En este artículo se presentan los resultados de una investigación encaminada a evaluar el efecto de sistemas cementantes ternarios conformados por adiciones de ceniza volante y escoria de alto horno, sobre las propiedades mecánicas de compresión, módulo de elasticidad y relación de Poisson, tracción y módulo de rotura del concreto. El programa experimental comprendió el ensayo de 120 especímenes de concreto para 8 mezclas con diferentes dosificaciones de cemento Portland, ceniza volante y escoria de alto horno. La caracterización de las mezclas en estado endurecido se realizó mediante análisis de difracción de rayos X (DRX) y microscopía electrónica de barrido (MEB). Los resultados obtenidos indican que los concretos adicionados presentan las mejores propiedades mecánicas para contenidos simultáneos de cenizas volantes y escorias de alto horno equivalentes al 10%, y que las propiedades mecánicas de las mezclas ternarias dependen fundamentalmente del desempeño mecánico de las mezclas binarias. Además, se observó que para las mezclas ternarias, la ceniza volante y la escoria de alto horno no presentan interacción mútua, sino más bien estos materiales coexisten en la matriz y aportan de forma independiente resistencias al concreto, producto de su reacción con el cemento Portland.

In this paper are summarized the results of a research aimed to study the effect of ternary cementitious systems on the mechanical properties of concrete in compression, modulus of elasticity, Poisson's ratio and modulus of rupture. The experimental program included the test of 120 concrete specimens from 8 mixtures having different dosages of Portland cement, fly ash and blast furnace slag. The characterization of the blends in hardened state was performed by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analysis. The results indicate that blended concretes have the best mechanical properties for same contents of fly ash and blast furnace slag equivalents to 10%. Also, the mechanical properties of ternary blends mainly depend on the mechanical properties of binary blends. Futhermore it was observed that for ternary blends, fly ash and blast furnace slag did not show any interaction between their mechanical properties. It is believed that these materials coexist together in the matrix and provide to the concrete an increase in the strength due to the independent reaction of each with the Portland cement.

Con el propósito de suministrar materiales que contribuyan con el sostenimiento del medio ambiente, se han desarrollado mezclas binarias que corresponden a sistemas cementicios de cemento Portland-ceniza volante, cemento Portland-escoria de alto horno y ceniza volante-escoria de alto horno. El programa experimental comprendió el ensayo de 120 especímenes de concreto para 8 mezclas de diferentes dosificaciones, para las que fueron evaluadas sus propiedades mecánicas en compresión, módulo de elasticidad y relación de Poisson, tracción y módulo de rotura. La activación de las mezclas de concreto sin cemento Portland se realizó mediante la combinación de activantes alcalinos como el silicato de sodio y el hidróxido de sodio. La caracterización de las materias primas en polvo se realizó mediante análisis de fluorescencia. Los resultados obtenidos indican que los concretos adicionados presentan las mejores propiedades mecánicas para contenidos de cenizas volantes y escorias de alto horno equivalentes al 20%. Asimismo, los concretos con activación alcalina presentan desempeños mecánicos comparables y/o superiores a los obtenidos por los concretos adicionados evaluados en este estudio.

In order to provide materials that contribute to environmental sustainability, binary blends were developed corresponding to cementitious systems such as Portland cement-fly ash, Portland cement-blast furnace slag and fly ash-blast furnace slag. In this experimental program were tested 120 concrete specimens from 8 mixtures having different dosages. For these, their mechanical properties in compression, modulus of elasticity and Poisson's ratio, tensile and modulus of rupture were evaluated. Activation of samples without Portland cement was made by combining alkali activators such as sodium silicate and sodium hydroxide. The characterization of the raw materials was performed by fluorescence analysis. The results indicate that blended concretes present the best mechanical properties for fly ash and blast furnace slag contents equivalent to 20%. Also, alkali activated concretes show comparable and/or higher mechanical performance than those obtained by blended concretes evaluated in this study.

