Perspectiva de la gestión inteligente de residuos de COVID

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 de protección y cubrecabezas y pies, sobre la durabilidad y las características físico-mecánicas del concreto para uso en formas arquitectónicas. Debido a la actual epidemia mundial causada por el coronavirus (COVID-19), el uso de HPPM, como mascarillas quirúrgicas, trajes protectores y cubrecabezas y pies, ha aumentado considerablemente. La segunda y tercera ola de COVID-19 están afectando actualmente a varios países, obligando al uso de mascarillas (FM). En consecuencia, millones de FM individuales han sido vertidos en la naturaleza, llegando a las playas, flotando bajo los mares y terminando en lugares peligrosos. El efecto de las fibras rayadas sobre las características físico-mecánicas 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 sortividad, la absorción de agua Sw, la porosidad (ηe), la penetración de agua, la permeabilidad, y es necesario determinar los aspectos económicos y ecológicos. Centrándose en HPPM, especialmente en 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 e 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 en un 2%. Los resultados de esta investigación mostraron que el contenido de franjas no tuvo efecto sobre la resistencia a la compresión. Sin embargo, la franja es fundamental para determinar la resistencia a la flexión del hormigón. La UCS aumentó constantemente entre 1 y 1,5% antes de caer marginalmente al 2,5%, lo que indica que la incorporación de HPPM al concreto tuvo un impacto significativo en la 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 hormigón endurecido se reduce cuando se añaden por separado franjas y fibras de HPPM en fracciones de bajo volumen a la mezcla de hormigón. El concreto que contenía 2% de fibras HPPM tuvo el menor porcentaje de absorción de agua y porosidad. Se descubrió que las fibras de HPPM actúan como puentes entre 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 franjas de materiales de protección personal saludables (HPPM) son materiales compuestos cementosos con fibras dispersas, como acero, polímero, polipropileno, carbono y vidrio1. La protección de las barras de acero contra la corrosión y el ataque de sulfatos, así como contra la infiltración de agua e iones a través de poros y grietas, 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 hormigón reforzado con fibras 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 del 3% por volumen, con la reducción más significativa del 10%. La resistencia a la tracción de 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 de tamaño más pequeño, los científicos descubrieron que aumentar la cantidad de fibra aumentaba las resistencias 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 sólo por las métricas enumeradas anteriormente sino también por su fuerza de unión al concreto5. Además, las fibras pueden rizarse, torcerse, ser sinusoidales o engancharse para mejorar su superficie de contacto con la matriz, y sus hendiduras pueden fibrilarse (los extremos se parten durante la mezcla). Las propiedades mecánicas de las mezclas de hormigón también se ven afectadas por la forma de la fibra6.

Xu et al.7 realizaron experimentos similares en concreto reforzado con fibras 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 la dosis se aumentó a 2,0 kg/m3, la resistencia a la tracción del CTF disminuyó en un 23%, mientras que la del PF disminuyó en un 55%. La resistencia a la tracción de las fibras de poliolefina también se degradó. Además, el uso de refuerzo de fibra en el hormigón impone restricciones específicas en la composición de la mezcla; por lo tanto, puede ser necesario realizar cambios8. El número, forma y esbeltez de las fibras afectan la trabajabilidad del hormigón1,9,10,11. Es un campo de uso prometedor, particularmente en ubicaciones metropolitanas donde existen condiciones ambientales adversas, daños causados por las condiciones ambientales, abrasión de superficies y vandalismo. Sin embargo, las fibras HPPM se utilizan más comúnmente en aplicaciones arquitectónicas. Específicamente, las fibras HPPM son particularmente exitosas en reducir las fracturas por contracción plástica poco después de fabricar el concreto y mejoran considerablemente su comportamiento post-fisuración.

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 concreto 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 raramente menores 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 (aproximadamente un 5%) y la resistencia a la tracción (aproximadamente un 3%).

