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This work studies the effect of nanosilica (NS) on the rheology of cement paste by comparing it with two high specific surface area silicas: silica fume (SF) and pyrogenic silica (PS). Portland cement pastes were produced with different water-to-cementing material ratios and different solid substitutions of cement by silica. Water demand, setting time, and rheology tests were performed. Results showed that NS and SF decreased plastic viscosity, while PS increased it. Only PS was found to have an effect on yield stress. NS showed the most decreasing effect on viscosity, regardless of its higher water demand. It was concluded that the behavior of pastes containing NS and SF is governed by the “ball-bearing” effect from silica particles, by their agglomeration degree, and their impact on the solid volume fraction. The behavior of pastes containing PS is governed by its ability to absorb a portion of the mixing water., Este trabajo estudia el efecto de la nanosílice (NS) sobre la reología de pastas de cemento por comparación con sílices de alta área superficial: humo de sílice (SF) y pirosílice (PS). Las pastas fueron fabricadas con diferentes relaciones agua-material cementante y sustituciones sólidas de sílice. Fueron ejecutados ensayos de demanda de agua, tiempo de fraguado y reología. Se encontró que la NS y SF disminuyen la viscosidad plástica, mientras que la PS la aumenta. Solo la PS tuvo efecto sobre el límite elástico. La NS presentó mayor disminución de la viscosidad, independientemente de su alta demanda de agua. Se concluyó que el comportamiento de las pastas con NS y SF es gobernado por el efecto de “rodamiento” de la sílice, por su grado de aglomeración y por su impacto en la fracción de sólidos. El comportamiento de las pastas con PS es gobernado por su capacidad de absorber agua.

[ES] Efecto de diferentes sílices de alta área superficial sobre la reología de pastas de cemento. Este tra¬bajo estudia el efecto de la nanosílice (NS) sobre la reología de pastas de cemento por comparación con sílices de alta área superficial: humo de sílice (SF) y pirosílice (PS). Las pastas fueron fabricadas con diferentes rela¬ciones agua-material cementante y sustituciones sólidas de sílice. Fueron ejecutados ensayos de demanda de agua, tiempo de fraguado y reología. Se encontró que la NS y SF disminuyen la viscosidad plástica, mientras que la PS la aumenta. Solo la PS tuvo efecto sobre el límite elástico. La NS presentó mayor disminución de la viscosidad, independientemente de su alta demanda de agua. Se concluyó que el comportamiento de las pastas con NS y SF es gobernado por el efecto de ¿rodamiento¿ de la sílice, por su grado de aglomeración y por su impacto en la fracción de sólidos. El comportamiento de las pastas con PS es gobernado por su capacidad de absorber agua., [EN] This work studies the effect of nanosilica (NS) on the rheology of cement paste by comparing it with two high specific surface area silicas: silica fume (SF) and pyrogenic silica (PS). Portland cement pastes were produced with different water-to-cementing material ratios and different solid substitutions of cement by silica. Water demand, setting time, and rheology tests were performed. Results showed that NS and SF decreased plastic viscosity, while PS increased it. Only PS was found to have an effect on yield stress. NS showed the most decreasing effect on viscosity, regardless of its higher water demand. It was concluded that the behavior of pastes containing NS and SF is governed by the "ball-bearing" effect from silica particles, by their agglomeration degree, and their impact on the solid volume fraction. The behavior of pastes containing PS is governed by its ability to absorb a portion of the mixing water.

The application of electrical fields to determine the chloride diffusion coefficients through concrete has become a need in order to obtain the required results in reasonable periods of time. However, this acceleration could modify the complex interactions between the chloride ions and the cementitious matrix, being the coefficients obtained by migration tests not representative of those of natural conditions. This subject is undertaken in this paper by performing steady and non-steady state migration tests for chlorides and natural diffusion for oxygen and chloride ions. As a result it has been stated that when applying an electrical field (until 10.5 V/cm), the transport of chloride ions take place through the same kind of pores, but the interaction to combine chlorides is smaller than when driven by natural diffusion. This is a point to be taken into account when designing the experimental conditions for migration tests to determine the non steady state diffusion coefficient of chloride ions.La determinación de coeficientes de difusión de los iones cloruro a través del hormigón precisa en muchas ocasiones de la aplicación de campos eléctricos con el fin de obtener resultados en plazos razonables de tiempo. Sin embargo, esta aceleración del transporte podría modificar las complejas interacciones que tienen lugar entre los iones cloruro y la matriz de cemento, haciendo que los coeficientes obtenidos mediante ensayos de migración no fueran representativos de condiciones de difusión natural. Este aspecto se aborda en el presente trabajo mediante la realización de ensayos de migración de cloruros en estado estacionario y no estacionario, así como de difusión natural de cloruros y oxígeno en estado estacionario. Como resultado, se ha podido establecer que cuando el transporte se produce por migración, hasta un campo aplicado de 10.5 V/cm, ésta tiene lugar a través de poros del mismo tamaño que por los que se lleva a cabo la difusión natural, produciéndose una interacción más débil del adsorbato con el sustrato que en difusión natural, lo que debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar los ensayos de migración para la determinación de los coeficientes de difusión de cloruros en estado no estacionario.

