Enhancing Mechanical Properties of Recycled Aggregate Concrete Through Advanced Treatment Techniques

Resumen Técnico: Mejora de las Propiedades Mecánicas del Concreto con Agregados Reciclados mediante Técnicas de Tratamiento Avanzado

Planteamiento del Problema
El rápido crecimiento de la urbanización ha provocado un aumento masivo de los residuos de Construcción y Demolición (C&D), lo que genera desafíos económicos y ambientales significativos. Simultáneamente, la dependencia de la industria de la construcción de agregados gruesos naturales contribuye al agotamiento de los recursos y la degradación ambiental. Si bien el Agregado Grueso Reciclado (RCA, por sus siglas en inglés) ofrece una alternativa sostenible, la presencia de mortero viejo adherido en la superficie del RCA sin tratar compromete significamente las propiedades mecánicas y de durabilidad del concreto fresco. Este mortero adherido aumenta la absorción de agua y crea una Zona de Transición Interfacial (ITZ) débil, lo que conduce a una reducción de la resistencia y la trabajabilidad en el Concreto de Agregado Reciclado (RAC).

Metodología
El estudio investigó la eficacia de tres técnicas de tratamiento específicas para eliminar el mortero adherido del RCA y mejorar el desempeño de un concreto de grado M70. El proceso experimental involucró los siguientes pasos:

1. Preparación del Agregado: El RCA bruto fue tamizado (retenido en 4.75 mm, pasó a través de 20 mm) y secado en horno.
2. Protocolos de Tratamiento:
   • Lavado Mecánico: Las muestras de RCA fueron sometidas a 300 revoluciones en un molino Los Ángeles (LAM) para desprender mecánicamente el mortero.
   • Tratamiento con Ácido Sulfúrico ($H_2SO_4$): Las muestras fueron sumergidas en $H_2SO_4$ 0.1 M durante 24 horas, secadas y luego sometidas a 50 revoluciones en el LAM.
   • Tratamiento con Ácido Clorhídrico ($HCl$): Las muestras fueron sumergidas en $HCl$ 0.1 M durante 24 horas, secadas y sometidas a 50 revoluciones en el LAM.
3. Cálculo de la Pérdida de Mortero: El porcentaje de mortero adherido eliminado se calculó comparando el peso del agregado antes y después del tratamiento.
4. Diseño de Mezcla de Concreto: Se prepararon seis diseños de mezcla para concreto de grado M70:
   • Concreto de Agregado Natural (NAC)
   • Concreto de Agregado Natural con Aditivos Minerales (NCMC - utilizando humo de sílice y metacaolín)
   • RAC con RCA sin tratar (RAC-UN)
   • RAC con RCA Lavado Mecánicamente (RAC-MS)
   • RAC con RCA Tratado con $H_2SO_4$ (RAC-$H_2SO_4$)
   • RAC con RCA Tratado con $HCl$ (RAC-$HCl$)
5. Régimen de Pruebas: El estudio evaluó propiedades frescas (Asentamiento/Slump, Factor de Compactación, Consistómetro Vee-Bee) y propiedades endurecidas (Peso Unitario, Resistencia a la Compresión, Resistencia a la Tracción Indirecta, Resistencia a la Flexión, Módulo de Elasticidad y Resistencia al Impacto) en diversas edades de curado (3 a 90 días). Se realizó un análisis microestructural mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) e imágenes ópticas.

Resultados Clave

• Eficiencia de Remoción de Mortero: El lavado mecánico resultó ser el más efectivo, eliminando el 29.68% del mortero adherido. Los tratamientos ácidos fueron menos efectivos, con el $H_2SO_4$ eliminando el 17.60% y el $HCl$ el 12.48%.
• Trabajabilidad: El RAC sin tratar (UN) exhibió la menor trabajabilidad (Asentamiento: 88 mm; Factor de Compactación: 0.87) debido a la alta absorción de agua. Todos los métodos de tratamiento mejoraron la trabajabilidad, siendo el RAC-MS el que mostró la mayor mejora (Asentamiento: 98 mm; Factor de Compactación: 0.94), acercándose al desempeño de las mezclas de agregados naturales.
• Resistencia a la Compresión: A los 28 días, el RAC sin tratar (UN) mostró una reducción del 37.86% en la resistencia en comparación con el NAC. El tratamiento recuperó significativamente esta pérdida:
  • El RAC-MS logró una mejora del 24.98% sobre el RAC-UN (alcanzando 66.50 N/mm²).
  • El RAC-$H_2SO_4$ mejoró en un 19.42% (62.00 N/mm²).
  • El RAC-$HCl$ mejoró en un 16.06% (56.50 N/mm²).
  • El desempeño del RAC-MS fue comparable al NCMC (72.99 N/mm²) y significativamente mejor que el RAC-UN.
• Resistencia a la Tracción y Flexión: Se observaron tendencias similares. El RAC-MS demostró las mayores ganancias en resistencia a la tracción indirecta (mejora del 23.35% sobre UN a los 28 días) y resistencia a la flexión (mejora del 19.43% a los 28 días).
• Durabilidad y Resistencia al Impacto: Los agregados tratados mostraron un aumento en el módulo de elasticidad y la resistencia al impacto. Por ejemplo, el número de golpes requeridos para causar la fisura inicial en el RAC-MS aumentó de 29 (UN) a 46, indicando una mayor tenacidad.
• Densidad: Aunque las densidades del RAC tratado mejoraron respecto al RAC sin tratar, estas permanecieron ligeramente inferiores a las del concreto de agregado natural.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo concluye que la presencia de mortero viejo adherido es el factor principal que degrada el desempeño del concreto. El estudio afirma que el lavado mecánico es la técnica de tratamiento más efectiva entre las probadas, ya que elimina el mayor volumen de mortero adherido y produce las mejores propiedades mecánicas. Si bien los tratamientos químicos ($H_2SO_4$ y $HCl$) también mejoraron las características del agregado, fueron menos efectivos que los métodos mecánicos, siendo el ácido sulfúrico superior al ácido clorhídrico.

Los autores sostienen que, aunque el concreto RAC tratado no iguala totalmente el desempeño del concreto de agregado natural, la mejora significativa en los parámetros mecánicos y de durabilidad permite que los agregados reciclados procesados se utilicen como un sustituto sostenible en el concreto estructural. La investigación respalda la viabilidad de tratar el RCA para mitigar los efectos negativos de los residuos de C&D, promoviendo así la conservación de recursos y reduciendo la dependencia de los vertederos.