Castellote et al.14 añadieron mascarillas quirúrgicas (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 hallazgos muestran que agregar MW al cemento evita un deterioro en las cualidades del material, incluido el comportamiento de resistencia y durabilidad.

Los investigadores han identificado una serie de beneficios del empleo de HPPM en mezclas de concreto, pero se han realizado pocos estudios sobre cómo mejorar la durabilidad y las cualidades de ingeniería del concreto para uso en edificios. Debido al fuerte efecto del HPPM sobre el comportamiento del concreto, en este estudio se tomaron 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 mascarillas 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 ensucia las calles durante esta crisis. Estudiamos la influencia de las fibras HPPM en las propiedades físicas y mecánicas del hormigón y cómo las fibras HPPM podrían emplearse en un sector potencial de aplicación, como los espacios públicos. Este es un estudio interdisciplinario que involucra tanto la ingeniería como la arquitectura. Esta técnica revolucionaria proporciona comprensión de este tema al integrar varias áreas del conocimiento y es digna de mención 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 procedente del cemento Najran (OPC). La gravedad específica del cemento era 3,15 y tenía una finura Blaine de 410 m2/kg. Las fases Bogue del cemento, según el fabricante, eran 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 colar las muestras de concreto que cumplieron con ASTM C33/C33M-18, el agregado fino se recogió de arena natural con un tamaño máximo de 4,75 mm y el agregado grueso fue piedra triturada natural 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 astillas de piedra triturada que cumplieron con ASTM C33 como agregados gruesos. La Tabla 2 enumera las características físicas de estos agregados.

Las mezclas de concreto y el curado se realizaron utilizando 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 mascarillas quirúrgicas, trajes protectores y cubrecabezas y pies, como se indica en la Fig. 1. Las tiras de polipropileno recolectadas de mascarillas quirúrgicas, trajes protectores y Los cubrecabezas y los pies 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. Se mezclaron fibras de polipropileno con el hormigón a razón 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% en volumen de concreto (tres muestras para cada mezcla). . Esta elección está en línea con estudios previos de 3,7,16. A lo largo de los experimentos se utilizó cemento Najran con una gravedad específica de 3,15 y una densidad aparente de 1250-1650 kg/m3, así como agregados gruesos con un tamaño nominal de 20 mm y agregados finos con una gravedad específica 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 trozos pequeños 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 denota una mezcla de control que no contiene mascarillas quirúrgicas, mientras que CM25 denota concreto con una concentración del 2,5% en volumen.

En una mezcladora de referencia, las muestras de concreto se prepararon según ASTM C192M con una relación agua/cemento de 0,50. En este estudio no se utilizaron materiales adicionales ni aditivos químicos. Se emplearon fibras HPPM en proporciones de 0,5, 1, 1,5, 2,0 y 2,5% como porcentaje adicional. El concreto se mezcló y se colocó en varios moldes (cubos, cilindros y prismas) durante 24 h antes de ser desmoldado y curado en agua potable limpia. Las muestras de concreto se curaron durante 28 días 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 minutos para mezclar. Después de 3 minutos de mezclar con agua, los materiales secos se agregaron suavemente y se combinaron durante otros 3 minutos. Después de separarlo 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 finamente con aceite para moldes. Para permitir que el concreto asentara, se llenaron moldes cilíndricos con concreto y se colocaron sobre 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 asegurar la ausencia de huecos. La nueva superficie de hormigón se acabó con una llana de acero lisa. Las probetas se sacaron de los moldes después de 24 h y se sumergieron inmediatamente en agua dulce limpia durante 28 días para la prueba de resistencia. El procedimiento se realizó para cada lote de concreto. Investigaciones anteriores 3,16,17 han empleado procedimientos de fundición idénticos (1).

