Construir. Madre. 257, 119584. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119584 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Mohsen, A., Amin, MS, Waly, SA y Ramadan, M. Comportamiento reológico, propiedades mecánicas, resistencia al fuego y capacidad de atenuación de rayos gamma para mezclas cementosas ecológicas que incorporan lodos de plomo tratados térmicamente. Construcción Construir. Madre. 359, 129479. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129479 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

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Departamento de Ciencias Ambientales y Desarrollo Industrial, Facultad de Estudios de Posgrado en Ciencias Avanzadas (PSAS), Universidad Beni-Suef, Beni-Suef, Egipto

OA Mohamed

Departamento de Ciencia de Materiales y Nanotecnología, Facultad de Estudios de Posgrado en Ciencias Avanzadas (PSAS), Universidad Beni-Suef, Beni-Suef, Egipto

SI El-dek

Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Ain Shams, El Cairo, Egipto

SMA El-Gamal

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Ejemplo de declaración del autor de CRediT: conceptualización de OAM, redacción: preparación del borrador original, metodología, recursos, investigación, software, redacción: revisión y edición, visualización. SMAE: conceptualización, supervisión, visualización, validación, investigación, redacción, revisión y edición. SIE: conceptualización, recursos, investigación. Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.

Correspondencia a OA Mohamed.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Mohamed, OA, El-dek, SI y El-Gamal, SMA Rendimiento mecánico y estabilidad térmica de pastas de lodos reciclados de cemento Portland endurecido que contienen nanopartículas de MnFe2O4. Informe científico 13, 2036 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29093-y

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Recibido: 14 de diciembre de 2022

Aceptado: 30 de enero de 2023

Publicado: 04 de febrero de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-29093-y

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