Análisis de la influencia de la adición de biosólidos calcinados en la resistencia a la compresión de un mortero

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

The feasibility of using biosolids from a wastewater treatment plant (WWTP) as a cementitious supplement and incinerated at 850°C is being studied. Two types of ash were prepared, differentiated by their calcination time: BC1 (biosolids calcined for sixty minutes) and BC3 (biosolids calcined for one hundred and eighty minutes). Both were included in place of 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, and 30% of the cement mix, generating series of 50 mm cubic specimens that were cured for a period of 28 days. The compressive strength test results show two ideal situations: 1. BC3 at 5%, which improves the compressive strength to 186 kg/cm² (+52% compared to the control), and 2. BC1 at 30%, reaching a strength of 218 kg/cm² (+79% compared to the control). The multiscale SEM-EDS study (200→2 µm) revealed that the 3-hour ash, which is rich in reactive Ca-Si-Al oxides, consumes portlandite and produces dense C-S-H/C-A-S-H gels, which obscure the transition area between the paste and the aggregate. In contrast, the 1-hour ash, with residual carbon, also functions as an internal curing agent and as a filler by filling capillaries at high dosages. EDS spectra confirmed that the best-performing mixtures had a Ca/Si ratio between 1.2 and 1.5, as well as the presence of carbon-aluminates and ettringite that strengthen the matrix.

Descripción

Se estudia la viabilidad de que los biosólidos, provenientes de una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR), sean utilizados como suplemento cementante y sean incinerados a 850 °C. Se prepararon dos tipos de cenizas, diferenciadas por su tiempo de calcinación: BC1 (biosólidos calcinados por sesenta minutos) y BC3 (biosólidos calcinados por ciento ochenta minutos). Ambas fueron incluidas en lugar del 5%, 10%, 15%, 20%, 25% y el 30% de la mezcla de cemento, generando series de probetas cúbicas con dimensiones de 50 mm que se curaron por un lapso de 28 días. Los resultados del ensayo de resistencia a la compresión muestran dos situaciones ideales: 1. BC3 al 5 %, que mejora la resistencia a la compresión hasta los 186 kg/cm² (+52 % en comparación con el control), y 2. BC1 al 30 %, alcanza una resistencia de 218 kg/cm² (+79 % en comparación con el control). El estudio multiescala SEM-EDS (200→2 µm) reveló que la ceniza de 3 horas, la cual es rica en óxidos reactivos de Ca-Si-Al, consume portlandita y produce geles C-S-H/C-A-S-H densos, los cuales tapan el área de transición entre la pasta y el árido. En cambio, la ceniza de 1 hora, con carbono residual, también funciona como agente de curado interno y como filler al llenar capilares a dosificaciones elevadas. Los espectros EDS confirmaron que las mezclas con mejor rendimiento tenían una relación Ca/Si de entre 1.2 y 1.5, así como la existencia de carbón-aluminatos y etringita que fortalecen la matriz.

Palabras clave

Análisis microestructural SEM-EDS, Biosólidos calcinados, Material cementante suplementario, Mortero sostenible, Reactividad puzolánica, Resistencia a la compresión

Materias

Maestría en Ingeniería Civil -- Tesis y disertaciones académicas , Materiales de construcción , Cemento , Resistencia de materiales , Purificación de aguas residuales

Citación