Las pruebas de resistencia a la compresión, a la tracción dividida y a la flexión se realizaron utilizando 18,19,20 respectivamente. La prueba de resistencia a la compresión se realizó en muestras cúbicas de 100 × 100 × 100 mm3 (los resultados se corrigieron a 15 * 15 cubos según ASTM C39/C39M-2118), mientras que la prueba dividida se realizó en muestras que tenían 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. Las muestras cúbicas se pesaron en agua inmediatamente después de sacarlas del recipiente de agua en estado seco superficial saturado y en estado seco para determinar las densidades de las muestras. 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) no distractivas 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 huecos que no son visibles en la superficie. Para evaluar la porosidad efectiva, se sumergieron en agua en un desecador (e) dos o tres muestras representativas (con masas individuales > 50 g) de una muestra. Se mantuvo una presión de vacío de > 800 Pa (requerida por 22) 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 de una muestra saturada suspendida en agua (Msus). Para calcular la porosidad efectiva (e) y la densidad seca (dry), 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 concreto se retiraron del tanque de curado y se dejaron secar. Las partes superiores de las muestras cilíndricas se rectificaron después de secarlas al aire para producir una superficie de contacto suave con el engranaje de compresión y prueba, según ASTM C31/C31M-21. La tasa 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 a los líquidos de las muestras endurecidas se determinaron según23. Para el ensayo de permeabilidad se utilizó una probeta cúbica 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.

Se han utilizado franjas de HPPM (polipropileno) en el hormigón como materiales de mejora resistentes a las grietas. El HPPM se construyó a partir de fibras plásticas de polipropileno según las instrucciones del fabricante. También exhibe una 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 del 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 en 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 mediante SEM. La capa de HPPM (polipropileno) se cortó en un tamaño de 10 mm x 10 mm y se examinó utilizando un SEM (Hitachi, TM3000) con un aumento de 1000X. La Figura 2c muestra los cambios estructurales en las fibras de polipropileno, como fusión, distorsión, enredos y grietas.

(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 ×.

Las muestras se estudiaron utilizando XRD para determinar la influencia de la adición de fibras 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 días. 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 650 de intensidad. 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 del 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 HPP, lo que podría disminuir la fluidez de las mezclas, así como a la alta absorción del HPPM (8,8%), como se muestra en la Fig. 4. Debido a la alta porosidad del HPPM (promedio. 8,8%) y alta cohesividad entre el HPPM y la matriz de concreto29, el aumento de 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 hormigón1,9,10,11. Cuando la dosis de fibra excede esta cantidad crítica, aumenta la probabilidad de que la fibra se atasque o se forme bolas, lo que resulta en una distribución desigual de la fibra y una mayor reducción en la fluidez27.

Valores de asentamiento de diferentes porcentajes de HPPM.

Los valores de UCS de las muestras se muestran en la Figura 5. La mezcla de control en el experimento tuvo 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 la mezcla de control, la UCS aumentó de manera constante entre 1 y 1,5 % antes de caer marginalmente al 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 al 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 caer. La mejora en la 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 a la baja del 2,5 % podría deberse a la presencia de huecos al 2,5 % y a la existencia de conexiones interfaciales debilitadas entre el HPPM cortado y el cemento (2017).

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

Cuando la dosis de fibra aumentó del 0 al 3%, la UCS aumentó 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. Las probetas no se aplastaron debido al efecto puente de las fibras de HPPM y mantuvieron su integridad hasta la finalización de 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, tuvieron resistencias a la compresión más altas. Esto sugiere que el efecto de las fibras puente puede mejorar la UCS del hormigón con el tiempo.

