Perspectiva inteligente de gestión de residuos de COVID | Mezclador de hormigón Gansu Co., Ltd.

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 2904 (2023) Citar este artículo

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Este artículo presenta un nuevo método para determinar el efecto de las franjas de material de protección personal saludable (HPPM), como máscaras quirúrgicas, trajes protectores y cubiertas para la cabeza y los pies, sobre la durabilidad y las características fisicomecánicas del concreto para uso en formas arquitectónicas. Debido a la actual epidemia mundial provocada por el coronavirus (COVID-19), el uso de HPPM, como mascarillas quirúrgicas, trajes protectores y cobertores para la cabeza y los pies, ha aumentado considerablemente. La segunda y tercera ola de COVID-19 están afectando actualmente a varios países, lo que requiere el uso de mascarillas (FM). En consecuencia, millones de FM individuales se han descargado en la naturaleza, apareciendo en las playas, flotando bajo los mares y terminando en lugares peligrosos. El efecto de las fibras de la franja en las características fisicomecánicas del hormigón, como la trabajabilidad, la resistencia a la compresión uniaxial UCS, la resistencia a la flexión, la resistencia al impacto, la resistencia al desconchado, la resistencia a la abrasión, la sorción, la absorción de agua Sw, la porosidad (ηe), la penetración del agua, la permeabilidad, y los aspectos económicos y ecológicos deben determinarse. Con un enfoque en HPPM, especialmente las mascarillas de un solo uso, este estudio investigó una forma innovadora de incorporar desechos pandémicos en estructuras de concreto. Se emplearon microscopio electrónico de barrido y patrones de difracción de rayos X para analizar las microestructuras y las zonas de transición interfacial y para identificar la composición elemental. El HPPM tuvo un efecto de bloqueo de poros, lo que redujo la permeabilidad y la porosidad capilar. Además, las mejores concentraciones de HPPM, particularmente de mascarillas, se aplicaron por volumen al 0, 1, 1,5, 2,0 y 2,5 %. El uso de fibras mixtas de diferentes HPPM aumentó la resistencia y el rendimiento general de las muestras de hormigón. La tendencia de fuerza creciente comenzó a desaparecer aproximadamente al 2%. Los resultados de esta investigación mostraron que el contenido de rayas no tuvo efecto sobre la resistencia a la compresión. Sin embargo, la franja es fundamental para determinar la resistencia a la flexión del hormigón. El UCS aumentó constantemente entre 1 y 1,5 % antes de caer marginalmente a 2,5 %, lo que indica que la incorporación de HPPM en el concreto tuvo un impacto significativo en el UCS de la mezcla. La adición de HPPM a las mezclas modificó considerablemente el modo de falla del concreto de frágil a dúctil. La absorción de agua en el concreto endurecido se reduce cuando las tiras y fibras de HPPM se agregan por separado en fracciones de bajo volumen a la mezcla de concreto. El concreto que contenía 2% de fibras HPPM tuvo la menor absorción de agua y porcentaje de porosidad. Se descubrió que las fibras de HPPM actúan como puentes a través de las grietas, mejorando la capacidad de transferencia de las matrices. Desde un punto de vista tecnológico y ambiental, este estudio encontró que el uso de fibras HPPM en la producción de concreto es viable.

El hormigón tiene una fuerte resistencia a la compresión pero una resistencia a la tracción diez veces mayor que la del acero. También tiene una propiedad quebradiza, lo que evita la transmisión de tensiones después del agrietamiento. Es factible agregar fibras a las mezclas de concreto para evitar fallas frágiles y aumentar las cualidades mecánicas. Las tiras de materiales de protección personal saludable (HPPM) son materiales compuestos cementosos con fibras dispersas, como acero, polímero, polipropileno, carbono y vidrio1. La protección de las barras de acero frente a la corrosión y el ataque de sulfatos, así como frente a la infiltración de agua e iones a través de poros y fisuras, está vinculada a la mejora de la longevidad del hormigón armado2. Como resultado, tanto la inserción de fibras como la sustitución del refuerzo tradicional por fibras son favorables en términos de desarrollo a largo plazo1. El concreto reforzado con fibra de polipropileno fue investigado experimentalmente por3. La resistencia a la compresión disminuyó marginalmente durante el período de prueba después de la adición de una tira de polipropileno al 3 % por volumen, con la reducción más significativa al 10 %. La resistencia a la tracción por división mejoró en un 39 %, mientras que la resistencia a la compresión se redujo con la inclusión de una tira de polipropileno al 1 % por volumen.

En comparación con la fibra con el tamaño más pequeño, los científicos descubrieron que aumentar la cantidad de fibra aumentaba la resistencia a la compresión, la tracción y la flexión en un 10, 14 y 58 %, respectivamente. Además, según los hallazgos de 4, las fibras delgadas pueden ser una solución viable para reducir la deformación por fluencia. La eficiencia de las fibras está determinada no solo por las métricas enumeradas anteriormente, sino también por su fuerza de unión al concreto5. Además, las fibras pueden ser rizadas, retorcidas, sinusoidales o en forma de gancho para mejorar su superficie de contacto con la matriz, y sus muescas pueden ser fibriladas (los extremos se parten durante la mezcla). Las propiedades mecánicas de las mezclas de hormigón también se ven afectadas por la forma de las fibras6.

Xu et al.7 realizaron experimentos similares en concreto reforzado con fibra y descubrieron que cuando se usaba fibra de celulosa (CTF) en dosis de 1,5 kg/m3, la Resistencia a la compresión uniaxial (UCS) del concreto aumentaba al 12 %; sin embargo, cuando se utilizó fibra de alcohol polivinílico (PF) en dosis de aproximadamente 4,0 kg/m3, el UCS del hormigón se redujo en un 35 %. Cuando se aumentó la dosis a 2,0 kg/m3, la resistencia a la tracción por división de CTF disminuyó en un 23 %, mientras que la de PF disminuyó en un 55 %. La resistencia a la tracción por división de las fibras de poliolefina también se degradó. Además, el uso de refuerzo de fibra en el concreto impone restricciones específicas en la composición de la mezcla; por lo tanto, puede ser necesario hacer cambios8. El número, la forma y la delgadez de las fibras afectan la trabajabilidad del concreto1,9,10,11. Es un campo de uso prometedor, particularmente en áreas metropolitanas donde existen condiciones ambientales adversas, daños causados por las condiciones ambientales, abrasión de superficies y vandalismo. Sin embargo, las fibras HPPM se usan más comúnmente en aplicaciones arquitectónicas. Específicamente, las fibras de HPPM son particularmente exitosas en la reducción de las fracturas por contracción plástica poco después de que se fabrica el concreto, y mejoran considerablemente su comportamiento posterior al agrietamiento.

Kilmartin-Lynch et al.12 han presentado un método innovador para integrar mascarillas faciales de un solo uso en la producción de hormigón. El método examinó el impacto de agregar PPE en la mejora de las características mecánicas del hormigón mediante el uso de cemento y otros agregados que se encuentran con frecuencia en Australia, junto con reductor de agua, y el uso de cantidades más bajas de PPE (es decir, 0,10 %, 0,15 %, 0,20 % % y 0,25%).

Koniorczyk et al.13 utilizaron la dosis recomendada de 1 mascarilla por 1 L de hormigón. Según sus hallazgos, agregar máscaras procesadas mejoró la resistencia a la compresión (alrededor del 5 %) y la resistencia a la tracción (alrededor del 3 %).