Coal mining wastes are associated with serious environmental problems; they have potential as building materials, including alkali-activated cement. In this study, the effect of different coal mining wastes on the mechanical properties and microstructural development of alkali-activated materials (AAMs) was evaluated through XRD, SEM and FTIR spectroscopy. Different alkali-activated compounds were produced; the alkaline solution was composed of NaOH+Na2SiO3. The results obtained using the calcined coal sludge showed excellent mechanical performance, with compressive strength higher than 60 MPa. However, addition of metakaolin and ordinary Portland cement was necessary to increase the mechanical performance of calcined coal gangue materials. The formation of N-A-S-H gel and the incorporation of iron ions into the cementitious matrix were evidenced. Ultrasonic pulse velocity indicated the early polymerization during the reaction processes. The study verified that the different characteristics of the wastes influence the performance of alkali-activated materials., Los residuos de minería de carbón causan serios problemas ambientales, no obstante, tienen potencial como material de construcción, destacándose los cementos activados alcalinamente. El efecto de los residuos de carbón sobre las propiedades mecánicas y el desarrollo microestructural de los cementos activados alcalinamente son objeto de este estudio. Para ello, se utilizaron las técnicas de DRX, SEM y FTIR. Se produjeron diferentes compuestos activados alcalinamente, utilizando NaOH + Na2SiO3 como activador alcalino y curado térmico (50 °C durante 24 h). Los resultados obtenidos a partir del lodo de carbón calcinado mostraron un excelente rendimiento mecánico, con una resistencia a la compresión superior a 60 MPa. Sin embargo, en el caso de los materiales obtenidos a partir de la ganga de carbón calcinada, fue necesaria la adición de metacaolín y cemento Portland para aumentar sus resistencias mecánicas. Asimismo, se evidenció la formación de gel N-A-S-H y la incorporación de iones de hierro en la matriz cementante. El ensayo de velocidad de pulso ultrasónica indicó la polimerización inicial durante el proceso de reacción. Gracias a este se ha comprobado que las diferentes características de los residuos influyen en las propiedades y comportamiento de los correspondientes materiales activados alcalinamente.

Coal mining wastes are associated with serious environmental problems; they have potential as building materials, including alkali-activated cement. In this study, the effect of different coal mining wastes on the mechanical properties and microstructural development of alkali-activated materials (AAMs) was evaluated through XRD, SEM and FTIR spectroscopy. Different alkali-activated compounds were produced; the alkaline solution was composed of NaOH+Na2SiO3. The results obtained using the calcined coal sludge showed excellent mechanical performance, with compressive strength higher than 60 MPa. However, addition of metakaolin and ordinary Portland cement was necessary to increase the mechanical performance of calcined coal gangue materials. The formation of N-A-S-H gel and the incorporation of iron ions into the cementitious matrix were evidenced. Ultrasonic pulse velocity indicated the early polymerization during the reaction processes. The study verified that the different characteristics of the wastes influence the performance of alkali-activated materials. Los residuos de minería de carbón causan serios problemas ambientales, no obstante, tienen potencial como material de construcción, destacándose los cementos activados alcalinamente. El efecto de los residuos de carbón sobre las propiedades mecánicas y el desarrollo microestructural de los cementos activados alcalinamente son objeto de este estudio. Para ello, se utilizaron las técnicas de DRX, SEM y FTIR. Se produjeron diferentes compuestos activados alcalinamente, utilizando NaOH + Na2SiO3 como activador alcalino y curado térmico (50 °C durante 24 h). Los resultados obtenidos a partir del lodo de carbón calcinado mostraron un excelente rendimiento mecánico, con una resistencia a la compresión superior a 60 MPa. Sin embargo, en el caso de los materiales obtenidos a partir de la ganga de carbón calcinada, fue necesaria la adición de metacaolín y cemento Portland para aumentar sus resistencias mecánicas. Asimismo, se evidenció la formación de gel N-A-S-H y la incorporación de iones de hierro en la matriz cementante. El ensayo de velocidad de pulso ultrasónica indicó la polimerización inicial durante el proceso de reacción. Gracias a este se ha comprobado que las diferentes características de los residuos influyen en las propiedades y comportamiento de los correspondientes materiales activados alcalinamente.

If we are to monitor the chemical processes in cementitious materials, then pH assays in the pore solutions of cement pastes, mortars, and concretes are of key importance. However, there is no standard method that regulates the sample-preparation method for pH determination. The state-of-the-art of different methods for pH determination in cementitious materials is presented in this paper and the influence of sample preparation in each case. Moreover, an experimental campaign compares three different techniques for pH determination. Its results contribute to establishing a basic criterion to help researchers select the most suitable method, depending on the purpose of the research. A simple tool is described for selecting the easiest and the most economic pH determination method, depending on the objective; especially for researchers and those with limited experience in this field., Determinar el pH de la fase acuosa de los poros de pastas de cemento, morteros y hormigones tiene gran importancia en el monitoreo de los procesos químicos que tienen lugar en los materiales cementiceos. Sin embargo, no existe una normativa que regule el método de preparación de la muestra para la determinación de su pH. Este artículo presenta un estado del conocimiento de diferentes metodologías para la determinación del pH de materiales cementiceos y la influencia del método de preparación según el objetivo. Además, se presenta una campaña experimental comparando tres técnicas diferentes. Dicha campaña contribuye a establecer un criterio simple que ayude al investigador en la selección del método más adecuado dependiendo del objeto de studio. Este artículo tiene por objetivo ser una herramienta sencilla para seleccionar la metodología más fácil y económica para determine