Modo de falla de las muestras 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 días, se realizó una prueba ultrasónica en muestras de concreto cúbicas saturadas de agua de 150 mm para evaluar el número de poros internos en las muestras. Esta prueba no destructiva utiliza ondas reflejadas que se irradian entre sondas para evaluar la permeabilidad de una muestra, según21. La prueba se realizó cruzando las dos caras de la probeta con dos sondas del instrumento. La prueba PV es un método no destructivo para determinar la consistencia y eficiencia del concreto. Las grietas y poros del hormigón también se denominan PV33. Las pruebas no destructivas son una buena forma de evaluar la calidad del hormigón. Los efectos de la prueba PV se muestran en la Fig. 7a. La PV creció consistentemente a medida que el contenido de HPPM por volumen aumentó hasta que el volumen superó 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 del 2,0% produjo los mejores resultados. Según 34,35, el hormigón con un resultado PV superior a 4500 m/s se considera sobresaliente y tiene una calificación de alta calidad. La calidad del hormigón volvió a disminuir en el experimento a partir del 2,5% de volumen en comparación con la muestra de control; Independientemente, la calidad del concreto mejoró en todos los diseños de mezcla, lo que significa características beneficiosas. Según36, el hormigón de buena calidad no presenta huecos ni grietas sustanciales en los rangos mencionados; en consecuencia, como lo demuestra la investigación de37, el uso de mascarillas 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 mencionados anteriormente. Debido a un aumento en el contenido de huecos y, por tanto, en la porosidad con una mayor fibra, los valores de PV tienden a caer más allá de una composición de fibra del 2,5%. Según el BIS, los valores de velocidad del pulso ultrasónico (UPV) oscilaron entre 3,8 y 4,04 km/s, lo que indica que la calidad del hormigón es buena38. Se agregó el HPPM a la ecuación, lo que aumentó los valores de UPV hasta una fracción de volumen particular. Sin embargo, como se esperaba, el mayor contenido de franjas de HPPM resultó en valores de UPV más bajos. Se cree que esta disminución en el cambio de velocidad se debe a la existencia de huecos y microfisuras en las muestras de concreto, que reducen la homogeneidad en fracciones de volumen de fibra más altas. Para muestras que contenían HPPM en cualquier %, se descubrieron valores de UPV que oscilaban entre 4200 y 4600 m/s y se consideraron como concreto 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 la resistencia a la compresión del cubo correspondiente. La relación entre los valores UCS y UPV de 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 R2 de 0,872 para todas las muestras, lo que indica un alto nivel de confianza en la asociación.

Los resultados de la sortividad (S) se muestran en la Fig. 8. Cuando se compara el hormigón con fibra 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 porosidad de relleno de la fibra HPPM39. El S mínimo para 2% HPPM es 2,55(106) m/s, mientras que el valor máximo para 2,5% HPPM es 3,46 m/s. Además, todos los hormigones HPPM tuvieron un S menor que la mezcla de control, a pesar de que el alto valor para 2,5% HPPM fue similar a una mezcla con porosidad considerable. Este resultado demuestra la considerable reducción en la n capilar y la conductividad interna de los poros cuando se usan fibras HPPM, y confirma todos los demás hallazgos de durabilidad en este estudio.

Mejora de la sortividad 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 de HPPM y luego una reducción a medida que aumenta el número de fibras. Los resultados mostrados en este gráfico (Fig. 9) indican que, similar a 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 % tuvieron 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 a aumentar los FS, como lo demuestra el aumento del 33,4% en los FS del hormigón con un 2,0% de HPPM. La disminución de FS a medida que aumenta el contenido de fibra se puede atribuir al hecho de que los huecos en la matriz crecen a medida que se agregan a la matriz fibras de HPPM al 2,5%. Al aplicar HPPM al hormigón sostenible, la FS de la muestra aumentó considerablemente. Como resultado, se pueden lograr mejoras adicionales en los FS introduciendo un HPPM con una forma geométrica optimizada para crear un mejor FS concreto. La adopción de fibras mejoradas mecánicamente con mayor resistencia 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 cruzan las grietas en la zona de tensión de las muestras causaron un aumento en la resistencia a la flexión (b) mejoraron la 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 cruzaban las grietas en la zona de tensión de las probetas provocaron un aumento en la FS. Las fibras HPPM se flexionan para mantener la separación de la cara de la grieta, ofreciendo una mayor capacidad de absorción de energía y relajación de tensiones en el área de microgrietas adyacente a la punta de la grieta (Fig. 9a, b). Esto podría deberse a la menor trabajabilidad del hormigón en fracciones de volumen mayores en las mezclas. Los valores de FS registrados de los haces prismáticos se muestran en la Fig. 9c.

