Evaluación experimental del comportamiento físico-mecánico del fibrocemento reforzado con pulpa de celulosa kraft mediante el proceso hatschek
DOI:
https://doi.org/10.52428/20758944.v21i57.1335Palabras clave:
Fibrocemento, Pulpa de celulosa, Hatschek, Resistencia a la flexión, KraftResumen
El estudio de materiales de construcción reforzados con elementos reciclables demuestra efectos positivos ante el impulso de una economía circular y el desarrollo de materiales amigables con el medio ambiente. Bajo este aspecto el presente artículo tiene por objetivo evaluar de forma experimental el comportamiento físico-mecánico del fibrocemento reforzado con pulpa de celulosa de cartón kraft. La metodología del trabajo se focalizó en la caracterización de los materiales, elaboración de cuerpos de prueba a través de las técnicas adaptadas para el proceso hatschek y la caracterización físico mecánico a los 7 y 28 días de edad. Los resultados demuestran que una matriz cementicia reforzada con pulpa de celulosa tratada presenta un mayor porcentaje de absorción de agua, en cuanto a la densidad aparente, estos no presentan una diferencia estadísticamente significativa con relación a la influencia de la edad y el tratamiento. Por parte de la respuesta de comportamiento mecánico (MOE y LOP) los valores indican que la aplicación de la pulpa de celulosa no tratada brinda un comportamiento más rígido, contrario a la pulpa tratada, que presenta ligeramente una mayor resistencia de carga a los 28 días (MOR). En conclusión, los cuerpos de fibrocemento elaborados a través del proceso hatschek y reforzados con un 2,5% de pulpa de celulosa tratada, resultan con un desempeño mecánico favorable; sin embargo, se observa un alto porcentaje de absorción, por lo que es necesario realizar más estudios para lograr un material aplicable dentro de la industria de la construcción.
Descargas
Citas
Akinyemi, A. B., Omoniyi, E. T., & Onuzulike, G. (2020). Effect of microwave assisted alkali pretreatment and other pretreatment methods on some properties of bamboo fibre reinforced cement composites. Construction and Building Materials, 245, 118405. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118405
Alshahrani, A., Kulasegaram, S., & Kundu, A. (2023). Elastic modulus of self-compacting fibre reinforced concrete: Experimental approach and multi-scale simulation. Case Studies in Construction Materials, 18, e01723. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01723
Anandan, S., & Alsubih, M. (2023). Synergistic performance of steel-brass hybrid fibres on the concrete fracture properties. Journal of Engineering Research, 11(1), 100022. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jer.2023.100022
Arantes, L., Prazeres Mascarenhas, A. R., Scatolino, M. V., Denzin Tonoli, G. H., Mendes, L. M., Borges, I. O., & Guimarães Júnior, J. B. (2023). Pre-treatment with calcium hydroxide and accelerated carbonation for cellulosic pulp fibrillation. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 38(2), 343-358. DOI: 10.1515/npprj-2022-0101Ferrara, L., Ferreira, S. R., Torre, M. D., Krelani, V., de Silva, F. A., & Filho, R. D. T. (2015). Effect of cellulose nanopulp on autogenous and drying shrinkage of cement based composites. In Nanotechnology in Construction: Proceedings of NICOM5 (pp. 325-330). Springer International Publishing. DOI:
https://doi.org/10.1007/978-3-319-17088-6_42
Ardanuy Raso, M., Claramunt Blanes, J., Arévalo Peces, R., Parés Sabatés, F., Aracri, E., & Vidal Lluciá, T. (2012). Nanofibrillated cellulose (NFC) as a potential reinforcement for high performance cement mortar composites. BioResources, 7(3), 3883-3894.
