Estudio experimental de las propiedades mecánicas del concreto con conchas marinas como reemplazo parcial del cemento.

Abstract

A nivel global, las industrias cementeras se encuentran dentro de las principales generadoras de 𝐶𝑂2 y contribuyen un gran porcentaje de las emisiones mundiales de 𝐶𝑂2. Por consiguiente, encontrar un reemplazo de cemento que presente una huella ambiental reducida es fundamental, debido a que la producción convencional de cemento Portland está asociado a considerables emisiones de gases de efecto invernadero. En este estudio se aborda la exploración del reemplazo parcial de cemento en probetas de mortero, utilizando conchas marinas trituradas y tamizadas con malla #175. Los porcentajes de reemplazo evaluados fueron del 5% y 10%, empleando conchas marinas provenientes del puerto de Talcahuano, tanto calcinadas como no calcinadas. La calcinación se realizó a 850 °C en una mufla convencional. Los porcentajes de sustitución seleccionados fueron cuidadosamente elegidos con base en la revisión del estado del arte, la cual indica resultados favorables en términos de resistencia mecánica. La validez de los resultados se verifica a través de dos pruebas fundamentales: ensayo de flexotracción y compresión, utilizando los métodos previamente empleados en recientes investigaciones y siguiendo las normativas chilenas. Estas pruebas se ejecutan en 4 edades de ensayo distintas, 3, 7, 14 y 28 días, con el objetivo de evaluar el comportamiento a edades tempranas y comparar con los resultados revisados en el estado del arte. Los resultados de la resistencia a la compresión para las muestras que incorporan residuo calcinado con reemplazo parcial de cemento del 5% y 10% representan el 83,69% y 78,27%, respectivamente, del promedio de la resistencia alcanzada por la muestra patrón (20,97 [MPa]). En cuanto a la resistencia a la tracción, estas muestras alcanzan resistencias promedio del 104,31% y 104,04% de resistencia obtenida por la muestra patrón (12,12 [MPa]). Para el caso de las muestras sin calcinar, los reemplazos del 5% y 10% alcanzan un 103,55% y 102,64% de la resistencia a la tracción obtenida por la muestra patrón (15,54 [MPa]), mientras que para la resistencia a la compresión se alcanzan el 92,32% y 80,07% de la resistencia alcanzada por la muestra patrón (27,81 [MPa]). Para las resistencias a la compresión, las desviaciones estándar rectifican que la muestra patrón tiene una mayor resistencia que las muestras con reemplazo, a excepción de la muestra sin calcinar con 5%, cuyo rango de dispersión de los datos llega a coincidir con los de la muestra patrón. Por otro lado, para los ensayos de flexotracción, aunque el promedio indica una ventaja de los reemplazos, el rango generado con la dispersión de datos coincide en gran parte con los de la muestra patrón. Este estudio aspira a posicionarse como una investigación relevante al examinar cómo el reemplazo parcial de cemento con conchas marinas afecta las propiedades mecánicas del mortero. Los resultados finales se anticipan como contribuciones valiosas para la industria de la construcción.

Globally, cement industries are among the main generators of 𝐶𝑂2 and contribute a large percentage of global 𝐶𝑂2 emissions. Therefore, finding a cement replacement that presents a reduced environmental footprint is critical, because conventional Portland cement production is associated with considerable greenhouse gas emissions. This study explores the exploration of the partial replacement of cement in mortar specimens, using crushed seashells screened with mesh #175. The replacement percentages evaluated were 5% and 10%, using seashells from the port of Talcahuano, both calcined and uncalcined. Calcination was carried out at 850 °C in a conventional muffle. The substitution percentages selected were carefully chosen based on the review of the state of the art, which indicates favorable results in terms of mechanical strength. The validity of the results is verified through two fundamental tests: flexural and compression tests, using the methods previously used in recent research and following Chilean regulations. These tests are performed at 4 different test ages, 3, 7, 14 and 28 days, in order to evaluate the behavior at early ages and compare with the results reviewed in the state of the art. The compressive strength results for the samples incorporating calcined residue with partial cement replacement of 5% and 10% represent 83.69% and 78.27%, respectively, of the average strength achieved by the standard sample (20.97 [MPa]). As for the tensile strength, these samples reach average strengths of 104.31% and 104.04% of the strength obtained by the standard sample (12.12 [MPa]). In the case of the uncalcined samples, the 5% and 10% replacements reach 103.55% and 102.64% of the tensile strength obtained by the standard sample (15.54 [MPa]), while for the compressive strength they reach 92.32% and 80.07% of the strength achieved by the standard sample (27.81 [MPa]). For the compressive strengths, the standard deviations rectify that the standard sample has a higher strength than the samples with replacement, except for the uncalcined sample with 5%, whose range of dispersion of the data coincides with those of the standard sample. On the other hand, for the flexural tests, although the average indicates an advantage of the replacements, the range generated with the data dispersion coincides to a large extent with those of the standard sample.This study aims to position itself as a relevant research by examining how the partial replacement of cement with marine shells affects the mechanical properties of the mortar. The final results are anticipated to be valuable contributions to the construction industry.