Castellote et al.14 añaden máscaras de uso quirúrgico (WM) a los morteros en cantidades de hasta el 5% del peso del cemento. En su trabajo se ha realizado la caracterización de los aspectos mecánicos y microestructurales. Los resultados muestran que la adición de MW al cemento evita el deterioro de las cualidades del material, incluido el comportamiento de resistencia y durabilidad.

Los investigadores han identificado una serie de beneficios de emplear HPPM en mezclas de concreto, pero se han realizado pocos estudios para mejorar la durabilidad y las cualidades de ingeniería del concreto para uso en edificios. Debido al fuerte efecto de HPPM en el comportamiento del concreto, en este estudio se prepararon múltiples muestras de laboratorio que contenían varios porcentajes de HPPM utilizando la mezcla estándar de concreto para la fabricación arquitectónica.

El objetivo principal de este estudio fue explorar si las máscaras faciales de un solo uso se pueden reciclar y reutilizar para reducir la cantidad de basura relacionada con la pandemia que termina en los vertederos o tira basura en las calles durante esta crisis. Estudiamos la influencia de las fibras de HPPM en las propiedades físicas y mecánicas del hormigón y cómo las fibras de HPPM podrían emplearse en un sector potencial de aplicación, como los espacios públicos. Este es un estudio interdisciplinario que involucra tanto a la ingeniería como a la arquitectura. Esta técnica revolucionaria permite comprender este tema al integrar varias áreas de conocimiento y es notable porque no se ha publicado ningún estudio previo sobre el uso de fibras HPPM en entornos públicos.

En este estudio se utilizó cemento Portland ordinario tipo I de cemento Najran (OPC). La gravedad específica del cemento era de 3,15 y tenía una finura Blaine de 410 m2/kg. Las fases Bogue del cemento, según el fabricante, fueron 59 % C3S, 12,1 % C2S, 10,6 % C3A y 10,4 % C4AF. Los óxidos encontrados en el cemento se enumeran en la Tabla 1.

Para vaciar las muestras de concreto que cumplieron con la norma ASTM C33/C33M-18, el agregado fino se recolectó de arena natural con un tamaño máximo de 4,75 mm y el agregado grueso fue piedra natural triturada con un tamaño máximo de 20 mm. Los parámetros físicos de los agregados se presentan en la Tabla 2. Se empleó arena gruesa como agregado fino en las muestras de concreto, y se usaron astillas de piedra triturada que cumplían con la norma ASTM C33 como agregados gruesos. La Tabla 2 enumera las características físicas de estos agregados.

Las mezclas de concreto y el curado se realizaron con agua potable del grifo. Se cumplió el criterio ASTM C1602/C1602M para las propiedades del agua.

Las tiras de polipropileno (HPPM) utilizadas en este estudio están disponibles comercialmente, como las tiras de polipropileno de máscaras quirúrgicas, trajes protectores y cubiertas para la cabeza y los pies, como se indica en la Fig. 1. Las tiras de polipropileno recolectadas de máscaras quirúrgicas, trajes protectores y las cubiertas superior y de pie tienen las mismas propiedades12,13,15. Dado que las tiras de polipropileno tienen las mismas propiedades, las diferentes proporciones de estos HPPM no afectarán los resultados. Las fibras de polipropileno se mezclaron con el hormigón en una proporción del 2,5 % del volumen total.

Protocolos de experimentación, vaciado y curado del hormigón con HPPM.

Las muestras mezcladas con HPPM troceado se analizaron utilizando seis combinaciones de concreto en proporciones de 0% (mezcla control), 0.5%, 1%, 1.5%, 2% y 2.5% por volumen de concreto (tres muestras por cada mezcla) . Esta elección está en línea con estudios previos de3,7,16. Se utilizó cemento Najran con un peso específico de 3,15 y una densidad aparente de 1250–1650 kg/m3 durante los experimentos, así como agregados gruesos con un tamaño nominal de 20 mm y agregados finos con un peso específico de 2,63, que fueron horneados. -secado durante 48 h a 110 °C para eliminar el exceso de humedad. La Tabla 1 enumera los parámetros del cemento utilizados. Los parámetros físicos del HPPM y los agregados finos y gruesos se enumeran en la Tabla 2. En este estudio se utilizaron HPPM nuevos y sin usar para limitar la transmisión comunitaria y el riesgo de infección por el coronavirus. El HPPM se cortó en pequeños trozos de 1 cm de largo y 1 cm de ancho (Fig. 1).

La Tabla 3 muestra el diseño de mezcla utilizado para moldear las muestras y las distintas cantidades de HPPM. CM0 indica una mezcla de control que no contiene mascarillas quirúrgicas, mientras que CM25 indica hormigón con una concentración del 2,5 % en volumen.

En una mezcladora de referencia, las muestras de concreto se prepararon de acuerdo con la norma ASTM C192M con una relación agua/cemento de 0.50. En este estudio no se utilizaron materiales ni mezclas químicas adicionales. Se emplearon fibras de HPPM en las proporciones de 0,5, 1, 1,5, 2,0 y 2,5% como porcentaje extra. El hormigón se mezcló y se colocó en varios moldes (cubos, cilindros y prismas) durante 24 h antes de ser desmoldado y curado en agua corriente potable limpia. Las muestras de concreto fueron curadas por 28 d a temperatura ambiente de 21 a 24 °C (Fig. 1).

Todos los materiales secos se pesaron y luego se mezclaron en una hormigonera durante 3 min para mezclar. Después de 3 min de mezclar con agua, los materiales secos se agregaron suavemente y se combinaron durante otros 3 min. Después del desprendimiento de la mezcladora, el hormigón se vertió en moldes cilíndricos. Para evitar la adherencia del hormigón, las superficies internas de los moldes ensamblados se recubrieron con una fina capa de aceite para moldes. Para permitir que el concreto se asiente, los moldes cilíndricos se llenaron con concreto y se colocaron en una mesa vibratoria durante 20 s. Los moldes se llenaron con hormigón después de los primeros 20 s y luego se vibraron durante otros 20 s para garantizar la ausencia de vacíos. La nueva superficie de hormigón se terminó con una llana de acero lisa. Los especímenes se sacaron de los moldes después de 24 h y se sumergieron inmediatamente en agua dulce limpia durante 28 d para la prueba de resistencia. El procedimiento se realizó para cada lote de concreto. Investigaciones previas 3,16,17 han empleado procedimientos de yeso idénticos (1).