Con respecto al número de golpes necesarios para provocar el colapso de la muestra de concreto, se investigó el IM del concreto para diferentes fracciones de volumen de fibras de HPPM. El 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. Se evaluó que el número de golpes en la primera grieta fue 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 añadió 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 a 0%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2% y 2.5%, respectivamente, para concreto con fibras HPPM igual a 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 del PPFRC es menor43. Esto se debe a los avances en la protección contra incendios. El 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. Al mismo tiempo, reduce la presión de los poros internos. 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 cayó del 29 al 42 % en comparación con la del hormigón simple. El aumento en la resistencia a la abrasión de los hormigones que contienen HPPM fibrilado 0, 0,5, 1, 1,5, 2 y 2,5% varió de 6,4, 5,7, 4,9, 3,7 a 4,6%, dependiendo de la relación agua-cemento48.

Este fenómeno puede explicarse por el hecho de que la incorporación de fibras HPPM al hormigón inhibe la creación de grietas y disminuye efectivamente su tendencia intrínseca al agrietamiento. Además, el efecto de bloqueo de poros de las fibras HPPM hace que las estructuras de los poros en el hormigón endurecido se desprendan más, lo que da como resultado una menor porosidad capilar y una menor penetración de agua en el hormigón. Además, mejoró la resistencia a la abrasión del HPPM. En cuanto a la resistencia al daño por abrasión, las fibras 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 el HPPM absorbe menos agua que el hormigón simple. Según50, el hormigón normal absorbe un 1,52 % de agua, mientras que el hormigón que contiene 1,5, 3,0 o 4,5 % de PPF absorbe un 39, 46 o 49 % de agua, respectivamente. De manera similar, en51 la absorción de agua se redujo aproximadamente en un 45%, 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 absorbibilidad.

Nuestros hallazgos muestran que la inyección de HPPM en el hormigón 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% de HPPM disminuyó en un 25% y 36%, respectivamente. Los resultados del hormigón reforzado con fibras de polipropileno HPPM 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 resultó en una mayor reducción en la absorción de agua. Como resultado, entre todos los concretos reforzados con fibra HPPM evaluados en este estudio, la combinación que contenía 2% de fibra HPPM exhibió la menor absorción de agua. Agregar 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 del HPPM sobre la porosidad no se puede medir claramente, como se muestra en la Fig. 12b. La trabajabilidad está influenciada por una serie de 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 mayores de fibras, 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 sobre la porosidad del concreto. 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, un mayor Sw. El aumento de la porosidad podría deberse a una mala compactación, lo que podría provocar más microfisuras, fibras desenfrenadas, 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 menores que las de la mezcla de control. Estos hallazgos respaldan la precisión de los resultados del 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 de agua del 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 es probablemente atribuible 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 de agua versus contenido de fibra HPPM después de 28 días.

Además, no se comprende bien el efecto de las fibras de HPPM sobre la permeabilidad. 3 encontraron que agregar PPF al concreto aumentaba la permeabilidad tanto al agua como al gas. Hager et al.56 informaron un hallazgo similar. Por el contrario, numerosos estudios 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 peor permeabilidad 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 suele deberse a una falta de trabajabilidad y a una cantidad excesiva de fibras en la mezcla.