https://doi.org/10.15376/biores.7.3.3883-3894
ASTM, A. (2017). D790-17: Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials. West Conshohocken: ASTM International. DOI:
https://doi.org/10.1520/D0790-17
ASTM, A. (2023). C948-81: Standard test method for dry and wet bulk density, water absorption, and apparent porosity of thin sections of glass-fiber reinforced concrete. West Conshohocken: ASTM International. DOI:
https://doi.org/10.1520/C0948-81R23
Ballesteros, J. E. M., Mármol, G., Filomeno, R., Rodier, L., Savastano Jr, H., & Fiorelli, J. (2019). Synergic effect of fiber and matrix treatments for vegetable fiber reinforced cement of improved performance. Construction and Building Materials, 205, 52-60. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.007
Booya, E., Ghaednia, H., Das, S., & Pande, H. (2018). Durability of cementitious materials reinforced with various Kraft pulp fibers. Construction and Building Materials, 191, 1191-1200. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.139
Borges, I. O., Setter, C., de Menezes, R. C. C., Silva, D. W., Casagrande, N. B., Scatolino, M. V., ... & Tonoli, G. H. D. (2024). Effect of the modification of Pinus Kraft pulp with aluminum sulfate in cementitious composites. European Journal of Wood and Wood Products, 82(5), 1551-1566. DOI:
https://doi.org/10.1007/s00107-024-02109-8
Bui, H., Sebaibi, N., Boutouil, M., & Levacher, D. (2020). Determination and review of physical and mechanical properties of raw and treated coconut fibers for their recycling in construction materials. Fibers, 8(6), 37. DOI:
https://doi.org/10.3390/fib8060037
Cao, Y., Tian, N., Bahr, D., Zavattieri, P. D., Youngblood, J., Moon, R. J., & Weiss, J. (2016). The influence of cellulose nanocrystals on the microstructure of cement paste. Cement and Concrete Composites, 74, 164-173. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2016.09.008
Chen, Y., He, Q., Liang, X., Jiang, R., & Li, H. (2022). Experimental investigation on mechanical properties of glass fiber reinforced recycled aggregate concrete under uniaxial cyclic compression. Cleaner Materials, 6, 100164. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.clema.2022.100164
Cui, K., Xu, L., Li, L., & Chi, Y. (2023). Mechanical performance of steel-polypropylene hybrid fiber reinforced concrete subject to uniaxial constant-amplitude cyclic compression: Fatigue behavior and unified fatigue equation. Composite Structures, 311, 116795. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.116795
Ferreira, S. R., Silva, L. E., McCaffrey, Z., Ballschmiede, C., & Koenders, E. (2021). Effect of elevated temperature on sisal fibers degradation and its interface to cement based systems. Construction and Building Materials, 272, 121613. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121613
Gong, L., Yu, X., Liang, Y., Gong, X., & Du, Q. (2023). Multi-scale deterioration and microstructure of polypropylene fiber concrete by salt freezing. Case Studies in Construction Materials, 18, e01762. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01762
Hamada, H. M., Shi, J., Al Jawahery, M. S., Majdi, A., Yousif, S. T., & Kaplan, G. (2023). Application of natural fibres in cement concrete: A critical review. Materials Today Communications, 105833. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.105833
Hisseine, O. A., Omran, A. F., & Tagnit-Hamou, A. (2018). Influence of cellulose filaments on cement paste and concrete. Journal of materials in civil engineering, 30(6), 04018109. DOI:
https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002287
Jianbing, Y., Yufeng, X., Saijie, L., & Zhiqiang, X. (2022). Experimental study on shear performance of basalt fiber concrete beams without web reinforcement. Case Studies in Construction Materials, 17, e01602. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01602
Kouta, N., Saliba, J., & Saiyouri, N. (2020). Effect of flax fibers on early age shrinkage and cracking of earth concrete. Construction and Building Materials, 254, 119315. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119315
Li, Y., Wang, Q., Xu, S., & Song, Q. (2023). Study of eco-friendly fabricated hydrophobic concrete containing basalt fiber with good durability. Journal of Building Engineering, 65, 105759. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105759
Mármol, G., & Savastano Jr, H. (2017). Study of the degradation of non-conventional MgO-SiO2 cement reinforced with lignocellulosic fibers. Cement and Concrete Composites, 80, 258-267. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2017.03.015
Mejia-Ballesteros, J. E., Rodier, L., Filomeno, R., Savastano Jr, H., Fiorelli, J., & Rojas, M. F. (2023). Effect of activated coal waste and treated Pinus fibers on the physico-mechanical properties and durability of fibercement composites. Construction and Building Materials, 392, 132038. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132038
