Desarrollo de un concreto tipo UHPC/UHPFRC con alto volumen de vidrio reciclado y cemento disponible localmente

Abstract

El avance de las investigaciones dirigidas a la creación de nuevos materiales para la construcción ha dado lugar a la emergencia del concreto de ultra altas prestacio nes (UHPC, por sus siglas en inglés). A pesar de que la resistencia a la compresión de estos concretos supera o iguala los 120 MPa según la norma ASTM, exhiben una fragilidad propia si no se dosifican adecuadamente con fibras, dando lugar a los concretos de ultra altas prestaciones reforzadas con fibras (UHPFRC, por sus siglas en inglés). Así, el concreto UHPC/UHPFRC se revela como un material dotado de propiedades mecánicas y de durabilidad excepcionales, fundamentando su rendi miento en una matriz altamente densificada y una porosidad mínima. No obstante, varios componentes característicos del UHPC/UHPFRC implican un costo elevado en la formulación de la mezcla, tal es el caso del humo de sílice y las fibras metá licas, mientras que otros, como la arena fina de cuarzo y el polvo de cuarzo cris talino, conllevan riesgos potenciales de carcinogenicidad. Este escenario motiva la exploración de materiales alternativos que puedan no solo reducir el costo final del producto, sino también mitigar los riesgos para la salud y disminuir el impacto ambiental, especialmente si se incorporan materiales reciclados. En países como Colombia, la obtención de un concreto con bajo contenido de aluminato tricálcico (C3A) se presenta como un desafío, dificultando la obtención de resistencias ultra altas. Además, la introducción de un nuevo agregado basado en vidrio reciclado exige la realización de ensayos que posibiliten la evaluación de posibles reacciones entre los álcalis presentes y la sílice inestable de los nuevos agregados empleados (ASR). La motivación principal de la presente investigación radica en la necesidad de desarrollar una mezcla del tipo concreto de ultra altas prestaciones (UHPC) que cumpla con los parámetros establecidos por la norma ASTM C1856. Este proceso de optimización tiene como criterios fundamentales el empleo máximo de vidrio reciclado tanto, como agregado, como cemento, la mi nimización de la cantidad de cemento y la incorporación óptima de humo de sílice para prevenir la expansión de ASR. Para cumplir con estos objetivos, se diseñaron dosificaciones que incluyan 1%, 2% y 3% de fibras en volumen para fortalecer la mezcla UHPC optimizada. Las fibras empleadas en el análisis comprendieron fibras comerciales de polipropileno/polietileno, fibras de acero con extremos conforma dos en gancho, y fibras de polietileno reciclado. Con el fin de verificar y alcanzar los objetivos propuestos, se realizaron a cabo ensayos de resistencia a la compre sión, cuantificación de la expansión ASR mediante el método de la barra acelerada y ensayos de flexión de tres puntos Los resultados del presente estudio indican que la utilización de vidrio reciclado con un tamaño de partículas inferior a 1 milímetro no resultó suficiente para preve nir la expansión de la reacción álcali-sílice (ASR), ya que en este trabajo se necesitó una dosificación de 155 kg./m3 de humo de sílice para inhibir la ocurrencia de esta reacción. El proceso de optimización llevado a cabo permitió la formulación de un Concreto de Ultra Altas Prestaciones (UHPC) con una dosis de vidrio reciclado que representó el 52% de su masa total, cumpliendo simultáneamente con los requi sitos de resistencia a la compresión establecidos por la norma. ASTM. En relación con las probetas de Concreto Reforzado con Fibras de Ultra Altas Prestaciones (UHPFRC), se controlará que aquellas reforzadas con 1%, 2% y 3% de fibras metá licas con extremos en forma de gancho exhibieron un destacado comportamiento a flexión. De manera similar, las sondas reforzadas con 2% y 3% de fibras comer ciales poliméricas de polipropileno/ polietileno presentaron un desempeño sobre saliente en términos de flexión. No obstante, las probetas de UHPFRC reforzadas con fibras recicladas no lograrán alcanzar un comportamiento adecuado a flexión en ninguna de las dosificaciones evaluadas. En lo que respecto a la capacidad de absorción de energía, se destacó que las sondas reforzadas con 2% de fibras de polipropileno/polietileno en volumen exhibieron una energía absorbida un 69% superior en comparación con las sondas reforzadas con 2% de fibras metálicas y un aumento del 43% en comparación con las sondas reforzadas con 3% de fibras metálicas en volumen.