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

La microestructura de las fibras de HPPM con fracciones de volumen de 0,5, 1, 1,5, 2 y 2,5% se examinó utilizando SEM para evaluar las características de unión de la mezcla. Las Figuras 14a,b representan la interfaz fibra-matriz de HPPM de un compuesto de concreto que incluía fibras de HPPM y puentes de fibras 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 concreto, especialmente en aplicaciones en lugares de trabajo a gran escala, causando 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 ayudarán a superar la debilidad por tensión61. La microestructura del hormigón HPPM con una fracción en volumen del 2% de HPPM se investigó utilizando SEM para evaluar las características de adherencia del HPPM en la mezcla. Las microestructuras al 0,5, 1 y 1,5% de la superficie de HPPM y la matriz de cemento hidratada después de la fractura de la muestra de hormigón se muestran en las figuras 14b-d, respectivamente. La superficie del HPPM se recubrió con una matriz de cemento densamente hidratada, como se muestra en las figuras 14b-d. Este evento muestra que el HPPM y la matriz de cemento húmedo formaron una fuerte conexión.

El HPPM y la matriz de cemento tenían 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 del HPPM. La actividad de puente de las fibras, sobre la cual las fibras de puente transfirieron parcialmente la tensión a través de la grieta, también podría explicar el rendimiento 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 2% HPPM fueron del 13,6% y 9,40%, respectivamente. Por lo tanto, es razonable concluir que las rayas tienen un efecto significativo sobre la resistencia a la compresión. Según estos hallazgos, las franjas de HPPM tienen un efecto considerable sobre los valores de UCS en comparación con los del hormigón de control. La alta finura y la longitud variable de las fibras de las franjas discontinuas de HPPM 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 mayor (2,5%), las franjas de fibras se dispersaban de manera desigual en el concreto debido a la mala 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, permitiéndoles asumir la carga adicional, y resultando 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 relación a/c efectiva más baja, los valores de tracción y FS de 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 tensiones no son uniformes a lo largo de la fibra.

La combinación de rayas y fibras de HPPM es un factor que mejora la FS. Las franjas de HPPM se flexionaron para mantener la cara de la fractura separada, ofreciendo una mayor capacidad de absorción de energía al tiempo que relajaba el área de microgrietas adyacente a la punta de la grieta. Sin embargo, un mayor contenido de fibra (2,5% HPPM) resultó en una reducción de FS (Fig. 14f). Esto podría deberse a la menor trabajabilidad del hormigón en fracciones de volumen mayores en las mezclas. Una compactación inadecuada, más microfisuras, fibras y grietas incontroladas y una mala unión fibra-matriz podrían contribuir al aumento de la permeabilidad y la porosidad. El HPPM actúa como un refuerzo tridimensional, uniendo grietas y previniendo el crecimiento y el agrandamiento62. Es importante destacar que las grietas no son perjudiciales para la construcción o la capacidad de servicio si no exceden un tamaño particular. Cuando el hormigón pasa de un estado plástico a un estado sólido y el módulo de Young del hormigón excede el módulo de Young de las fibras, ya no se considera que los micro HPPM desempeñen un papel importante. Además, en un estudio anterior63, el área de fisuración en hormigón con 0,5% de PPF se redujo en un 99%. El PPF evita la formación de grietas no sólo por la contracción plástica sino también por la contracción por secado11,63.

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

Algunos investigadores han enfatizado recientemente el efecto de las fisuras sobre la permeabilidad del concreto64 investigaron el efecto del ancho de la fractura sobre la permeabilidad del concreto en un entorno experimental. Shin et al.65 estudiaron la influencia de la permeabilidad del hormigón sobre el tipo de fractura, el ancho de la grieta y la carga de agua. Yang et al.66 utilizaron TC con rayos X para controlar los parámetros de transporte de agua del hormigón fisurado e indicaron que en futuras investigaciones se debería estudiar la morfología de la fractura y la tortuosidad.

El papel principal del HPPM en la construcción de hormigón se muestra en la Fig. 15. Como se muestra, las tensiones que surgen de la contracción plástica exceden la resistencia del hormigón en las primeras horas de su envejecimiento, cuando tanto la resistencia como el módulo de Young son bastante bajos. Como resultado, se forman grietas por contracción. La formación de grietas se frena por una gran cantidad de HPPM igualmente dispersos, que reducen el ancho de la grieta en dos órdenes de magnitud5. Es de destacar que las grietas no son perjudiciales para la construcción o la capacidad de servicio si no exceden 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, los micro HPPM ya no desempeñan un papel importante. En este estudio, las muestras de hormigón sin fibras tuvieron un área de rotura de 1743 mm2 en el estudio67, mientras que las que contenían 0,5 y 1,0% de PPF tuvieron áreas de rotura de 992 y 99 mm2, respectivamente. Según este estudio, la presencia de HPPM aumenta la resistencia a la contracción por secado del hormigón.