Las pruebas de resistencia a la compresión, a la tracción dividida y a la flexión se realizaron utilizando 18,19,20 respectivamente. El ensayo de resistencia a la compresión se realizó en especímenes cúbicos de 100 × 100 × 100 mm3 (los resultados se corrigieron a 15 * 15 cubos según la norma ASTM C39/C39M-2118), mientras que el ensayo de división se realizó en muestras de 100 mm de diámetro y una altura de 200 mm y tenía una resistencia a la flexión de 100 mm de diámetro, 200 mm de altura, especímenes de prisma. Los especímenes cúbicos se pesaron en agua inmediatamente después de retirarlos de la cubeta de agua en estado seco superficial saturado y en estado seco para determinar las densidades de la muestra. El aparato de prueba de compresión tenía una fuerza de 2000 kg por metro cuadrado. Se inspeccionaron tres muestras de cada configuración de mezcla en busca de defectos antes de someterlas a una fuerza de 157 kN/min. Para evaluar la homogeneidad y la integridad estructural del hormigón HPPM fabricado, se realizaron pruebas de velocidad de pulso (PV) sin distracción en muestras de compresión de acuerdo con21. Esta prueba se puede utilizar para evaluar la consistencia y uniformidad de las muestras de concreto y para evaluar las grietas y los huecos que no son visibles en la superficie. Para evaluar la porosidad efectiva, dos o tres especímenes representativos (con masas individuales > 50 g) de una muestra se sumergieron en agua en un desecador (e). Se mantuvo una presión de vacío de > 800 Pa (requerida por22) dentro del desecador durante al menos 2 h para saturar las muestras. Se calcularon las masas seca (Mdry) y saturada (Msat) de una muestra y una muestra saturada suspendida en agua (Msus). Para calcular la porosidad efectiva (e) y la densidad seca (seco), se utilizaron las siguientes ecuaciones:

donde ηe = Porosidad %, Msat: masa saturada, Mdry: masa seca, MSSD: masa seca superficial saturada.

Después de 28 días de curado, las muestras de hormigón se retiraron del tanque de curado y se dejaron secar. Las partes superiores de las muestras cilíndricas se volvieron a triturar después del secado al aire para producir una superficie de contacto suave con el engranaje de prueba y compresión, según la norma ASTM C31/C31M-21. La velocidad de carga fue de 0,34 MPa/s18.

Se utilizó un microscopio electrónico de barrido Hitachi U8040 para el estudio de microscopía electrónica de barrido (SEM). Las permeabilidades líquidas de los especímenes endurecidos se determinaron de acuerdo con23. Para la prueba de permeabilidad se utilizó un espécimen cúbico de 150 mm. Antes de medir la permeabilidad, la muestra se curó durante 28 días. La Figura 1 muestra la configuración experimental para todas las pruebas.

Las tiras de HPPM (polipropileno) se han utilizado en el concreto como materiales de mejora resistentes a las grietas. El HPPM se construyó a partir de fibras plásticas de polipropileno de acuerdo con las instrucciones del fabricante. También exhibe alta estabilidad química y resistencia. En volumen, el contenido de fibra osciló entre 0,5 y 2,5 %. Los HPPM se cortaron en trozos pequeños de 1 cm de largo y 1 cm de ancho. Los parámetros físicos de HPPM de un solo uso se enumeran en la Tabla 4.

Las Figuras 2a,b muestran los patrones de difracción de rayos X integrados de la máscara facial y la fibra HPPM. Los picos de difracción de todas las fibras se obtuvieron entre 10 y 30 grados, como se muestra en la Fig. 2b. Los picos obtenidos a aproximadamente 14°, 17°, 18,6°, 21–22° y 28° son similares a los picos generados por el polipropileno. Cualquier cambio microestructural en HPPM se observó usando SEM. La capa de HPPM (polipropileno) se cortó en un tamaño de 10 mm × 10 mm y se examinó usando un SEM (Hitachi, TM3000) con un aumento de 1000x. La figura 2c muestra los cambios estructurales en las fibras de polipropileno, como fusión, distorsión, enredo y agrietamiento.

(a) Imagen de una mascarilla de un solo uso, (b) imagen XRD de fibras FM y (c) apariencia de las capas de la mascarilla bajo microscopía electrónica de barrido a 1000×.

Los especímenes fueron estudiados usando XRD para determinar la influencia de agregar fibras de HPPM a las mezclas de concreto en los cambios de fase. La Figura 3 muestra los resultados de la prueba de HPPM al 2% a los 28 d. Las fases cristalinas de portlandita Ca(OH)2, calcita Ca(CO)3 y dióxido de silicio (SiO2) son los picos principales. Los niveles de Ca(CO)3 y Ca(OH)2 no cambiaron apreciablemente cuando se agregaron fibras de HPPM. De manera similar, cuando se agregaron las fibras, se observaron a una intensidad de 650. Este fenómeno demuestra que las fibras son incapaces de participar en procesos químicos. Además, la presencia de materiales amorfos está indicada por la forma convexa entre 2 theta entre 16° y 36°.

Análisis XRD de hormigón con 2% HPPM después de 28 días.

La Figura 4 muestra los valores de asentamiento de las mezclas de concreto que contienen varias cantidades de HPPM como aditivo. Se esperaba que los valores de asentamiento disminuyeran linealmente a medida que aumentaba el porcentaje de HPPM agregado al concreto. En comparación con el asentamiento de referencia de la muestra de referencia, los valores de asentamiento disminuyeron aproximadamente un 5 %, 13 %, 20 %, 30 % y 43 %, respectivamente. La disminución del asentamiento podría atribuirse a la heterogeneidad y rugosidad de las partículas de HPPM, lo que podría disminuir la fluidez de las mezclas, así como la alta absorción de HPPM (8,8 %), como se muestra en la Fig. 4. Debido a la alta porosidad de HPPM (promedio. 8.8%) y alta cohesividad entre el HPPM y la matriz de concreto29, aumentando la cantidad de HPPM resultó en valores de asentamiento más bajos. El volumen, forma y esbeltez de las fibras, así como la composición de la mezcla, influyen en la trabajabilidad del concreto1,9,10,11. Cuando la dosis de fibra supera esta cantidad crítica, aumenta la probabilidad de que la fibra se apriete o se apelmace, lo que da como resultado una distribución desigual de la fibra y una mayor reducción de la fluidez27.

Valores de asentamiento de diferentes porcentajes de HPPM.

Los valores UCS de las muestras se muestran en la Figura 5. La mezcla de control en el experimento tenía una UCS de 28 días de 448 kg/cm2, pero la adición del 2 % de HPPM triturado por volumen produjo los mejores resultados. Para el estudio de mezcla de control, la UCS aumentó constantemente entre 1 y 1,5 % antes de caer marginalmente a 2,5 %. En comparación con la muestra de control, los incrementos de volumen de 0,5, 1, 1,5 y 2 % dieron como resultado aumentos de muestra de 8,82, 11,05, 13,68 y 9,40 %, respectivamente (Fig. 5). Los resultados mostraron que la incorporación de HPPM en el concreto tuvo un impacto significativo en el UCS de la mezcla. En 2020, Xu et al.7 informaron resultados similares para UCS, donde la adición de diferentes fibras plásticas aumentó la UCS hasta el punto en que comenzó a disminuir. La mejora en UCS con el contenido adicional de fibras de polipropileno puede estar relacionada con el efecto de restricción de grietas de la fibra, como se demostró en investigaciones anteriores30. Según un estudio de31, la tendencia decreciente al 2,5 % podría deberse a la presencia de vacíos al 2,5 % y a la existencia de conexiones interfaciales debilitadas entre el HPPM troceado y el cemento (2017).

Resistencia a la compresión mejorada por la adición de HPPM después de 28 días.