If we are to monitor the chemical processes in cementitious materials, then pH assays in the pore solutions of cement pastes, mortars, and concretes are of key importance. However, there is no standard method that regulates the sample-preparation method for pH determination. The state-of-the-art of different methods for pH determination in cementitious materials is presented in this paper and the influence of sample preparation in each case. Moreover, an experimental campaign compares three different techniques for pH determination. Its results contribute to establishing a basic criterion to help researchers select the most suitable method, depending on the purpose of the research. A simple tool is described for selecting the easiest and the most economic pH determination method, depending on the objective; especially for researchers and those with limited experience in this field. Determinar el pH de la fase acuosa de los poros de pastas de cemento, morteros y hormigones tiene gran importancia en el monitoreo de los procesos químicos que tienen lugar en los materiales cementiceos. Sin embargo, no existe una normativa que regule el método de preparación de la muestra para la determinación de su pH. Este artículo presenta un estado del conocimiento de diferentes metodologías para la determinación del pH de materiales cementiceos y la influencia del método de preparación según el objetivo. Además, se presenta una campaña experimental comparando tres técnicas diferentes. Dicha campaña contribuye a establecer un criterio simple que ayude al investigador en la selección del método más adecuado dependiendo del objeto de studio. Este artículo tiene por objetivo ser una herramienta sencilla para seleccionar la metodología más fácil y económica para determine

The present study evaluated the addition of a 3% nopal cactus mucilage solution to cement pastes, in its effects on setting times, flow, hydration, and microstructure, as well as on capillary water absorption and chloride diffusion in concrete. Hydration was characterized through XRD and microstructure was characterized with SEM. The mucilage solution/cement and water/cement ratios tested were 0.30, 0.45, and 0.60. The results in cement pastes indicate that the addition of mucilage increases setting times, reduces flow, slows cement hydration, and inhibits the formation of calcium hydroxide crystals in comparison with the control. Capillary absorption was significantly reduced in concrete containing mucilage, and chloride diffusion coefficients dropped up to 20% in the mixture with a mucilage/cement ratio = 0.30. The mixture with a mucilage/cement ratio = 0.45 displayed marginal reduction, and the mixture with mucilage/cement ratio = 0.60 exhibited a diffusion coefficient that was greater than the control for the specimens without moist curing.En esta investigación se evaluó el efecto de una solución de mucílago de nopal al 3% en los tiempos de fraguado, fluidez, hidratación y microestructura de pastas de cemento, y absorción capilar de agua y difusión de cloruros en concreto. La hidratación fue caracterizada por XRD y la microestructura por medio de SEM. Las relaciones solución de mucílago/cemento y agua/cemento fueron 0,30; 0,45 y 0,60. Los resultados en las pastas de cemento indican que el mucílago retarda los tiempos de fraguado, reduce la fluidez, retarda la hidratación del cemento, e inhibe la formación de cristales de hidróxido de calcio, comparados con los controles. La absorción capilar en concreto conteniendo mucílago se redujo significativamente y los coeficientes de difusión de cloruros disminuyeron hasta 20% en la mezcla mucílago/cemento = 0.30. En la relación mucílago/cemento = 0.45 la reducción fue marginal y en la relación mucílago/cemento = 0,60 el coeficiente de difusión fue mayor que el control para los especímenes sin curado en húmedo.

A method was developed to measure the diffusion coefficient of chloride ions in cement paste based on an analytical solution to Fick’s 2nd law in a cylindrical coordinate system. This natural method yielded diffusivity results within as little as a month. Testing time was reduced by exploiting the three-dimensional inward flux in the specimen. In an attempt to determine the saturation concentration, dense portland cement pastes were exposed to a concentrated chloride solution. The method proved to be useful for exploring cement hydration-induced changes in the diffusion coefficient of cement paste.Se ha desarrollado un método para medir el coeficiente de difusión de los iones cloruro en la pasta de cemento, partiendo de una aplicación analítica de la segunda ley de Fick en un sistema de coordinadas cilíndrico. Este método, que es natural, demostró ser capaz de producir resultados de difusividad en tan solo un mes. Se consiguió reducir el tiempo de ensayo mediante el aprovechamiento de la tridimensionalidad del flujo desde el exterior al interior de la probeta. A fin de determinar la concentración de saturación, se sometieron las pastas de cemento Portland a una disolución de cloruros concentrada. Este método resultó ser útil en el estudio de los cambios del coeficiente de difusión de la pasta de cemento provocados por las reacciones de hidratación que tienen lugar en esta.

Concrete diffusivity is a function of its microstructure on many scales, ranging from nanometres to millimetres. Multi-scale techniques are therefore needed to model this parameter. Representative elementary volume (REV), in conjunction with the homogenization principle, is one of the most common multi-scale approaches. This study aimed to establish a procedure for establishing the REV required to determine cement paste diffusivity based on a three-step, numerical-statistical approach. First, several series of 3D cement paste microstructures were generated with HYMOSTRUC3D, a cement hydration and microstructure model, for different volumes of cement paste and w/c ratios ranging from 0.30 to 0.60. Second, the finite element method was used to simulate the diffusion of tritiated water through these microstructures. Effective cement paste diffusivity values for different REVs were obtained by applying Fick’s law. Finally, statistical analysis was used to find the fluctuation in effective diffusivity with cement paste volume, from which the REV was then determined. The conclusion drawn was that the REV for measuring diffusivity in cement paste is 100x100x100 μm3., La difusividad del hormigón depende de su microestructura a numerosas escalas, desde nanómetros hasta milímetros, por lo que se precisa de técnicas multiescala para representar este parámetro. Junto con el principio de homogeneización, uno de los métodos multiescala más habituales es el volumen elemental representativo (VER). El objeto de este estudio era establecer un procedimiento que permitiera determinar el VER necesario para calcular la difusividad de la pasta de cemento, basándose en un método numéricoestadístico que consta de tres etapas. Primero, se crearon varias series de microestructuras de pasta de cemento en 3D con HYMOSTRUC3D, un programa que permite crear un modelo de la hidratación y microestructura del cemento. Luego se empleó el método de elementos finitos para simular la difusión de agua tritiada a través de estas microestructuras y se obtuvieron los valores de difusividad efectiva de la pasta de cemento para distintos VER aplicando la ley de Fick. Por último se realizó un análisis estadístico para hallar la fluctuación de la difusividad efectiva en función del volumen de pasta de cemento, a partir de la cual se determinó posteriormente el VER. Se llegó a la conclusión de que el VER para la medición de la difusividad en la pasta de cemento es de 100x100x100 μm3.