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

La adición de macrofibras HPPM puede cambiar la forma de la fractura en función de los datos físicos y mecánicos antes mencionados. Este comportamiento se puede atribuir a las macrofibras de polipropileno, que se encuentran dispersas estocásticamente en la matriz, evitando que la fractura de la matriz se propague sin estirar y desunir las fibras, lo que resulta en una ruta de extensión de grieta desviada. Al comparar muestras de fibra de HPPM con muestras de hormigón de control, las muestras con una dosis de fibra del 2,5% mostraron el aumento más significativo en la morfología de las grietas.

El uso de fibras de diversas materias primas es eficaz para controlar la formación de grietas en superficies de hormigón expuestas causadas por la contracción por secado 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 del HPPM sobre el comportamiento de fractura de la matriz se puede dividir en dos categorías. En primer lugar, la adición de fibras HPPM reduce la tensión máxima así como el módulo elástico de las mezclas. En segundo lugar, después de que se rompe la cara de la grieta que une los granos, 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 hormigón reforzado con fibra HPPM (Fig. 15).

En el negocio de la construcción actual, las cuestiones de la susceptibilidad y los materiales respetuosos 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 al mismo tiempo sean más duraderas. Proteger las barras de acero de la corrosión y el ataque de sulfatos mejora la longevidad del hormigón armado, permitiendo que el agua y los iones penetren a través de grietas y poros2. La contracción plástica a una edad temprana es ampliamente reconocida como una de las principales causas de grietas en el hormigón. Como resultado, el concepto de inclusión de fibras HPPM parece ser bastante útil en términos de desarrollo a largo plazo. Ali et al.71 realizaron un estudio comparativo de hormigón simple y hormigón que contiene 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 las fibras de acero y vidrio, respectivamente. Se evaluaron las cuestiones ambientales y económicas asociadas con los pavimentos hechos 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 del HPPM gastado es otra vía plausible para la transmisión de COVID-19. El presente trabajo anima a los científicos a expresar sus preocupaciones a los gobiernos de todos los niveles sobre la importancia de implementar medidas adecuadas de gestión de residuos 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 se han registrado 417.363 casos de coronavirus y 6.957 muertes. Se ha recuperado un total de 375.831 dólares (www.worldometers.info). Como se indicó anteriormente, la principal aplicación del hormigón reforzado con fibras es la construcción de elementos estructurales. Rara vez se considera la posibilidad de emplear este tipo de 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 urbana74 y su atractivo afecta la forma en que la gente ve la ciudad. Además, como resultado, las ciudades se consideran agradables y atractivas para la gente. Las rayas 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 ferry, rocas, áreas de playa, paisajes, puertas. alrededores y parques de skate. 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 que utilice máscaras y otros desechos de EPI 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 de Estados Unidos aprobó el peróxido de hidrógeno en vapor (VH2O2) para la descontaminación de alto rendimiento de EPP, ya sea solo o en combinación con ozono.

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

El calentamiento húmedo a 60–70 °C durante 60 minutos junto con alta humedad es una tecnología de descontaminación viable para HPPM, ya que ofrece escalabilidad y procesamiento de alto rendimiento. Para descontaminar los EPI, el vapor generado por microondas no sería eficaz.

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 diminutas 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 trozos pequeños de 1 cm de largo y 1 cm de ancho. El alcance de este trabajo no incluye el efecto del tamaño ni el efecto de la relación largo/ancho, que necesitan mayor investigación en trabajos futuros.