Cuando se aumentó la dosis de fibra de 0 a 3%, la UCS aumentó en un 6%32. La adición de HPPM a las mezclas modificó considerablemente el modo de falla del concreto de frágil a dúctil, como se muestra en la Fig. 6. Los especímenes no se aplastaron debido al efecto puente de las fibras de HPPM y mantuvieron su integridad hasta la finalización del proceso. la prueba. Se descubrió que las mezclas que contenían HPPM tenían resistencias a la compresión más bajas a una edad temprana; sin embargo, después de un período de curado más largo, tenían mayores resistencias a la compresión. Esto sugiere que el efecto de las fibras puente puede mejorar el UCS del concreto con el tiempo.

Modo de falla de los especímenes de concreto sin HPPM bajo (a) carga de compresión (b-d), modificando el modo de falla del concreto de frágil a dúctil.

A los 28 d, se realizó una prueba ultrasónica en especímenes de concreto cúbico saturado de agua de 150 mm para evaluar el número de poros internos en los especímenes. Esta prueba no destructiva utiliza ondas reflejadas que se irradian entre sondas para evaluar la permeabilidad de una muestra, según21. El ensayo se realizó cruzando las dos caras de la probeta con dos palpadores del instrumento. La prueba PV es un método no destructivo para determinar la consistencia y eficiencia del concreto. Las grietas y los poros del hormigón también se conocen como PV33. Los ensayos no destructivos son una buena forma de evaluar la calidad del hormigón. Los efectos de la prueba PV se muestran en la Fig. 7a. El PV creció constantemente a medida que el contenido de HPPM por volumen aumentó hasta que el volumen cruzó el 2,0 %, después de lo cual disminuyó marginalmente al 2,5 %, como se muestra en la Fig. 7a. De manera similar, para UCS, el material HPPM con un volumen de 2,0% produjo los mejores resultados. Según34,35, el hormigón con un resultado de PV de más de 4500 m/s se considera sobresaliente con una calificación de alta calidad. La calidad del hormigón disminuyó una vez más en la marca del 2,5% en volumen en comparación con la muestra de control en el experimento; independientemente, la calidad del concreto mejoró en todos los diseños de mezcla, lo que significa características beneficiosas. De acuerdo con36, el concreto de buena calidad no tiene huecos ni grietas sustanciales en los rangos mencionados; en consecuencia, como lo muestra la investigación de 37, el uso de máscaras faciales trituradas redujo el número de microfisuras en el concreto, mejorando así la calidad general del concreto. La ausencia de huecos o grietas puede poner en peligro la integridad estructural del hormigón dentro de los límites antes mencionados. Debido a un aumento en el contenido de vacíos y, por lo tanto, la porosidad con el aumento de fibra, los valores de PV tienden a caer más allá de una composición de fibra del 2,5 %. Según BIS, los valores de velocidad de pulso ultrasónico (UPV) oscilaron entre 3,8 y 4,04 km/s, lo que indica que la calidad del hormigón es buena38. Se agregó HPPM a la ecuación, lo que incrementó los valores de UPV hasta una fracción de volumen particular. Sin embargo, como era de esperar, el aumento del contenido de franjas de HPPM dio como resultado valores de UPV más bajos. Se cree que esta disminución en el cambio de velocidad se debe a la existencia de vacíos y microfisuras en las muestras de concreto, que reducen la homogeneidad en fracciones de volumen de fibra más altas. Para especímenes que contenían HPPM en cualquier %, se descubrieron valores de UPV que oscilaban entre 4200 y 4600 m/s, y se consideraron concretos de buena calidad.

(a) Resultados de la velocidad de la onda P después de 28 días y (b) la relación entre UCS y PV para concreto que contiene HPPM.

Los valores de UPV están relacionados con su resistencia a la compresión del cubo correspondiente. La relación entre los valores UCS y UPV de las mezclas de concreto que incluyen fibras HPPM es fuerte, como se muestra en la Fig. 7b. Se utilizó un método de regresión de potencia para correlacionar los resultados experimentales, con un valor de R2 de 0,872 para todas las muestras, lo que indica un alto nivel de confianza en la asociación.

Los resultados de sorción (S) se muestran en la Fig. 8. Cuando se compara el hormigón de fibras con el hormigón ordinario, S, que es una medida de la durabilidad del hormigón, es menor. Es posible que la pérdida de conexión en el espacio poroso sea causada por la porosidad de la fibra de HPPM que llena la porosidad39. La S mínima para HPPM al 2 % es de 2,55 (106) m/s, mientras que el valor máximo para HPPM al 2,5 % es de 3,46 m/s. Además, todos los hormigones HPPM tenían una S menor que la mezcla control, a pesar de que el alto valor de HPPM al 2,5% era similar a una mezcla con una porosidad considerable. Este resultado demuestra la reducción considerable en la conductividad interior y capilar ny de los poros cuando se utilizan fibras de HPPM, y confirma todos los demás hallazgos de durabilidad en este estudio.

Mejora de la sorción mediante la adición de HPPM después de 28 días.

El FS de UCS y PV sigue un patrón similar, con un aumento de hasta el 2% del contenido de fibra HPPM y luego una reducción a medida que aumenta el número de fibras. Los resultados que se muestran en este gráfico (Fig. 9) indican que, al igual que la resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión del concreto aumentó a medida que aumentó la concentración de HPPM. En comparación con la mezcla de control, las muestras con HPPM de 0,5, 1, 1,5, 2 y 2,5 % tenían FS de 17,8, 24, 27,5, 33,4 y 1,6 %, respectivamente. Además, HPPM juega un papel vital en el desarrollo de FS, particularmente después de una mayor duración del curado con agua. El efecto general de HPPM parece estar orientado hacia el aumento de FS, como lo demuestra el aumento del 33,4 % en FS del concreto con 2,0 % de HPPM. La disminución de FS a medida que aumenta el contenido de fibra se puede atribuir al hecho de que los vacíos en la matriz aumentan a medida que se agrega un 2,5 % de fibras HPPM a la matriz. Al aplicar HPPM al hormigón sostenible, se potenció considerablemente el FS de la muestra. Como resultado, se pueden lograr más mejoras de FS mediante la introducción de un HPPM con una forma geométrica optimizada para crear un mejor FS concreto. La adopción de fibras mejoradas mecánicamente con una mayor fuerza de unión debería dar como resultado un hormigón estructural más resistente capaz de producir mayores capacidades residuales como resultado de los avances en el procesamiento de HPPM reciclado.

(a) Las fibras que intersectan las grietas en la zona de tensión de los especímenes causaron un aumento en la resistencia a la flexión (b) mejoraron el FS después de 28 días después de agregar el 2% de HPPM (c) Influencia de la incorporación de HPPM en la resistencia a la flexión.

Las fibras que intersectan las grietas en la zona de tensión de los especímenes causaron un aumento en el FS. Las fibras de HPPM se flexionan para mantener la separación de la cara de la grieta, ofreciendo una mayor capacidad de absorción de energía y relajando el estrés del área microfisurada adyacente a la punta de la grieta (Fig. 9a,b). Esto podría deberse a la menor trabajabilidad del concreto en fracciones de mayor volumen en las mezclas. Los valores de FS registrados de los haces prismáticos se muestran en la Fig. 9c.