Se simuló la acción agresiva de los denominados iones fundamentales (sulfato, cloruro y magnesio) y los gases agrios presentes en el gas natural (CO2 y H2S) sobre un cemento API clase H utilizado en pozos gasíferos a presión y temperatura elevadas, al objeto de observar sus alteraciones fisicoquímicas por la acción combinada de tales gases y las aguas de formación. Se prepararon varias probetas del material cementante para su inmersión en disoluciones neutras, conteniendo los iones fundamentales en concentraciones fijas, dentro de reactores tipo Parr. Se analizaron durante más de dos meses una serie de disoluciones en contacto con el cemento utilizado; así como, mediante DRX, la evolución de la mineralogía de dicho material entre los 14 y los 60 días. Los principales efectos de ambos gases, en conjunto o por separado, sobre la durabilidad del cemento fueron, respectivamente, la formación de carbonato cálcico y la lixiviación de algunos componentes. This paper discusses the attack of the major ions (sulfate, chloride, and magnesium) and sour gases, present in natural gas (CO2 y SH2), on API class H cement, the type used in gas wells under high pressure and temperature. The effects of these chemical agents on this cement was simulated to study the physicochemical changes due to the action of sour gases and formation water. Cement specimens were immersed in neutral solutions containing fixed concentrations of the major ions inside Parr reactors. These solutions were analysed and XRD analyses were conducted for over two months to identify mineralogical variations from 14 to 60 days. The objective of this research was to determine the effects of the joint attack of major ions and sour gases on cement pastes. The main effects of both gases, jointly or separately, on cement durability were, respectively, the carbonation process and the leaching of some components.

Prediction of the mechanical properties of cement paste at microscale has been done in this contribution by making use of 3D lattice fracture model. The microstructure of cement paste is simulated by HYMOSTRUC3D first, which is represented in terms of sphere particles. Then the microstructure is converted into a voxel-based image, and a lattice system is constructed based on the image of the microstructure through ImgLat (Image to Lattice). A virtual uni-axial tensile test is configured and the fracture process is simulated by GLAK (Generalized Lattice Analysis Kernel). The outputs of fracture process simulation are the load-displacement diagram and micro-cracks propagation. The load-displacement diagram reveals the tensile behavior of cement paste at microscale, from which the elastic modulus and tensile strength can be obtained. A numerical experiment is carried out to show how the model works, and the final results also demonstrate the feasibility of the above modeling procedure.En el presente trabajo se ha realizado una predicción de las propiedades mecánicas del cemento en la micro-escala, empleando un modelo de fractura reticular 3D. En primer lugar se simula la micro-estructura del cemento mediante el código HYMOSTRUC3D, representando dicha micro-estructura mediante partículas esféricas. A continuación, la micro-estructura generada se convierte en una imagen basada en “vóxeles”, y se construye un sistema reticular basado en esa imagen mediante el código ImgLat (Image to Lattice). Se define un ensayo de tensión uniaxial virtual, y se simula el proceso de fractura usando el código GLAK (Generalized Lattice Análisis Kernel). Los resultados obtenidos de esta simulación del proceso de fractura son diagramas de carga-desplazamiento y propagación de micro-roturas. El diagrama de carga-desplazamiento caracteriza el comportamiento a fractura de la pasta de cemento en la micro-escala, y a partir de éste se puede obtener la resistencia a fractura y el módulo de elasticidad del material. Con el objetivo de mostrar el funcionamiento de la simulación, se ha realizado un experimento teórico, cuyos resultados sirven para validar el modelo empleado.

Prediction of the mechanical properties of cement paste at microscale has been done in this contribution by making use of 3D lattice fracture model. The microstructure of cement paste is simulated by HYMOSTRUC3D first, which is represented in terms of sphere particles. Then the microstructure is converted into a voxel-based image, and a lattice system is constructed based on the image of the microstructure through ImgLat (Image to Lattice). A virtual uni-axial tensile test is configured and the fracture process is simulated by GLAK (Generalized Lattice Analysis Kernel). The outputs of fracture process simulation are the load-displacement diagram and micro-cracks propagation. The load-displacement diagram reveals the tensile behavior of cement paste at microscale, from which the elastic modulus and tensile strength can be obtained. A numerical experiment is carried out to show how the model works, and the final results also demonstrate the feasibility of the above modeling procedure., En el presente trabajo se ha realizado una predicción de las propiedades mecánicas del cemento en la micro-escala, empleando un modelo de fractura reticular 3D. En primer lugar se simula la micro-estructura del cemento mediante el código HYMOSTRUC3D, representando dicha micro-estructura mediante partículas esféricas. A continuación, la micro-estructura generada se convierte en una imagen basada en “vóxeles”, y se construye un sistema reticular basado en esa imagen mediante el código ImgLat (Image to Lattice). Se define un ensayo de tensión uniaxial virtual, y se simula el proceso de fractura usando el código GLAK (Generalized Lattice Análisis Kernel). Los resultados obtenidos de esta simulación del proceso de fractura son diagramas de carga-desplazamiento y propagación de micro-roturas. El diagrama de carga-desplazamiento caracteriza el comportamiento a fractura de la pasta de cemento en la micro-escala, y a partir de éste se puede obtener la resistencia a fractura y el módulo de elasticidad del material. Con el objetivo de mostrar el funcionamiento de la simulación, se ha realizado un experimento teórico, cuyos resultados sirven para validar el modelo empleado.