Teniendo en cuenta los problemas ambientales asociados con la producción del Cemento Portland (CP), en los últimos años se ha promovido el uso de la Ceniza Volante (CV) en la producción de concretos. La utilización de la CV se ha dado principalmente mediante su activación con el CP y como material cementante geopolimérico. En este artículo una tercera técnica de activación de la CV conocida como electrometagénesis es investigada. Esta consiste en la activación de la CV, a partir del ingreso de iones de una solución alcalina mediante la aplicación de un campo eléctrico a través del concreto endurecido. Como fuente de iones alcalinos se usaron soluciones de hidróxido de sodio/silicato de sodio con varias relaciones molares. Una vez terminado el tratamiento se evaluó la variación en la resistencia a la compresión, la velocidad de pulso ultrasónico y la microestructura de la matriz del concreto. Los resultados mostraron que los iones alcalinos migrados dentro del concreto reaccionaron con las partículas de CV mutando estas a nuevas fases, produciendo un aumento en sus propiedades.

Taking into account the environmental problems associated with the production of Portland cement (PC), in recent years the use of Fly Ash (FA) in the production of concrete has been promoted. The use of fly ash has been possible through the activation with Portland cement and as a geopolymeric cementitious material. In this paper, a third activation technique for fly ash, known as electrometagenesis, was investigated. This treatment consists in the activation of fly ash after the migration of ions from an external alkaline solution, by applying an electric field across the hardened concrete. As a source of alkaline ions, solutions of sodium hydroxide and sodium silicate with various molar ratios were used. After finishing the treatment, the variation in the compressive strength, the ultrasound pulse, and the microstructure of concrete matrix were evaluated. Results showed that the alkaline ions migrated into the concrete matrix, reacted with fly ash, and mutated in new phases, producing an improvement in their physical properties.

Presenta la aplicación de la técnica de pulsos galvanostáticos en el concreto de escoria activada alcalinamente, sometido a procesos acelerados de carbonatación. Como material de referencia se utilizó el concreto Portland ordinario. La utilización de dicha técnica permitió calcular el valor de las resistencias involucradas en el proceso de forma separada, permitiendo hallar la velocidad de corrosión mediante la ecuación de Stern y Geary. Los productos de corrosión fueron determinados con la técnica de Espectrometría Mössbauer, correspondientes a magnetita, wastita y goetita.

In this paper is presented the application of the galvanostatic pulse measurement which occurs in the activated slag concrete, submitted to accelerated carbonation processes. As reference material, we used ordinary Portland cement. Using the galvanostatic pulse technique enabled us the resistances values calculation which were involved separately in the carbonation process, allowing to find the corrosion rate by the Stern and Geary equation. The corrosion products were determined by the technique of Mössbauer Spectroscopy, corresponding to magnetite, goethite and wuestite.

Apresenta a aplicação da técnica de pulsos galvanostáticos no concreto de escória ativada alcalinamente, sometido a processos acelerados de carbonatação. Como material de referência se utilizou o concreto Portland ordinário. A utilização de dita técnica permitiu calcular o valor das resistências envolvidas no processo de forma separada, permitindo achar a velocidade de corrosão mediante a equação de Stern e Geary. Os produtos de corrosão foram determinados com a técnica de Espectrometria Mössbauer, correspondentes a magnetita, wuestite e goetita.

Since Corrosion of reinforcing steel in concrete is the cause of major economic losses, Portland cement has been traditionally replaced by cements blended with pozzalanic materials, most of which have been found to reduce the corrosion of steel. This paper shows the results of an experimental research aimed to investigate the corrosion of reinforcement in mortar using electrochemical impedance spectroscopy (EIS). For this, concrete laboratory samples containing a 0.0055 m steel bar and prepared with just ordinary Portland cement (OPC) and metakaolin at a replacement level of 20% were analyzed. In order to accelerate the steel corrosion process, all the samples were kept in a 3% NaCl solution and a constant anodic electrical potential was applied. Variations in the water to cementitious material ratio (0.5 and 0.6) and metakaolin proportion were analyzed, while the cementitious material to sand ratio was kept constant at 1:2.25 in all of the specimens. The results showed a reduction in corrosion rates when metakaolin was used as a blending admixture, especially at water to cementitious material ratio of 0.5.