Con respecto al número de golpes requeridos para causar el colapso de la muestra de concreto, se investigó la IM del concreto para diferentes fracciones de volumen de fibras de HPPM. PPF mejora la resistencia al impacto del hormigón40. La adición de solo un 1 % de micro PPF aumentó el número de golpes hasta el fallo casi tres veces41. El número de golpes en la primera grieta se evaluó en 76, 35, 546, 654, 987 y 698 por ciento para 0 por ciento, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 % y 2,5 % de HPPM, respectivamente, cuando HPPM se añade a las mezclas de hormigón. Además, con 0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 % y 2,5 % de HPPM, el número de golpes necesarios para destruir la muestra aumentó 3,0, 3,3 y 4,8 veces, respectivamente (Fig. 10). Estos hallazgos son consistentes con 42, que encontró que el número de golpes por falla aumentó de 76 (100%) para concreto ordinario a 355 (367.105%), 546 (618.421%), 654 (760.526%) 987 (1198.68%), y 689 (818.421%) para concreto con fibras HPPM igual al 0%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2% y 2.5%, respectivamente, para concreto con fibras HPPM igual al control de mezcla (Fig. 10).

Influencia de la incorporación de HPPM en la resistencia al impacto.

Además, en comparación con el hormigón sin fibras, la proporción de desconchado para PPFRC es menor43. Esto se debe a los avances en la protección contra incendios. HPPM se funde a 160 °C, mientras que el desconchado se produce a 190 °C44. Como resultado, a medida que las fibras se derriten, emergen canales vacíos y se genera una nueva vía para que escape el gas. Simultáneamente, reduce la presión intersticial interna. Estos hallazgos también fueron confirmados por 45,46 y otros. Finalmente, el HPPM mejoró considerablemente la resistencia al fuego del hormigón.

El uso de fibras HPPM mejora la resistencia a la abrasión del hormigón. Horszczaruk47 demostró que después de incluir 0,9 kg/m3 de fibras, la profundidad media de desgaste del HPPM se redujo del 29 al 42 % en comparación con el hormigón simple. El aumento de la resistencia a la abrasión de los hormigones que contenían 0, 0,5, 1, 1,5, 2 y 2,5 % de HPPM fibrilado varió de 6,4, 5,7, 4,9, 3,7 y 4,6 %, dependiendo de la relación agua/cemento48.

Este fenómeno puede explicarse por el hecho de que la incorporación de fibras de HPPM en el concreto inhibe la creación de grietas y disminuye efectivamente su tendencia intrínseca al agrietamiento. Además, el efecto de bloqueo de poros de las fibras de HPPM hace que las estructuras de los poros en el concreto endurecido se desprendan más, lo que resulta en una menor porosidad capilar y una menor penetración de agua en el concreto. Además, mejoró la fuerza de resistencia a la abrasión de HPPM. En cuanto a la resistencia al daño por abrasión, las fibras de HPPM superaron al concreto de control (Fig. 11).

Mejora de la resistencia a la abrasión 28 días después de agregar el HPPM.

La resistencia del hormigón a la intrusión de iones hostiles es otro factor importante que influye en su durabilidad. La porosidad del hormigón está representada indirectamente por sus características de absorción, que proporcionan información útil sobre el volumen de poros permeables dentro del hormigón y la conectividad entre estos poros49. El porcentaje de Sw es una medida del volumen de poros o n del hormigón después del endurecimiento, y es uno de los factores fundamentales de la durabilidad del hormigón.

En cuanto a la absorción de agua, muchos estudios han demostrado que HPPM absorbe menos agua que el concreto simple. Según50, el hormigón regular absorbe 1,52% de agua, mientras que el hormigón que contiene 1,5, 3,0 o 4,5% de PPF absorbe 39, 46 o 49% de agua, respectivamente. De igual forma, en51 se redujo la absorción de agua en aproximadamente un 45%, pasando de 2,481 a 1,366%. El PPFRC absorbió un 24,7 % menos de agua que el hormigón sin fibras en pruebas anteriores52. Esto podría deberse a la acción de las fibras, limitando al mínimo el número de grietas. Sin embargo, en algunas pruebas se ha demostrado que las fibras tienen un impacto negativo en la capacidad de absorción.

Nuestros hallazgos muestran que inyectar HPPM en el concreto reduce significativamente su Sw. En comparación con los valores respectivos obtenidos de las mezclas de concreto de control, la absorción de agua de las mezclas de concreto con 0, 0,5, 1, 1,5, 2 y 2,5 % HPPM disminuyó en un 25 % y un 36 %, respectivamente. Los resultados del hormigón reforzado con fibra de HPPM de polipropileno muestran que las fibras de HPPM reducen favorablemente la absorción de agua del hormigón. Como se muestra en la Fig. 12a, el mayor contenido de fibra dio como resultado una mayor reducción en la absorción de agua. Como resultado, entre todos los hormigones reforzados con fibra de HPPM evaluados en este estudio, la combinación que contenía un 2 % de fibra de HPPM exhibió la absorción de agua más baja. La adición de fibras al hormigón proporciona una variedad de ventajas, pero también hace que aumente el espesor de la zona de transición en los hormigones híbridos reforzados con fibras.

Influencia de HPPM en (a) la absorción de agua (Sw) y (b) la porosidad (n) según lo informado en estudios seleccionados.

La influencia de HPPM en la porosidad no se puede medir claramente, como se muestra en la Fig. 12b. La trabajabilidad está influenciada por varios factores, uno de los cuales es la distribución de fibras dentro de la mezcla y el nivel de porosidad. Los estudios han demostrado que cuando aumenta la dosis de fibra, aumenta la porosidad53. La porosidad puede disminuir cuando la adición de fibras se limita a una cantidad menor, y luego puede aumentar nuevamente con adiciones de fibras más grandes, como se mostró anteriormente54. Las porosidades del concreto con 0, 0.5, 1, 1.5, 2 y 2.5% HPPM fueron 4.9, 4.3, 5.2, 3.6, 4.3 y 5.5%, respectivamente, en este estudio. En la Fig. 12b se proporciona un resumen del efecto de la incorporación de fibras de HPPM en la porosidad del hormigón. La adición de más del 2,5 % de fibras de HPPM al hormigón dio como resultado un mayor espesor de la zona de transición y n y, por lo tanto, una mayor Sw. El aumento de la porosidad podría deberse a una mala compactación, lo que podría dar lugar a más microgrietas, fibras sueltas, grietas y una mala unión fibra-matriz55.

Debido a la acción de bloqueo de poros de las fibras HPPM, todas las profundidades de penetración de agua para HPPM fueron inferiores a las de la mezcla de control. Estos hallazgos respaldan la precisión de los resultados de HPPM.

La muestra con un contenido de fibra de HPPM del 2 % tuvo una profundidad mínima de penetración de 7,4 mm, que fue un 38,33 % menor que la de la mezcla de control. La disminución en la profundidad de penetración del agua de HPPM y luego el aumento (11,6 a 2,5%) podría atribuirse a un aumento en "n" a medida que aumentaba el contenido de fibra de HPPM. De hecho, la disminución del 2 % en la profundidad del agua probablemente se deba al bloqueo de los poros y a la disminución de la porosidad capilar. Este resultado respalda los resultados de otras pruebas de durabilidad presentadas en este estudio. La figura 13 muestra la profundidad de penetración del agua a los 28 d.

Profundidad de penetración del agua versus contenido de fibra HPPM después de 28 días.