This study explores the physical-chemical characteristics of paste and mortar with an eco-friendly binder named as SFC cement, produced by a ternary mixture of industrial waste materials of ground granulated blast furnace slag (S), Class F fly ash (FFA), and circulating fluidized bed combustion fly ash (CFA). To trigger the hydration, the CFA, which acted as an alkaline-sulfate activator, was added to the blended mixture of slag and FFA. The water to binder ratio (W/B), curing regime, and FFA addition significantly affected the engineering performances and shrinkage/expansion of the SFC pastes and mortars. The SFC mortars had higher workability than that of ordinary Portland cement (OPC). With similar workability, the SFC mortars had compressive strengths and expansions comparable to OPC mortars. The main hydration products of the hardened SFC cement were ettringite (AFt) and C-S-H/C-A-S-H. The transformation of the AFt to the monosulfates was observed as the hydration time increased., Este trabajo estudia las características fisicoquímicas de pastas y morteros con un ligante eco-amigable llamado cemento SFC, producido por una mezcla ternaria de materiales a partir de residuos industriales tales como escorias granuladas de alto horno (S), ceniza volante clase F (FFA), y cenizas volantes de combustión en lecho fluidizado circulante (CFA). Para desencadenar la hidratación, el CFA que actuó como un activador alcalino-sulfato se añadió a la mezcla combinada de escoria y FFA. La relación de agua/ligante (W/B), el tipo de curado, y la adición de FFA afectaron significativamente a las prestaciones mecánicas así como a la retracción/expansión de pastas y morteros de SFC. Los morteros SFC presentaron una trabajabilidad mayor que los correspondientes de cemento de Portland (OPC). Con una trabajabilidad similar, los morteros SFC presentaron resistencias mecánicas y expansión comparables a los morteros de OPC. Los principales productos de hidratación del cemento SFC fueron etringita (AFt) y geles C-S-H/C-A-S-H. La transformación de AFt a mono sulfatos fue observada a medida que el tiempo de hidratación progresaba.

This study explores the physical-chemical characteristics of paste and mortar with an eco-friendly binder named as SFC cement, produced by a ternary mixture of industrial waste materials of ground granulated blast furnace slag (S), Class F fly ash (FFA), and circulating fluidized bed combustion fly ash (CFA). To trigger the hydration, the CFA, which acted as an alkaline-sulfate activator, was added to the blended mixture of slag and FFA. The water to binder ratio (W/B), curing regime, and FFA addition significantly affected the engineering performances and shrinkage/expansion of the SFC pastes and mortars. The SFC mortars had higher workability than that of ordinary Portland cement (OPC). With similar workability, the SFC mortars had compressive strengths and expansions comparable to OPC mortars. The main hydration products of the hardened SFC cement were ettringite (AFt) and C-S-H/C-A-S-H. The transformation of the AFt to the monosulfates was observed as the hydration time increased.Este trabajo estudia las características fisicoquímicas de pastas y morteros con un ligante eco-amigable llamado cemento SFC, producido por una mezcla ternaria de materiales a partir de residuos industriales tales como escorias granuladas de alto horno (S), ceniza volante clase F (FFA), y cenizas volantes de combustión en lecho fluidizado circulante (CFA). Para desencadenar la hidratación, el CFA que actuó como un activador alcalino-sulfato se añadió a la mezcla combinada de escoria y FFA. La relación de agua/ligante (W/B), el tipo de curado, y la adición de FFA afectaron significativamente a las prestaciones mecánicas así como a la retracción/expansión de pastas y morteros de SFC. Los morteros SFC presentaron una trabajabilidad mayor que los correspondientes de cemento de Portland (OPC). Con una trabajabilidad similar, los morteros SFC presentaron resistencias mecánicas y expansión comparables a los morteros de OPC. Los principales productos de hidratación del cemento SFC fueron etringita (AFt) y geles C-S-H/C-A-S-H. La transformación de AFt a mono sulfatos fue observada a medida que el tiempo de hidratación progresaba.

The present study aims to gain a fuller understandingof the curing process in lime pastes (100, 90, 80, 70,60, 50 and 40% lime) blended with cement by analyzingcarbonation in these materials. A hydrated, airslaked lime powder and CEM II A/L 32.5 Portlandcement were used for the blends. These materialswere singled out for research primarily because theymay be used in the restoration of heritage monuments.Variation in weight was used as an indicator for carbonation.A new parameter, A, was found to vary inverselywith the percentage of the cement because of theprevalence of Knudsen diffusion in the paste, in turndue to the characteristics of the pore structure, whichwas studied by mercury intrusion porosimetry (MIP).The hygroscopic study conducted on the different pastesprovided information on water content at a givenhumidity and its location, i.e., adsorbed on the surfaceof the pores or condensed inside them, obstructing thediffusion of CO2. The conclusion drawn from this studyof the curing process was that neither drying nor C3Shydration retarded lime carbonation.En este trabajo se estudia el proceso de carbonatacionen pastas mixtas de cal y cemento (100, 90, 80, 70, 60,50 y 40% de cal) con el objeto de obtener un mejorconocimiento del proceso de curado en estos materiales.Para ello se ha empleado una cal aerea hidratada en polvoy un cemento Portland del tipo CEM II A/L 32,5. Enparticular, este estudio investiga estos materiales ya quepueden ser utilizados en la restauracion del PatrimonioCultural. Se ha utilizado la variacion de peso como indicadordel proceso de carbonatacion. Se ha establecidoun nuevo parametro, A, que varia inversamente con elporcentaje de cemento en la pasta, debido al predominiode la difusion de Knudsen como consecuencia de laestructura porosa, que ha sido estudiada por medio deporosimetria de intrusion de mercurio (PIM). El estudiohigroscopico realizado sobre las diversas pastas permiteconocer el contenido en agua a una determinada humedady si esta se adsorbe sobre la superficie de los poroso condensa en ellos bloqueando la difusion del CO2. Delestudio del proceso de curado, se puede concluir que niel proceso de secado ni la hidratacion de C3S retrasan elproceso de carbonatacion de la cal de la mezcla.