La corrosión del acero de refuerzo, debido a la penetración de cloruro es la principal causa de problemas de durabilidad en el concreto. De esta forma, este documento resume los resultados de un estudio experimental llevado a cabo con el fin de investigar la influencia del contenido de microsilice (SF) en los cloruros relacionados con algunas propiedades de transporte del concreto. Para ello, la resistencia a la compresión, la penetración de cloruros libres por difusión, la carga pasada bajo un ensayo de migración de cloruros no estacionario (ASTM C1202) y la resistividad AC, se midieron en las mezclas de concreto de alto desempeño. Cuatro mezclas de hormigón se hicieron incorporando 5, 10, y el 15% de SF, como adición al cemento Portland. Los resultados mostraron que el humo de sílice en el hormigón provoca un aumento en la resistencia y la reducción de la permeabilidad de iones de cloruro, sin embargo se encontraron diferencias claras entre los resultados de los ensayos difusión a largo plazo y las pruebas eléctricas aceleradas.

Being the corrosion of steel reinforcement due to chloride penetration the major cause of durability problems in concrete, this paper summarizes the results of an experimental research carried out in order to investigate the influence of the silica fume (SF) content on some chloride-related transport properties. To achieve this, the compressive strength, the self-diffusion chloride penetration, the charge passed in a non-steady chloride migration test (ASTM C1202), and the AC resistivity were measured on concrete mixes of high-performance concrete. Four concrete mixes were cast incorporating 5, 10, and 15% of SF as an addition to ordinary Portland cement. The results showed that the silica fume in concrete causes an increase in strength and a reduction in chloride ion permeability; however, clear differences were found between the results of long diffusion and rapid electrical tests.

Considerando la creciente utilización de hormigón de alta resistencia como material estructural, este artículo presenta los resultados de un trabajo experimental llevado a cabo con el fin de investigar el efecto de diferentes tipos de agregados gruesos sobre el módulo estático elástico, la resistencia a la compresión, la densidad del hormigón y la velocidad del pulso. Para lograr esto, se usaron diferentes relaciones agua cementante (a/c) (0.36, 0.32, y 0.28) y cuatro tipos de agregados diferentes, todos del área de influencia de Bogotá, Colombia. Como materiales cementantes se usaron cemento Portland y microsílice (SF). Los resultados experimentales fueron analizados estadísticamente, de donde se encontró que todos los ensayos se comportan siguiendo una distribución de frecuencia normal. De los datos experimentales obtenidos se concluyó que las ecuaciones propuestas en los códigos sobreestiman el módulo de elasticidad del hormigón de alta resistencia, por lo que se proponen ecuaciones empíricas como alternativa.

Taking into account the increasing use of high-strength concrete as a structural material in Colombia, this paper shows the results of research carried out to investigate the effect of different types of coarse aggregate on the static elastic modulus, the compressive strength, the concrete density, and the pulse velocity. To do this, concrete mixes were cast using three different water binder ratios (w/c) (0.36, 0.32, and 0.28). Ordinary Portland cement and pulverized silica fume (SF) were used as cementitiuos materials, while four types of coarse aggregates obtained from different sources near Bogota, Colombia were utilized to prepare the concrete samples. Results were analyzed statistically and these showed that the behavior of all the tests followed a normal frequency distribution. Correlations were found among the mixes. From the experimental data obtained in this study, it was concluded that the equations proposed in standard codes overestimated the modulus of elasticity of high-strength concrete, so empirical equations were obtained in order to predict the elastic modulus of elasticity in high-strength concrete.