La función principal de las franjas HPPM en la construcción de hormigón es reducir las grietas por contracción plástica. Los cambios en la mezcla pueden mejorar muchas características del hormigón reforzado con fibras HPPM. Sin embargo, determinadas cualidades tienen efectos insignificantes o son difíciles de evaluar. Es de 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 ideal de fibra de HPPM, es fundamental considerar 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, daños, abrasión de la superficie y vandalismo, usar concreto de mejor calidad es definitivamente ventajoso.

En el hormigón sostenible se emplearon varios 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 sortividad, la prueba de desconchado, la absorción de agua, la porosidad, la penetración de agua, la permeabilidad y la UPV. Se sacaron las siguientes conclusiones basándose en los resultados de estos experimentos.

Cuando se agregan fibras 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 estaban distribuidas de manera más uniforme, lo que resultó en mayores resistencias 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, el HPPM disminuyó la contracción por secado y el agrietamiento temprano en el concreto. La mezcla con un contenido de fibra de HPPM del 2% produjo las mayores resistencias a la compresión y a la flexión.

La XRD demostró que después de la introducción de 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 agrietamiento del hormigón. Mientras que el hormigón no reforzado forma grietas anchas y largas, la inclusión de fibras reduce el ancho de apertura de la grieta, el área de la grieta y la propagación de la grieta a través de la actividad de puente de las fibras. Las redes de crack se vuelven menos conectadas como resultado de la adición de fibras.

La absorción de agua en el hormigón endurecido se reduce cuando se añaden por separado franjas y fibras de HPPM en fracciones de bajo volumen a la mezcla de hormigón. Además, el uso de fibras HPPM en pequeñas fracciones de volumen redujo la porosidad de las muestras de hormigón. Entre todas las muestras de concreto, el concreto que contenía 2% de fibras HPPM tuvo el menor porcentaje de absorción de agua y porosidad. Independientemente de la concentración de volumen de HPPM, todas las mezclas de concreto estuvieron 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 la formación de puentes de fracturas. Sin embargo, cuando el porcentaje en volumen de las fibras es mayor (2,5% de HPPM), se forman y crecen huecos entre la pasta de cemento y la fibra, reduciendo las cualidades de resistencia del hormigón. Como resultado, el HPPM se puede utilizar para fabricar hormigón sostenible y producir un material de construcción limpio y respetuoso con el medio ambiente. Además, las fibras HPPM empleadas en este estudio se clasificaron como cortas o discontinuas, lo que podría conducir a una mayor resistencia a la UCS, FS y a la abrasión.

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

Rayas de polipropileno

Materiales de protección personal saludables

Mascarilla facial de un solo uso

Resistencia a la compresión uniaxial

Fuerza flexible

Velocidad del pulso ultrasónico

Microscópio electrónico escaneando

Patrones de difracción de rayos X.

Porosidad

Absorción de agua

Fuerza de impacto

Resistencia a la abrasión

Coeficientes de sortividad

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La publicación fue financiada por el Área Prioritaria de Investigación Antropoceno en el marco del programa “Iniciativa de Excelencia—Universidad de Investigación” de la Universidad Jagellónica de 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 responsable, Dr. Farhad Aslani, por su manejo de nuestro artículo y a 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

Mabkhoot A. Alsaiari

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

Mabkhoot 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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AAEA: Conceptualización, metodología, software, investigación, análisis, redacción: preparación, revisión y edición del borrador original, MAA: Conceptualización, metodología, software, redacción de la investigación: preparación, revisión y edición del borrador original, AER: Conceptualización, metodología, software, investigación , análisis, redacción-preparación, revisión y edición del borrador original, AF: Conceptualización, metodología, software, redacción de investigación-preparación, revisión y edición del borrador original.

Correspondencia a Ahmed E. Radwan.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

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

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Recibido: 29 de julio de 2022

Aceptado: 15 de febrero de 2023

Publicado: 18 de febrero de 2023

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

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