Calcium leaching is a degradation process consisting in progressive dissolution of the cement paste by migration of calcium atoms to the aggressive solution. It is therefore, a complex phenomenon involving several phases and dissolution and diffusion processes simultaneously. Along this work, a new computational scheme for the simulation of the degradation process in three dimensions was developed and tested. The toolkit was used to simulate accelerated calcium leaching by a 6M ammonium nitrate solution in cement matrices. The obtained outputs were the three dimensional representation of the matrix and the physicochemical properties of individual phases as a consequence of the degradation process. This not only makes it possible to study the evolution of such properties as a function of time but also as a function of the position within the matrix. The obtained results are in good agreement with experimental values of the elastic modulus in degraded and undegraded samples., El lixiviado de calcio es un proceso de degradación consistente en la disolución progresiva de la pasta de cemento por la migración de los átomos de calcio a la disolución agresiva. Se trata por tanto de un fenómeno complejo que involucra simultáneamente diferentes fases y procesos de disolución y difusión. En este trabajo se desarrolló y probó una nueva herramienta computacional para la simulación del proceso de degradación en tres dimensiones. Para ello se simuló el lixiviado de calcio acelerado provocado por una disolución de nitrato amónico 6M en matrices de cemento. Como resultado se obtuvieron la representación tridimensional de la matriz y las propiedades físico-químicas sus fases a lo largo del tiempo. Esto permitió estudiar la evolución de dichas propiedades a lo largo del proceso de degradación así como en función de su posición dentro de la matriz. Los resultados obtenidos coinciden con los valores experimentales del módulo elástico tanto de muestras degradadas como intactas.

[EN]: Calcium leaching is a degradation process consisting in progressive dissolution of the cement paste by migration of calcium atoms to the aggressive solution. It is therefore, a complex phenomenon involving several phases and dissolution and diffusion processes simultaneously. Along this work, a new computational scheme for the simulation of the degradation process in three dimensions was developed and tested. The toolkit was used to simulate accelerated calcium leaching by a 6M ammonium nitrate solution in cement matrices. The obtained outputs were the three dimensional representation of the matrix and the physicochemical properties of individual phases as a consequence of the degradation process. This not only makes it possible to study the evolution of such properties as a function of time but also as a function of the position within the matrix. The obtained results are in good agreement with experimental values of the elastic modulus in degraded and undegraded samples., [ES]: El lixiviado de calcio es un proceso de degradación consistente en la disolución progresiva de la pasta de cemento por la migración de los átomos de calcio a la disolución agresiva. Se trata por tanto de un fenómeno complejo que involucra simultáneamente diferentes fases y procesos de disolución y difusión. En este trabajo se desarrolló y probó una nueva herramienta computacional para la simulación del proceso de degradación en tres dimensiones. Para ello se simuló el lixiviado de calcio acelerado provocado por una disolución de nitrato amónico 6M en matrices de cemento. Como resultado se obtuvieron la representación tridimensional de la matriz y las propiedades físico-químicas sus fases a lo largo del tiempo. Esto permitió estudiar la evolución de dichas propiedades a lo largo del proceso de degradación así como en función de su posición dentro de la matriz. Los resultados obtenidos coinciden con los valores experimentales del módulo elástico tanto de muestras degradadas como intactas., The authors would like to acknowledge the financial support from the European Commission as part of the project: Computationally driven design of innovative cement-based materials “CODICE” (CP-FP 214030-2).

The present study evaluated the addition of a 3% nopal cactus mucilage solution to cement pastes, in its effects on setting times, flow, hydration, and microstructure, as well as on capillary water absorption and chloride diffusion in concrete. Hydration was characterized through XRD and microstructure was characterized with SEM. The mucilage solution/cement and water/cement ratios tested were 0.30, 0.45, and 0.60. The results in cement pastes indicate that the addition of mucilage increases setting times, reduces flow, slows cement hydration, and inhibits the formation of calcium hydroxide crystals in comparison with the control. Capillary absorption was significantly reduced in concrete containing mucilage, and chloride diffusion coefficients dropped up to 20% in the mixture with a mucilage/cement ratio = 0.30. The mixture with a mucilage/cement ratio = 0.45 displayed marginal reduction, and the mixture with mucilage/cement ratio = 0.60 exhibited a diffusion coefficient that was greater than the control for the specimens without moist curing., En esta investigación se evaluó el efecto de una solución de mucílago de nopal al 3% en los tiempos de fraguado, fluidez, hidratación y microestructura de pastas de cemento, y absorción capilar de agua y difusión de cloruros en concreto. La hidratación fue caracterizada por XRD y la microestructura por medio de SEM. Las relaciones solución de mucílago/cemento y agua/cemento fueron 0,30; 0,45 y 0,60. Los resultados en las pastas de cemento indican que el mucílago retarda los tiempos de fraguado, reduce la fluidez, retarda la hidratación del cemento, e inhibe la formación de cristales de hidróxido de calcio, comparados con los controles. La absorción capilar en concreto conteniendo mucílago se redujo significativamente y los coeficientes de difusión de cloruros disminuyeron hasta 20% en la mezcla mucílago/cemento = 0.30. En la relación mucílago/cemento = 0.45 la reducción fue marginal y en la relación mucílago/cemento = 0,60 el coeficiente de difusión fue mayor que el control para los especímenes sin curado en húmedo.