Debido a que en estructuras de concreto hechas con cemento Portland la penetración del ion cloruro es la principal causa de deterioro por corrosión del refuerzo, el estudio y prevención de los mecanismos que generan corrosión en el concreto son fuentes de constante investigación. En el presente artículo se presentan los resultados de una investigación analítica y experimental sobre la influencia de la adición de la escoria de alto horno en las propiedades que gobiernan los fenómenos de transporte iónico del concreto, especialmente los del ion cloruro. Las relaciones entre los coeficientes de difusión con la resistividad eléctrica, la carga pasada y la resistencia a la compresión, fueron evaluadas para mezclas con diferentes porcentajes de remplazo de escoria. De la misma forma, mediante un modelo computacional y un ensayo de migración eléctrica se obtuvieron los coeficientes intrínsecos de difusión, la porosidad, la capacidad de fijación de cloruros y la concentración química de la solución de poros. Los resultados obtenidos mostraron que la escoria aporta importantes beneficios en la penetración del ion cloruro, obteniéndose un concreto menos vulnerable a la corrosión.

Corrosion of steel reinforcement due to chloride penetration is the greatest cause of durability problems in concrete; intense international research has been carried out to understand and avoid this. This paper summarises the results of a theoretical and experimental research programme investigating the influence of blast furnace slag on chloride-related transport properties. The relationship between the apparent chloride diffusion coefficient, electrical resistivity and compressive strength was measured. Chloride, hydroxide, sodium and potassium’s intrinsic diffusion coefficients were obtained by using a computational model and an electrical migration test. The initial hydroxide composition of the pore solution, porosity and chloride binding capacity were also determined from the model. The results showed that blast furnace slag improved chloride penetration resistance, resulting in concrete which was less vulnerable to corrosion.

This paper reports a research programme aimed at giving a better understanding of the phenomena involved in the chloride penetration in cement-based materials. The general approach used was to solve the Nernst-Planck equation numerically for two physical ideal states that define the possible conditions under which chlorides will move through concrete. These conditions are named in this paper as voltage control and current control. For each condition, experiments and simulations were carried out in order to establish the importance of electrical variables such as voltage and current in modelling chloride transport in concrete. The results of experiments and simulations showed that if those electrical variables are included as key parameters in the modelling of chloride penetration through concrete, a better understanding of this complex phenomenon can be obtained.

En este artículo se presentan los resultados de la simulación computacional del flujo de los principales iones presentes (Cl-, OH-, Na+, y K+) en un ensayo ASTM C1202: “Indicación eléctrica de la resistencia del concreto a la penetración de Iones cloruro”. Para la modelación se utilizó un esquema de diferencias finitas definido mediante la ecuación de Nernst - Plank con un campo eléctrico variable, la cual describe los movimientos iónicos en un material poroso saturado. Para lograr esto, los resultados de un nuevo ensayo electroquímico diseñado para medir el potencial de membrana, en compañía de la corriente eléctrica, fueron optimizados para obtener los coeficientes intrínsicos de difusión, la composición inicial de la solución de poros, la capacidad de fijación de cloruros y la porosidad de la mezcla de concreto.

In this paper the fluxes of the principal ionic species present (Cl, OH, Na, and K) during an ASTM C1202 test “Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration” were modelled by a finite differences approach using the Nernst - Plank equation with a variable electrical field. This equation describes the ionic movements in saturated porous materials. To achieve this, a new electrochemical test has been carried out and its results were optimized to obtain the intrinsic diffusion, the hydroxide composition of the pore solution, the porosity, and the chloride capacity of binding