Mohammadkazemi, F., Aguiar, R., & Cordeiro, N. (2017). Improvement of bagasse fiber-cement composites by addition of bacterial nanocellulose: an inverse gas chromatography study. Cellulose, 24, 1803-1814. DOI:
https://doi.org/10.1007/s10570-017-1210-4
Moreira, T. N. D. C., Krelani, V., Ferreira, S. R., Ferrara, L., & Toledo Filho, R. D. (2022). Self-healing of slag-cement ultra-high performance steel fiber reinforced concrete (UHPFRC) containing sisal fibers as healing conveyor. Journal of Building Engineering, 54, 104638. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104638
Raut, A. N., & Gomez, C. P. (2016). Thermal and mechanical performance of oil palm fiber reinforced mortar utilizing palm oil fly ash as a complementary binder. Construction and Building Materials, 126, 476-483. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.09.034
Rocha, J. H. A., & Toledo Filho, R. D. (2023). The utilization of recycled concrete powder as supplementary cementitious material in cement-based materials: A systematic literature review. Journal of Building Engineering, 76, 107319. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.107319
Rosas, M. H., Chileno, N. G. C., Campos, A. A., & Rocha, J. H. A. (2023). Analysis of concrete mechanical properties when adding type-E glass fibers. Journal of Building Pathology and Rehabilitation, 8(1), 40. DOI:
https://doi.org/10.1007/s41024-023-00289-z
Santos, E. B. C., Moreno, C. G., Barros, J. J. P., Moura, D. A. D., Fim, F. D. C., Ries, A., ... & Silva, L. B. D. (2018). Effect of alkaline and hot water treatments on the structure and morphology of piassava fibers. Materials Research, 21, e20170365. DOI:
https://doi.org/10.1590/1980-5373-mr-2017-0365
Scrivener, K. L., John, V. M., & Gartner, E. M. (2018). Eco-efficient cements: Potential economically viable solutions for a low-CO2 cement-based materials industry. Cement and concrete Research, 114, 2-26. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.03.015
Singh, H., & Gupta, R. (2020). Influence of cellulose fiber addition on self-healing and water permeability of concrete. Case Studies in Construction Materials, 12, e00324. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.cscm.2019.e00324
Taiwo, A. S., Ayre, D. S., Khorami, M., & Rahatekar, S. S. (2024). Optimizing the Mechanical Properties of Cement Composite Boards Reinforced with Cellulose Pulp and Bamboo Fibers for Building Applications in Low-Cost Housing Estates. Materials, 17(3), 646. DOI:
https://doi.org/10.3390/ma17030646
PMid:38591442 PMCid:PMC10856262
Tonoli, G. H. D., Joaquim, A. P., Arsène, M. A., Bilba, K., & Savastano Jr, H. (2007). Performance and durability of cement based composites reinforced with refined sisal pulp. Materials and Manufacturing Processes, 22(2), 149-156. DOI:
https://doi.org/10.1080/10426910601062065
Wang, D., Shi, C., Farzadnia, N., Shi, Z., Jia, H., & Ou, Z. (2018). A review on use of limestone powder in cement-based materials: Mechanism, hydration and microstructures. Construction and Building Materials, 181, 659-672. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.06.075
Zakaria, M., Ahmed, M., Hoque, M., & Shaid, A. (2018). A comparative study of the mechanical properties of jute fiber and yarn reinforced concrete composites. Journal of Natural Fibers. DOI:
https://doi.org/10.1080/15440478.2018.1525465
Zhang, D., Tan, G. Y., & Tan, K. H. (2021). Combined effect of flax fibers and steel fibers on spalling resistance of ultra-high performance concrete at high temperature. Cement and Concrete Composites, 121, 104067. DOI:
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2025 Nahúm Gamalier Cayo Chileno, Daniella Dutra Carneiro, Lúcia Maria Joaquim Assane , Bianca de Fátima Souza , Jhonatan Sales Satiro , Marisa Aparecida Pereira, Keoma Defáveri do Carmo e Silva , Saulo Rocha Ferreira
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Los autores/as que publiquen en esta revista aceptan las siguientes condiciones:
- Los autores/as conservan los derechos de autor y ceden a la revista el derecho de la primera publicación, con el trabajo registrado con la licencia de atribución de Creative Commons 4.0, que permite a terceros utilizar lo publicado siempre que mencionen la autoría del trabajo y a la primera publicación en esta revista.
- Los autores/as pueden realizar otros acuerdos contractuales independientes y adicionales para la distribución no exclusiva de la versión del artículo publicado en esta revista (p. ej., incluirlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro) siempre que indiquen claramente que el trabajo se publicó por primera vez en esta revista.
- Se permite y recomienda a los autores/as a compartir su trabajo en línea (por ejemplo: en repositorios institucionales o páginas web personales) antes y durante el proceso de envío del manuscrito, ya que puede conducir a intercambios productivos, a una mayor y más rápida citación del trabajo publicado.
