Las cenizas de carbón son el subproducto menos notorio de las centrales eléctricas de carbón. Son los residuos sólidos residuales que provienen de la quema de carbón. Si bien no tiene la misma reputación perjudicial de sus contrapartes en el aire, decenas de millones de toneladas de cenizas síen vertederos cada año. Ahora los investigadores de la Universidad de Drexel creen que han encontrado un uso para el residuo en polvo, uno que podría ayudar a que el concreto sea más duradero y libre de grietas.
Reportado recientemente en la revista Compuestos de cemento y concreto , su descubrimiento es un método para convertir las cenizas de desecho en un aditivo de concreto especial que ayuda a fortalecer su estructura interna al promover un proceso de endurecimiento uniforme de adentro hacia afuera. Este aditivo, un agregado funcional de alto rendimiento, podría acortarseSegún los investigadores, el tiempo que tarda el hormigón en endurecerse y mejorar su durabilidad al reducir el potencial de formación de grietas.
-Solo la mezcla correcta-
El concreto está hecho de una mezcla de polvo fino y partículas de roca gruesa, llamadas agregados, unidos por un pegamento mineral llamado "matriz de cementación", hecha de cemento y agua. Los agregados forman la fuerte estructura interna del concreto como la cementaciónla matriz se endurece para unir los ingredientes en un proceso llamado curado. Para que el concreto alcance su máxima durabilidad, el cemento debe mezclarse completamente con agua durante el proceso de curado para que todo se seque y se cure al mismo tiempo.
"Esta es una parte muy importante del proceso porque si el concreto se seca demasiado rápido durante su curado, debido a la escasez de agua añadida, puede formar grietas y otros defectos. Estas grietas por contracción por secado hacen que la superficie sea susceptible a fluidos agresivosingreso que crea problemas de durabilidad del concreto, como corrosión, daños por sal o daños por congelación y descongelación ", dijo Yaghoob Farnam, PhD, profesor asistente en la Facultad de Ingeniería de Drexel e investigador principal de la investigación.
Para garantizar un curado uniforme, hay una serie de cosas que los contratistas de concreto deben hacer, incluyendo rociar constantemente el concreto, cubrirlo con una membrana para mantenerlo húmedo, sumergirlo en agua o crear charcos de agua en su superficie.Estas estrategias consumen tiempo y recursos y son lo suficientemente complejas como para que las fallas puedan colarse en el proceso. Para ayudar a prevenir esto, en la última década los investigadores han desarrollado un concepto de curado interno que utiliza agregado liviano poroso para ayudar al proceso de curado.nivel constante de humedad dentro del concreto para ayudarlo a curar de manera uniforme desde adentro hacia afuera.
"El uso de un agregado liviano de alto rendimiento en el concreto puede ser una solución para proporcionar adecuadamente depósitos de agua suficientes dentro del concreto ya que el agua se necesita con el tiempo para curar la matriz cementosa", dijo Farnam.
-Trabajar con concreto es duro-
El hormigón es uno de los materiales de construcción más utilizados en el mundo. Es el material elegido para la mayoría de las carreteras, edificios, puentes y muchas otras estructuras de gran volumen debido a su durabilidad y relativa facilidad de aplicación.
Pero una desventaja de usar concreto es que requiere las condiciones atmosféricas correctas para permitir una mezcla adecuada e incluso un curado, ni demasiado caliente, ni demasiado frío, ni demasiado seco.
Obtener la cantidad exacta de humedad dentro del concreto es difícil porque el polvo y los agregados forman una matriz de cementación apretada que es difícil de penetrar una vez que comienza a secarse. Si el exterior del concreto se seca antes de que el interior se cure, puede resultar en un debilitamientoComo resultado, los contratistas básicamente tienen una inyección para obtener la proporción de líquido a sólido de la manera correcta, mezclarla rápidamente y verter el concreto antes de que comience a secarse.
"Este es un problema común en el concreto, llamado 'secado de concreto', crea grietas de secado y baja resistencia y durabilidad del concreto", dijo Mohammad Balapour, investigador doctoral en el laboratorio de Farnam y autor principal del artículo.
-Encontrar una cura-
Para dar a los contratistas más margen de maniobra en el proceso, el equipo de Farnam, en colaboración con miembros de la facultad en el Departamento de Ingeniería Civil, Arquitectónica y Ambiental de Drexel, Grace Hsuan, PhD, y Sabrina Spatari, PhD, así como EJ Garboczi, PhD,del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, analizó cómo se pueden desarrollar agregados livianos funcionales a partir de cenizas de carbón y usarse en concreto.
Según Farnam, la industria del concreto tiene acceso limitado a agregados livianos naturales o sintéticos debido a su dependencia de fuentes limitadas de material agregado. El laboratorio de Farnam quería diseñar un producto agregado que tuviera características óptimas para la mezcla, resistencia y porosidad -y encuentre una manera de hacerlo con un material de desecho abundante.
"La solución que se nos ocurrió implicó reciclar este producto de desecho, cenizas de carbón, en un agregado poroso y liviano con excelentes características de rendimiento que podrían producirse a un costo menor que las opciones naturales y sintéticas actuales", dijo Farnam. "Este materialy el proceso no solo beneficiaría a la industria del concreto al mejorar la calidad de sus productos, sino que también podría ayudar a mantener las cenizas de carbón fuera de los vertederos ".
Para abreviar, el material que obtuvieron se llama "agregado reactivo poroso esférico" - SPoRA. Se hace combinando la ceniza con productos químicos que facilitan la sinterización y unión del agregado, formándolos en pequeñas esferas y luego horneándolos a 1,160grados Celsius durante unos minutos.
El producto final es un gránulo de agregado que puede contener casi la mitad de su peso en agua, lo cual es mejor que los agregados livianos tradicionales. Y, lo que es más importante, puede liberar esa agua a una velocidad regular desde el interior hacia la matriz de cementación a medida que cura.
En el documento informan que dos tipos de SPoRA funcionan mejor que algunos materiales agregados livianos tradicionales: esquisto, arcilla y pizarra, y vidrio espumado - en medidas de forma, porosidad, peso relativo y capacidad para absorber y liberar agua.Estas son todas las métricas clave relacionadas con su capacidad para integrarse con la mezcla de cemento y liberar su humedad en el momento correcto y en la parte correcta de la estructura a medida que se forma.
"A medida que el concreto comienza a curarse en el exterior, los gránulos de agregado también liberan su humedad para ayudarlo a curar también de adentro hacia afuera", dijo Balapour. "Este enfoque puede ayudar a maximizar la durabilidad del concreto. YEl proceso de fabricación de SPoRA es lo suficientemente simple como para producir agregados de cualquier tamaño y capacidad de agua, por lo que creemos que podría utilizarse para una serie de aplicaciones en la industria de la construcción ".
Reciclar un producto de desecho como la ceniza de carbón no solo reduce el costo de hacer agregado liviano, sino que también asegura que los productores de concreto tengan acceso a él.
"Tomar algo que es un producto de desecho, con montañas de él en los vertederos, y convertirlo en un producto útil es un excelente ejemplo de cómo la ciencia puede ayudar a encontrar soluciones sostenibles a los desafíos de la sociedad", dijo Farnam. "Noesto solo ayuda a proteger nuestro entorno natural, pero también ayudará a mejorar nuestro entorno construido ".
La investigación fue financiada por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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