A method was developed to measure the diffusion coefficient of chloride ions in cement paste based on an analytical solution to Fick’s 2nd law in a cylindrical coordinate system. This natural method yielded diffusivity results within as little as a month. Testing time was reduced by exploiting the three-dimensional inward flux in the specimen. In an attempt to determine the saturation concentration, dense portland cement pastes were exposed to a concentrated chloride solution. The method proved to be useful for exploring cement hydration-induced changes in the diffusion coefficient of cement paste., Se ha desarrollado un método para medir el coeficiente de difusión de los iones cloruro en la pasta de cemento, partiendo de una aplicación analítica de la segunda ley de Fick en un sistema de coordinadas cilíndrico. Este método, que es natural, demostró ser capaz de producir resultados de difusividad en tan solo un mes. Se consiguió reducir el tiempo de ensayo mediante el aprovechamiento de la tridimensionalidad del flujo desde el exterior al interior de la probeta. A fin de determinar la concentración de saturación, se sometieron las pastas de cemento Portland a una disolución de cloruros concentrada. Este método resultó ser útil en el estudio de los cambios del coeficiente de difusión de la pasta de cemento provocados por las reacciones de hidratación que tienen lugar en esta.

Los iones cloruro juegan un papel muy importante en el deterioro de las estructuras de concreto armado. Existen diversos métodos de prueba para evaluar la resistencia de penetración de los iones cloruro en el concreto. Tradicionalmente los métodos empleados son de naturaleza destructiva y normalmente requieren de tiempo considerable para la obtención de resultados, ya sea a nivel laboratorio o en estructuras en campo. Es por lo tanto deseable explorar otras técnicas no destructivas para evaluar el ingreso de cloruros en el concreto que sean rápidas y confiables. El ultrasonido ha sido usado para determinar diversas propiedades del concreto tales como espesor, resistencia, defectos internos, así como monitorear el fraguado y endurecimiento; sin embargo, no ha habido ningún esfuerzo de investigación relacionado con el uso de técnicas basadas en ultrasonido para detectar el ingreso de iones de cloruro en materiales a base de cemento. El objetivo de este trabajo es demostrar la capacidad de la técnica de interferometría ultrasónica como una técnica altamente sensitiva para detectar cambios en la respuesta de pastas de cemento cuando agua destilada o soluciones de cloruro de sodio al 16.5% y 33% penetran el material poroso por flujo capilar o por una saturación al vacio. Los resultados demuestran la capacidad de esta técnica para detectar cambios en la señal de respuesta resultantes de la diferencia en los líquidos que penetran la muestra.

This study aimed to analyse the re-use of dam silt as a supplementary binder for self-compacting concrete (SCC). When burnt, silt becomes more reactive because the kaolin it contains is converted into metakaolin. Portland cement, calcined or burnt silt and ground granulated blast furnace slag were used in this research. Cement pastes were prepared with blends containing two or three of these materials. The replacement ratio for burnt silt in both cases was 10 % and 20 % by cement weight and the ratio for the slag was a constant 30 % by weight of the blend. Rheological and zeta potential tests were conducted to evaluate paste electrokinetics and rheological behaviour. The findings showed that burnt silt is apt for use as an addition to cement for SCC manufacture., En el presente trabajo se ha analizado la posibilidad de utilizar los lodos procedentes de embalses como adición en la fabricación del hormigón autocompactante (HAC). Con la calcinación, estos materiales se vuelven más reactivos debido a la transformación en metacaolín, del caolín que forma parte de su composición. Las materias primas empleadas en esta investigación son: cemento Pórtland, lodos de embalse calcinados y escorias granuladas de horno alto. Se prepararon pastas de cemento con mezclas que contenían dos o tres de estos materiales. El porcentaje de reemplazo de los lodos calcinados osciló entre el 10 y el 20 % en peso del cemento, mientras que el de la escoria fue del 30 % en peso de la mezcla. Se llevaron a cabo ensayos reológicos y de potencial zeta para evaluar el comportamiento electrocinético y reológico de las distintas pastas. De acuerdo con los resultados obtenidos, una vez calcinados, los lodos de embalse son aprovechables como adición al cemento con destino a la preparación de HAC.

The present study aims to gain a fuller understandingof the curing process in lime pastes (100, 90, 80, 70,60, 50 and 40% lime) blended with cement by analyzingcarbonation in these materials. A hydrated, airslaked lime powder and CEM II A/L 32.5 Portlandcement were used for the blends. These materialswere singled out for research primarily because theymay be used in the restoration of heritage monuments.Variation in weight was used as an indicator for carbonation.A new parameter, A, was found to vary inverselywith the percentage of the cement because of theprevalence of Knudsen diffusion in the paste, in turndue to the characteristics of the pore structure, whichwas studied by mercury intrusion porosimetry (MIP).The hygroscopic study conducted on the different pastesprovided information on water content at a givenhumidity and its location, i.e., adsorbed on the surfaceof the pores or condensed inside them, obstructing thediffusion of CO2. The conclusion drawn from this studyof the curing process was that neither drying nor C3Shydration retarded lime carbonation., En este trabajo se estudia el proceso de carbonatacionen pastas mixtas de cal y cemento (100, 90, 80, 70, 60,50 y 40% de cal) con el objeto de obtener un mejorconocimiento del proceso de curado en estos materiales.Para ello se ha empleado una cal aerea hidratada en polvoy un cemento Portland del tipo CEM II A/L 32,5. Enparticular, este estudio investiga estos materiales ya quepueden ser utilizados en la restauracion del PatrimonioCultural. Se ha utilizado la variacion de peso como indicadordel proceso de carbonatacion. Se ha establecidoun nuevo parametro, A, que varia inversamente con elporcentaje de cemento en la pasta, debido al predominiode la difusion de Knudsen como consecuencia de laestructura porosa, que ha sido estudiada por medio deporosimetria de intrusion de mercurio (PIM). El estudiohigroscopico realizado sobre las diversas pastas permiteconocer el contenido en agua a una determinada humedady si esta se adsorbe sobre la superficie de los poroso condensa en ellos bloqueando la difusion del CO2. Delestudio del proceso de curado, se puede concluir que niel proceso de secado ni la hidratacion de C3S retrasan elproceso de carbonatacion de la cal de la mezcla.