Siendo la producción de cemento responsable de aproximadamente el 9% de la producción industrial de gases de invernadero, y en pro de generar materiales alternativos, en este artículo se presentan los resultados de una investigación encaminada a desarrollar cementantes que potencialmente representen una alternativa ambientalmente sostenible en la construcción civil. Combinaciones de escoria granulada de alto horno, escoria de acería obtenida mediante un proceso de oxígeno básico, polvo de horno de cemento y residuo de demolición de divisiones de yeso fueron usados para optimizar la resistencia a la compresión y obtener cinco mezclas de concreto con cementantes hechos parcial o totalmente con residuos industriales. Los resultados obtenidos muestran que las resistencias de las mezclas compuestas de cemento Portland y residuos industriales son adecuadas para una cantidad importante de aplicaciones en construcción civil, y aunque para las mezclas formadas completamente por residuos industriales se presentó una importante disminución en la resistencia a la compresión, los resultados obtenidos mostraron un gran potencial para determinadas aplicaciones industriales. Adicionalmente a la resistencia a la compresión, a dichas mezclas se les determinaron sus propiedades reológicas definiendo sus características de flujo y trabajabilidad.

Ordinary Portland cement production accounts for 9% of worldwide greenhouse gas emissions. This paper summarises the results of research aimed at developing environmentally-friendly binders which can be used as an alternative in civil construction, aimed at generating alternatives and sustainable materials. Mixes of the combination of granulated ground blast furnace slag, basic oxygen slag, cement kiln dust and plasterboard gypsum were used for optimising the binders, according to their compressive strength, to obtain 5 concrete mixtures made partially or completely with industrial waste. The results showed that the compressive strength of mixtures of Portland cement and industrial waste were suitable for different civil construction applications and, although mixtures formed entirely from industrial waste had a significant decrease in their compressive strength, the results showed great potential for specific industrial applications. In addition to compressive strength, the rheological properties of these mixtures were determined for defining flow and workability characteristics.

Este artículo presenta los resultados analíticos y experimentales de una investigación realizada por el Grupo de Investigación GIES sobre la influencia de la no linealidad de material sobre las deflexiones inmediatas de vigas de concreto reforzado. Bajo condiciones reales y diferentes situaciones de carga fueron ensayadas seis vigas de dicho material. El comportamiento teórico de las vigas fue simulado mediante el modelo no lineal de material del programa comercial de elementos finitos Ansys®. La comparación de los resultados del modelo no lineal de Ansys®, las recomendaciones del código de construcción ACI 318, y los ensayos experimentales, mostraron que el comportamiento estructural de una viga simplemente apoyada está fuertemente influenciado por la no linealidad de material.

This paper presents an analytical and experimental research programme’s results regarding material nonlinearity’s influence on reinforced concrete beams’ immediate deflections. Six full-size laboratory beams were tested under different type of loads in the experimental programme. The ANSYS finite element software nonlinear material model was used for simulating the beams’ analytical behaviour. Comparing ANSYS nonlinear material model results, ACI 318 equations and the results of the tests made revealed that a beam’s structural behaviour is strongly influenced by material nonlinearity.

En esta investigación se busca obtener un método para predecir la resistencia a la compresión mediante el peso unitario y la velocidad de pulso ultrasónico usando 41 mezclas de concreto diferentes. El estudio ha sido por la necesidad de obtener un método rápido para predecir la resistencia a la compresión del concreto. De la misma manera, la investigación también busca predecir la resistividad eléctrica del concreto mediante el peso unitario, la velocidad de pulso ultrasónico y la resistencia a la compresión. El modelo para predecir se realizó utilizando una regresión simple y un modelo de redes neuronales. Los resultados mostraron que los modelos de redes neuronales para predecir la resistencia a la compresión y la resistividad eléctrica del concreto funcionan adecuadamente.

The present study was conducted for predicting the compressive strength of concrete based on unit weight ultrasonic and pulse velocity (UPV) for 41 different concrete mixtures. This research emerged from the need for a rapid test for predicting concrete’s compressive strength. The research was also conducted for predicting concrete’s electrical resistivity based on unit weight ultrasonic, pulse velocity (UPV) and compressive strength with the same mixes. The prediction was made using simple regression analysis and artificial neural networks. The results revealed that artificial neural networks can be used for effectively predicting compressive strength and electrical resistivity.