Además, el efecto de las fibras de HPPM sobre la permeabilidad no se comprende bien. 3 encontraron que la adición de PPF al concreto aumentaba la permeabilidad tanto al agua como al gas. Hager et al.56 comunicaron un hallazgo similar. Muchos estudios, por otro lado, han descubierto que las fibras tienen un efecto favorable sobre la permeabilidad. Según57, la adición de PPF al hormigón reduce la duración de la permeabilidad al agua. De manera similar, las muestras con fibras demostraron una permeabilidad más pobre que las muestras sin fibras58. Los estudios también han demostrado que la permeabilidad disminuye a medida que el volumen de las fibras aumenta hasta cierto punto, luego aumenta y, en ocasiones, supera el del hormigón simple59. Esto generalmente se debe a una falta de trabajabilidad y una cantidad excesiva de fibras en la mezcla.

La presencia de fibras de HPPM en el concreto reduce la probabilidad de que el concreto se rompa al limitar la formación de grietas. Las fibras también hacen que las estructuras porosas del hormigón endurecido se separen más, lo que da como resultado una menor porosidad capilar y una menor penetración de agua en el hormigón.

La microestructura de las fibras de HPPM con fracciones de volumen de 0,5, 1, 1,5, 2 y 2,5 % se examinó mediante SEM para evaluar las características de unión de la mezcla. La Figura 14a,b muestra la interfaz fibra-matriz de HPPM de un compuesto de concreto que incluía fibras de HPPM y puentes de fibra después de una fractura. Los resultados de las pruebas de compresión y flexión en el concreto incorporado con fibras HPPM mostraron que la interfaz fibra-matriz era más fuerte y que la unión fibra-matriz era más fuerte.

Imágenes SEM de hormigón con fibras HPPM. (a) Cubos con diferentes porcentajes de HPPM, (b–f) 0.5, 1, 1.5, 2 y 2.5% de fibras de HPPM.

Otra desventaja del hormigón es que se rompe casi inmediatamente después de verterlo y antes de que fragüe por completo. Estas fisuras son una fuente clave de debilidad del hormigón, especialmente en aplicaciones de obra a gran escala, que provocan fracturas y fallas, así como una falta general de resiliencia60. El refuerzo tradicional y, en menor medida, el uso de una cantidad adecuada de fibras particulares ayudará a superar la debilidad por tensión61. La microestructura del concreto HPPM con una fracción de volumen del 2% de HPPM se investigó usando SEM para evaluar las características de adherencia de HPPM en la mezcla. Las microestructuras al 0,5, 1 y 1,5 % de la superficie de HPPM y la matriz de cemento hidratado después de la fractura de la muestra de concreto se muestran en la Fig. 14b–d, respectivamente. La superficie del HPPM se recubrió con una matriz de cemento densamente hidratada, como se muestra en la Fig. 14b–d. Este evento muestra que el HPPM y la matriz de cemento húmedo formaron una fuerte conexión.

La matriz de HPPM y cemento tenía una fuerte conexión interfacial, como se muestra en la Fig. 14e. Esta unión fue importante para reducir el tamaño y la cantidad de grietas, lo que condujo a un aumento del 2 % en la resistencia de HPPM. La actividad de puenteo de las fibras, sobre la cual las fibras de puenteo transfirieron parcialmente la tensión a través de la fisura, también podría explicar el desempeño mejorado a la flexión del concreto que contiene HPPM. Hallazgos similares fueron reportados por 30, quienes descubrieron que agregar polipropileno al concreto aumentaba sustancialmente su resistencia a la flexión.

Con un 2% de fibra HPPM, se alcanzaron los valores más altos de resistencia a la compresión. Los mayores aumentos de UCS medidos al 1,5 % y al 2 % de HPPM fueron del 13,6 % y el 9,40 %, respectivamente. Por lo tanto, es razonable concluir que las rayas tienen un efecto significativo sobre la resistencia a la compresión. De acuerdo con estos hallazgos, las franjas de HPPM tienen un efecto considerable en los valores de UCS en comparación con los del concreto de control. La alta finura y la longitud variable de las fibras en las tiras HPPM cortadas forman una red que funciona como un puente, evitando que la microfractura se propague más. Sin embargo, cuando el nivel de franjas de HPPM era más alto (2,5 %), las franjas de fibra se dispersaban de manera desigual en el concreto debido a la pobre trabajabilidad y mezcla. Como resultado, estas masas de fibras se acumularon para generar ubicaciones más débiles (Fig. 14f).

Después de la prueba de flexión, las fibras operaron como un elemento puente, transfiriendo efectivamente la carga de la matriz a las fibras HPPM, lo que les permitió asumir la carga adicional y resultó en un aumento en el UCS y FS en comparación con los del control. concreto. El tamaño y la forma de las fibras de polipropileno afectaron el aumento de la resistencia a la flexión del hormigón. Además, como resultado de la menor relación a/c efectiva, los valores de FS y de tracción por división fueron relativamente altos, con aumentos de 17,8, 24, 27,5, 33,4 y 1,6 % en FS a 0,5, 1, 1,5, 2 y 2,5 % HPPM, respectivamente, en comparación con los de las muestras de control. En una matriz de cemento rayado disperso, las concentraciones de tensión no son uniformes a lo largo de la fibra.

La combinación de tiras y fibras de HPPM es un factor que mejora el FS. Las tiras de HPPM se flexionaron para mantener separada la cara de la fractura, ofreciendo una mayor capacidad de absorción de energía mientras se relajaba el área microfisurada adyacente a la punta de la fisura. Sin embargo, un mayor contenido de fibra (2,5% HPPM) dio como resultado una reducción en FS (Fig. 14f). Esto podría deberse a la menor trabajabilidad del concreto en fracciones de mayor volumen en las mezclas. La compactación inadecuada, más microfisuras, fibras y fisuras descontroladas y la mala unión fibra-matriz podrían contribuir al aumento de la permeabilidad y la porosidad. HPPM actúa como un refuerzo tridimensional, puenteando grietas y previniendo el crecimiento y la ampliación62. Es importante destacar que las grietas no son perjudiciales para la construcción o la capacidad de servicio si no superan un tamaño particular. Cuando el hormigón pasa de un estado plástico a un estado sólido y el módulo de Young del hormigón supera el módulo de Young de las fibras, ya no se considera que los micro HPPM desempeñen un papel importante. Además, en un estudio previo63, el área de fisuración en concreto con 0.5% PPF se redujo en un 99%. El PPF evita la formación de grietas no solo contra la contracción plástica sino también contra la contracción por secado11,63.

Sin embargo, como se muestra en la Fig. 14f, HPPM al 2,5 % tenía una porosidad más alta, lo que provocaba que la muestra no fuera homogénea. Además, las fibras de HPPM tienen un efecto de puente, lo que puede conducir a una mayor resistencia a la compresión y la flexión. En realidad, la menor permeabilidad y la porosidad capilar están estrechamente relacionadas. Puede deducirse que los vacíos en HPPM al 2,5%, que son mayores que los del HPPM al 2%, son causados por las fibras de HPPM que atrapan aire en la mezcla. Además, las tiras y fibras de HPPM pueden actuar como un aglutinante en todas las fibras y agregarse en esta micrografía, lo que podría causar el bloqueo de los poros y una disminución de la permeabilidad. En realidad, la menor permeabilidad y la porosidad capilar están estrechamente relacionadas. Los vacíos en HPPM al 2,5 %, que son más que en HPPM al 2 %, probablemente sean causados por fibras que tienen aire atrapado en la mezcla.