El propósito de esta investigación es evaluar la influencia del tipo de cemento en sí mismo a altas temperaturas, desestimando el resto de componentes del hormigón. El presente estudio se centra en la comparación del tratamiento de dos tipos de cemento, a saber, cemento Portland (OPC) y cemento aluminoso (cemento de aluminato de calcio, CAC). Se determina las características físicas y resistencias mecánicas a compresión. A pesar de la resistencia a altas temperaturas del CAC y la baja relación agua/cemento (a/c) utilizada, este tipo de pasta de cemento requiere de un curado inminente. Si tal hidratación no se ejecuta en sus primeras edades, la pasta de CAC muestra un comportamiento similar a la pasta de OPC, desaprovechando tanto sus características refractarias como sus altas resistencias mecánicas iniciales. The purpose of this investigation is to evaluate the influence of cement type itself, at high temperatures, disregarding the rest of the concrete components. The present study focuses on the treatment comparison of two cement types, known as, ordinary Portland cement (OPC) and calcium aluminate cement (CAC). The physical characteristics and compressive strength are determined. Despite the resistance to high temperatures of the CAC and the low water/cement (w/c) ratio used, this type of cement paste requires an imminent cure at certain temperature. If such hydration is not carried out in its early ages, the CAC paste shows a behavior similar to OPC paste, wasting both its refractory characteristics and its high initial mechanical resistances. Este trabajo ha sido parcialmente financiado el programa de Investigación y Desarrollo H2020 de la Unión Europea, a través del Grant Agreement 723596, cuyo nombre de referencia es Innova MicroSolar. Este trabajo ha sido cofinanciado por el Ministerio de Economía y Competitividad de España (ENE2015-64117-C5-1-R (MINECO/FEDER) y ENE2015-64117-C5-3-R (MINECO/FEDER)). Los autores quieren agradecer al Gobierno de Cataluña por la acreditación de calidad otorgada a su grupo de investigación (2017 SGR 1537). GREA es un agente TECNIO certificado en la categoría de desarrolladores tecnológicos por el Gobierno de Cataluña. José Miguel Maldonado agradece al Gobierno de España la concesión de la ayuda para contratos predoctorales para la formación de doctores (BES-2016-076554). Alvaro de Gracia agradece los fondos recibidos del programa de Investigación y Desarrollo H2020 de la Unión Europea, a través del Marie Sklodowska-Curie Grant Agreement No 712949.

Castellano: Partiendo de una revisión bibliográfica y marco teórico, en este estudio se examinan las propiedades de los morteros fabricados con árido reciclado mixto. El estudio se realiza a través de la caracterización del árido y de la avaluación las propiedades que estos confieren mortero durante su estado fresco y endurecido. Los resultados son comparados con los de morteros fabricados con áridos convencionales de origen natural. Con relaciones a/c iguales, en los morteros de árido reciclado se observa una diferencia en densidad de la pasta que no puede ser explicada por la mayor porosidad del árido. En general, se observa una baja del 40% de resistencia en morteros con una sustitución del 100% o 50% de árido reciclados. Se observa también una mayor porosidad en la pasta de morteros de árido reciclado que en morteros con áridos naturales fabricados con la misma relación agua/cemento. Se plantea que la forma del árido y la composición química pueden ser los responsable de la reducción en valores de resistencia, en vez de la relación agua/cemento. El estudio de absorción y forma del árido sugiere que estos factores tienen también un efecto en la consistencia de la pasta y su trabajabilidad. Se concluye que más estudios deben ser realizados para comprobar las hipótesis planteadas, y que el comportamiento de este árido en morteros puede ser explotado como una ventaja en vez de un problema. English: Starting with a bibliographical and theoretical revision, this study examines the properties of mortars with mixed recycled with aggregate. The study is executed through the characterization of the aggregate and the evaluation of the properties this aggregate grants the mortar with in its fresh and hardened state. The results are compared with those of mortars made with natural aggregate. With equal w/c ratios, a great difference in the density of the paste of the mortars was observed. This difference cannot be just explained with the greater aggregate porosity of the recycled aggregate. In general, a 40% reduction of strength was observed in mortars with 100% or 50% of recycled aggregate. A greater porosity was observed in the paste of mortars with recycled aggregate, than in mortars made with natural aggregates and same w/c ratio. It is suggested that, instead of the w/c ratio, the form and chemical composition of the aggregate are the main responsible for the reduction in strength values. The absorption and form studies suggest that these factors also have an effect in the slump and workability of the mortar. It is concluded that further studies must be conducted to probe the suggested hypothesis, and that the behavior of mortars with recycled aggregate can be explored as and advantage, instead of a problem.