Tesis y Trabajos de Investigación PUCP

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Asesorsearch.filters.applied.operator.equals: search.filters.advisor.Aguilar Vélez, RafaelTemasearch.filters.applied.operator.equals: search.filters.subject.Materiales de construcción

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    Optimization of the alkaline treatment for Agave americana fiber and its influence on the mechanical properties of fly ash-based geopolymer
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-08-25) Rojas Clemente, Shirley Melanie; Kim de Aguilar, Suyeon; Aguilar Vélez, Rafael
    Geopolymers are good alternatives for replacing ordinary Portland cement (OPC) due to their comparable properties and feasibility to be obtained from industrial by-products. As OPC, geopolymers have superior compressive strength but a brittle behavior that the addition of fibers can improve. When the first macrocrack appears, fibers develop bridging mechanisms to allow the proper distribution of loads, so the composite can enable multiple cracks and enhance its ductility. At present, a wide range of materials can be used to reinforce cementitious matrices, from synthetics such as steel, glass, carbon, and polypropylene to natural fibers such as cotton, sweet sorghum, oil palm, coir, jute, sisal, flax, bamboo, etc. Natural fibers are among the most accepted resources to reinforce composites because they are biodegradable, renewable and generally, have a less environmental impact than their synthetic counterparts. They have low density and specific mechanical properties comparable to fibers made of glass, making them materials with a good performance-price ratio. However, their high variability of properties and hydrophilic behavior can create issues when reinforcing a matrix. Chemical treatments are used to clean chemical compounds that do not contribute to the fiber strength and favor moisture absorption. After treatment, the fiber surface increases its roughness which enhances the interlocking within the composite. This thesis investigates the mechanical properties of Agave americana fibers obtained by beating and boiling the leaves. The fibers were subjected at 1%, 5%, and 20% NaOH concentrations over 0.5 hr, 1 hr, and 3 hr and tested to determine the tensile strength. The surfaces were also analyzed by scanning electron microscopy (SEM). After treatment, most of the fibers enhanced the tensile strength and strain and 1% NaOH concentration over 1 hr was chosen as the optimum condition. Then, fibers were treated at the optimum condition and added to the geopolymer mixture at different doses: 0.5%, 0.75%, and 1% by weight of fly ash. The geopolymers were tested at compressive, flexural, and splitting tensile loads at 7 days of age. The compressive strength increased by 12% at 0.75 (wt.%) and the modulus of elasticity in compression, 13% at 1% (wt.%). Also, the tensile strength increased by 36% at 1 (wt.%). However, the flexural strength decreased probably due to the fiber length. Still, further studies are needed to understand the influence of the fiber length on the mechanical properties of geopolymers. Finally, the SEM analysis was conducted to identify the fiber failure modes.
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    Desarrollo de bloques de construcción ligeros mediante el uso de geopolímeros a base de puzolana natural
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-09-09) Castañeda Granda, David Israel; Aguilar Vélez, Rafael
    Los bloques de construcción ligeros son producidos mayormente con concreto ligero a base de cemento Portland (OPC), el cual es un material de construcción con baja densidad, baja conductividad térmica, alto aislamiento acústico y resistencia al fuego. A pesar de que los bloques de construcción ligeros son ampliamente aceptados en el sector de la construcción, algunas investigaciones recientes proponen reducir el uso de OPC debido a su alto impacto ambiental y al consumo de una gran cantidad de recursos naturales en su proceso de producción. Esta investigación presenta el desarrollo de un bloque de construcción ligero utilizando un mortero de geopolímero a base de puzolana y fibras naturales como alternativa de bajo impacto ambiental a los bloques de construcción tradicionales. Con esta finalidad, se presenta una revisión de literatura sobre los avances en el campo de geopolímeros y geopolímeros ligeros, el uso de fibras naturales en los geopolímeros y el uso de geopolímeros en bloques de construcción. La revisión de literatura permitió determinar los parámetros importantes para la formulación de geopolímeros como el tamaño y forma de las partículas de la materia prima, así como la relación molar de SiO2/Al2O3; la relación molar SiO2/Na2O, el contenido de Na2O y la relación agua-sólido de la solución alcalina activadora y las condiciones de curado. También se definió el contenido de agente espumante (H2O2) y de agregado fino como los parámetros de control para la fabricación de los geopolímeros ligeros. Por otro lado, se encontró que las fibras naturales mejoran las características mecánicas de las matrices de los geopolímeros. Finalmente, se registraron algunas investigaciones sobre el uso de geopolímeros como material para la fabricación de bloques de construcción. El plan experimental consistió en la caracterización química y física de la puzolana molida, la optimización de las condiciones de producción de la matriz geopolimérica, del contenido de agente espumante (H2O2) y de agregado fino para la producción de morteros de geopolímero ligero y del proceso de producción del bloque de construcción; así como la caracterización física y mecánica de las unidades fabricadas. La caracterización química mediante ensayos de fluorescencia de rayos X (XRF) y difracción de rayos X (XRD) permitieron confirmar que la puzolana es un mineral con iv alto contenido de SiO2 (53.55%) y Al2O3 (10.81%) y con una composición mineralógica con alto contenido de fase amorfa (65-75%), respectivamente. La caracterización física mediante análisis granulométrico determinó que el tamaño medio de partícula es de 11.19 μm. Los ensayos de caracterización demostraron que la puzolana es una buena materia prima para la fabricación de geopolímeros debido a su buena composición química, su alto contenido de fase amorfa y su bajo tamaño de partículas. La optimización de las condiciones de producción de la matriz geopolimérica se realizó mediante el estudio de cinco parámetros influyentes en las propiedades mecánicas del geopolímero (relación molar SiO2/Na2O, contenido de Na2O, la relación agua/sólido, la temperatura de curado y el tiempo de curado en horno). Esta optimización permitió obtener una matriz geopolimérica con una resistencia a compresión de 26 MPa. Para el desarrollo del mortero ligero se estudiaron distintos componentes de H2O2 (0.5%, 1%, 2% y 3%) y distintas relaciones en peso de puzolana : agregado fino (1:0, 3:1, 2:1 y 1:1) obteniéndose una mezcla con una resistencia a compresión de 5.9 MPa y una densidad de 1.13 g/cm3 . Finalmente, para la optimización del proceso de producción del bloque de construcción ligero se realizó el diseño de geometría de la unidad y la evaluación de diferentes procesos de desmolde y curado que permitieron que la unidad alcance la resistencia mecánica y densidad encontrada previamente. En esta última fase se detectaron problemas de fisuración en las paredes de la unidad de albañilería, los cuales se resolvieron mediante la adición de fibras de yute. El bloque de construcción alcanzó una resistencia a compresión de 5.3 MPa a los 7 días de fabricación con una densidad de 1.27 g/cm3 . Los resultados de esta investigación indican que es posible desarrollar un bloque de construcción ligero utilizando un mortero de geopolímero a base de puzolana. Debido a las características de este bloque de construcción, es posible utilizarlo en la construcción de muros de albañilería portantes y no portantes.