Algunos investigadores han enfatizado recientemente el efecto de las fisuras en la permeabilidad del concreto64 investigaron el efecto del ancho de fractura en la permeabilidad del concreto en un entorno experimental. Shin et al.65 estudiaron la influencia de la permeabilidad del concreto en el tipo de fractura, el ancho de la fisura y la cabeza de agua. Yang et al.66 utilizaron tomografía computarizada de rayos X para monitorear los parámetros de transporte de agua del concreto fisurado e indicaron que la morfología y la tortuosidad de la fractura deben estudiarse en investigaciones futuras.

El papel principal de HPPM en la construcción con hormigón se muestra en la Fig. 15. Como se muestra, las tensiones que surgen de la contracción plástica superan la resistencia del hormigón en las horas iniciales de su edad, cuando tanto la resistencia como el módulo de Young son bastante bajos. Como resultado, se forman grietas por contracción. La formación de grietas se ralentiza por una gran cantidad de HPPM igualmente dispersas, que reducen el ancho de la grieta en dos órdenes de magnitud5. Cabe señalar que las grietas no son perjudiciales para la construcción o la capacidad de servicio si no superan un tamaño particular. Cuando el concreto pasa de un estado plástico a un estado sólido y el módulo de Young del concreto excede el módulo de Young de las fibras, los micro HPPM ya no juegan un papel importante. En este estudio, las muestras de hormigón sin fibras tenían un área de fractura de 1743 mm2 en el estudio67, mientras que las que contenían 0,5 y 1,0 % de PPF tenían áreas de fractura de 992 y 99 mm2, respectivamente. Según este estudio, la presencia de HPPM aumenta la resistencia a la retracción por secado del hormigón.

Representación esquemática del mecanismo de puenteo formado por HPPM al 2% de fibras que actúan como. Actividad de puenteo de grietas durante la falla.

La adición de fibras macro HPPM puede cambiar la forma de la fractura en función de los datos físicos y mecánicos mencionados anteriormente. Este comportamiento se puede atribuir a las macrofibras de polipropileno, que se dispersan estocásticamente en la matriz, evitando que la fractura de la matriz se propague sin estirar y despegar las fibras, lo que da como resultado una ruta de extensión de fisura desviada. Al comparar especímenes de fibra de HPPM con muestras de concreto de control, los especímenes con una dosis de fibra de 2,5 % mostraron el aumento más significativo en la morfología de grietas.

El uso de fibras de diversas materias primas es eficaz para controlar la formación de fisuras en las superficies de hormigón expuestas provocadas por la contracción por secado a edad temprana37. Debido a que restringieron los movimientos del micronivel en el concreto al unir y unir fracturas finas, el PPF en el concreto disminuye la contracción por secado y el agrietamiento temprano5. El efecto de HPPM en el comportamiento de fractura de la matriz se puede dividir en dos categorías. Primero, la adición de fibras HPPM reduce la tensión máxima así como el módulo elástico de las mezclas. En segundo lugar, después de que se rompa la cara de la grieta que une el grano, la tensión se puede transferir a través de las grietas a través de la intersección de las fibras y las grietas. La actividad de puenteo de grietas da como resultado una mayor ductilidad en el concreto reforzado con fibra de HPPM (Fig. 15).

En el negocio de la construcción actual, los temas de susceptibilidad y materiales amigables con el medio ambiente son objeto de acalorados debates12,13,14,68,69. Las concentraciones de CO2 en el medio ambiente han aumentado un 50% en el siglo XXI2. La fabricación de hormigón representa entre el 2% y el 3% de la demanda anual de energía y entre el 8% y el 9% de las emisiones totales de CO2 a la atmósfera70. En consecuencia, la industria de la construcción ahora enfrenta un nuevo desafío: fabricar estructuras de concreto que cumplan con los estándares ambientales y que sean más duraderas. La protección de las barras de acero contra la corrosión y el ataque de los sulfatos mejora la longevidad del concreto reforzado, lo que permite que el agua y los iones penetren a través de las grietas y los poros2. La contracción plástica a una edad temprana es ampliamente reconocida como una de las principales causas de grietas en el concreto. Como resultado, el concepto de inclusión de fibra HPPM parece bastante útil en términos de desarrollo a largo plazo. Ali et al.71 realizaron un estudio comparativo de hormigón simple y hormigón que contenía varios tipos de fibras, incluidos acero, vidrio y PP. Se descubrió que la fabricación de PPF producía un 30 y un 9 % menos de CO2 que el acero y las fibras de vidrio, respectivamente. Se evaluaron los problemas ambientales y económicos asociados con los pavimentos fabricados con los diversos hormigones descritos anteriormente. Además, dependiendo de la dosis de fibra, las emisiones de carbono por m2 de pavimento se redujeron entre un 13% y un 18%. El espesor del pavimento de hormigón se redujo en un 18% en otro estudio72 debido al uso de PPF. La pandemia de COVID-19 provocó una crisis global con consecuencias sociales, económicas y ambientales73. La gestión inadecuada de HPPM gastado es otra vía plausible para la transmisión de COVID-19. El presente trabajo alienta a los científicos a expresar sus preocupaciones a los gobiernos en todos los niveles con respecto a la importancia de implementar medidas adecuadas de gestión de desechos sólidos, como HPPM, para prevenir la propagación del nuevo coronavirus. Con el 50% de su población, Arabia Saudita es el país más poblado de la Península Arábiga. Hasta la fecha, ha habido 417,363 casos de coronavirus y 6957 muertes. Se ha recuperado un total de $375,831 (www.worldometers.info). Como se indicó anteriormente, la principal aplicación del hormigón reforzado con fibra es la construcción de elementos estructurales. Rara vez se considera la posibilidad de emplear dicho hormigón para construir formas arquitectónicas. Los espacios públicos son uno de los campos de aplicación de la arquitectura. Los espacios públicos abiertos son uno de los aspectos más importantes de la vida de la ciudad74, y su atractivo afecta la forma en que las personas ven la ciudad. Además, como resultado, las ciudades son vistas como agradables y atractivas para las personas. Las franjas de HPPM se pueden utilizar para producir formas arquitectónicas en espacios públicos, como pavimentos decorativos en centros científicos, centros comerciales, baños, paseos, zoológicos y jardines, estaciones de autobuses, áreas de estacionamiento, terminales de transbordadores, rocas feck, áreas de playa, paisajes, puerta alrededores y parques de patinaje. Finalmente, se deben considerar las características de los materiales utilizados en estos espacios.

Actualmente se están utilizando varios métodos eficientes para limpiar el HPPM recolectado para convencer a la industria de la construcción de usar máscaras y otros desechos de EPP sin riesgo de transmisión de enfermedades. Estas técnicas son las siguientes:

Para ayudar con las limitaciones de suministro causadas por la pandemia de COVID-19, la FDA en los Estados Unidos aprobó el peróxido de hidrógeno en vapor (VH2O2) para la descontaminación de alto rendimiento de PPE, ya sea solo o en combinación con ozono.

Las técnicas de descontaminación UVC, en particular aquellas que utilizan esta longitud de onda, también se pueden utilizar como un posible método de descontaminación HPPM. También se utilizan otras tecnologías UV para evitar la armonización de procesos.

El calentamiento húmedo a 60–70 °C durante 60 min junto con una humedad alta es una tecnología de descontaminación viable para HPPM, ya que ofrece escalabilidad y procesamiento de alto rendimiento. Para descontaminar el EPP, el vapor generado por microondas sería ineficaz.

Los métodos de irradiación física como el óxido de etileno, los haces de electrones y la radiación gamma son inútiles para reciclar HPPM75.

Los materiales utilizados en estudios anteriores han variado en tamaño y relación largo/ancho. Kilmartin-Lynch et al.12 han empleado piezas minúsculas que miden 2 cm de largo y 0,5 cm de ancho. Koniorczyk et al.13 utilizaron muestras de 0,5 cm de largo y 0,4 cm de ancho, mientras que Ran et al.15 utilizaron muestras de 2 cm de largo y 0,4 cm de ancho. En este artículo, el HPPM se cortó en pequeños trozos de 1 cm de largo y 1 cm de ancho. El alcance de este trabajo no incluye el efecto del tamaño y el efecto de la relación largo/ancho, que necesitan mayor investigación en el trabajo futuro.

La función principal de las franjas de HPPM en la construcción de concreto es reducir las grietas por contracción plástica. Los cambios en la mezcla pueden mejorar muchas características del hormigón reforzado con fibras HPPM. Sin embargo, ciertas cualidades tienen efectos insignificantes o son difíciles de evaluar. Cabe destacar que la conclusión de que un mayor contenido de fibra HPPM da como resultado mejores características no siempre es correcta, y una cantidad excesiva de fibras puede causar un deterioro sustancial. Por ejemplo, las fibras de polipropileno mejoran las características del material hasta una dosis específica que, si se excede, tiene consecuencias perjudiciales. Al determinar el contenido de fibra HPPM ideal, es fundamental tener en cuenta la composición de la mezcla y la calidad de la fibra. Las aplicaciones de hormigón reforzado con fibra de HPPM en lugares públicos abiertos son un campo prometedor. Debido a que el concreto está sujeto a condiciones ambientales adversas, daño, abrasión de la superficie y vandalismo, es definitivamente ventajoso usar concreto con una calidad mejorada.

En el hormigón sostenible se emplearon diversos porcentajes de residuos de hierro (0, 0,5, 1, 1,5, 2,0 y 2,5%). Se investigaron el asentamiento, la resistencia a la compresión, la resistencia a la flexión, la resistencia a la abrasión, la resistencia al impacto, la sorción, la prueba de desprendimiento, la absorción de agua, la porosidad, la penetración de agua, la permeabilidad y el UPV. Las siguientes conclusiones se extrajeron en base a los resultados de estos experimentos.

Cuando se agregan fibras de HPPM a la mezcla de concreto, reducen la trabajabilidad del concreto nuevo y tienen el potencial de mejorar algunas de las cualidades mecánicas del concreto cuando se utilizan en pequeñas cantidades.

En comparación con la mezcla de control, HPPM mejoró la calidad general del concreto porque las fibras se distribuyeron de manera más uniforme, lo que resultó en una mayor resistencia a la compresión y a la flexión. Debido a que restringió los movimientos a nivel micro en el concreto al unir y coser grietas finas, HPPM disminuyó la contracción por secado y el agrietamiento temprano en el concreto. La mezcla con 2% de contenido de fibra HPPM produjo las mayores resistencias a la compresión y a la flexión.

XRD mostró que después de introducir fibras de PP, ni el Ca(CO)3 ni el Ca(OH)2 se alteraron apreciablemente. Esto demuestra que las fibras son incapaces de participar en reacciones químicas. La presencia de fibras provoca un cambio considerable en el patrón de fisuración del hormigón. Mientras que el concreto no reforzado forma grietas anchas y largas, la inclusión de fibras reduce el ancho de apertura de la grieta, el área agrietada y la propagación de grietas a través de la actividad de puenteo de las fibras. Las redes de grietas se vuelven menos conectadas como resultado de agregar las fibras.

La absorción de agua en el concreto endurecido se reduce cuando las tiras y fibras de HPPM se agregan por separado en fracciones de bajo volumen a la mezcla de concreto. Además, el uso de fibras de HPPM en pequeñas fracciones de volumen redujo la porosidad de las muestras de hormigón. Entre todos los especímenes de concreto, el concreto que contenía 2% de fibras HPPM tuvo la absorción de agua y el porcentaje de porosidad más bajos. Independientemente de la concentración de volumen de HPPM, todas las mezclas de concreto estaban sujetas al mismo alto estándar de excelente calidad y resistencia estructural.

Las microfracturas se propagan a lo largo del hormigón con HPPM, según un estudio de microestructura del hormigón. Como se demuestra en las imágenes SEM, las fibras HPPM (2 %) desempeñan un papel importante en el puente de fracturas. Sin embargo, cuando el porcentaje de volumen de las fibras es mayor (2,5% de HPPM), se forman y crecen vacíos entre la pasta de cemento y la fibra, lo que reduce las cualidades de resistencia del hormigón. Como resultado, HPPM se puede utilizar para fabricar hormigón sostenible y producir un material de construcción limpio y respetuoso con el medio ambiente. Además, las fibras de HPPM empleadas en este estudio se clasificaron como cortas o discontinuas, lo que podría conducir a un aumento de la UCS, FS y resistencia a la abrasión.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Tiras de polipropileno

Materiales de protección personal saludables

Mascarilla de un solo uso

Resistencia a la compresión uniaxial

Fuerza flexible

Velocidad de pulso ultrasónico

Microscópio electrónico escaneando

patrones de difracción de rayos X

Porosidad

Absorción de agua

Fuerza de impacto

Resistencia a la abrasión

Coeficientes de sorción

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La publicación fue financiada por el Área de Investigación Prioritaria Antropoceno bajo el programa "Iniciativa de Excelencia—Universidad de Investigación" en la Universidad Jagiellonian en Cracovia, Polonia. Los autores agradecen al Decanato de Investigación Científica de la Universidad de Najran por financiar este trabajo bajo el código de subvención del programa de financiación del programa de investigación de la región de Najran (NU/NAR/SERC/11/34). Gracias al editor de manejo, Dr. Farhad Aslani, por su manejo de nuestro artículo ya los cuatro revisores por sus comentarios constructivos que ayudaron a mejorar nuestro artículo.

Departamento de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería, Universidad de Najran, Najran, Reino de Arabia Saudita

Ahmed Abd El Aal y Amr Fenais

Centro de Investigación de Materiales Avanzados y Nanotecnología, Universidad de Najran, Najran, Reino de Arabia Saudita

Mabkhout A. Alsaiari

Unidad de Investigación de Cuarto Vacío, Departamento de Química, Facultad de Ciencias y Artes de Sharurah, Universidad de Najran, Najran, Reino de Arabia Saudita

Mabkhout A. Alsaiari

Facultad de Geografía y Geología, Instituto de Ciencias Geológicas, Universidad Jagellónica, Gronostajowa 3a, 30-387, Cracovia, Polonia

Ahmed E. Radwan

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Correspondencia a Ahmed E. Radwan.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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El Aal, AA, Alsaiari, MA, Radwan, AE et al. Perspectiva de gestión inteligente de residuos de materiales de protección personal saludables COVID-19 en concreto para pavimentos decorativos y rocas artificiales. Informe científico 13, 2904 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30104-1

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Recibido: 29 julio 2022

Aceptado: 15 febrero 2023

Publicado: 18 febrero 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30104-1

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