Study of composites using mussel’s shells in concretes for 3D-printing

Abstract

[Abstract]: This work focuses on the study of a type of composite material, formed by a mortar and mussel shell sand (as aggregate) in its composition, in order to investigate if it accomplishes the requirements to be 3D printable by extrusion for use in the field of construction. The mussel shell was chosen due to the large amount of this type of waste generated in Galicia, which cannot be easily used for other applications. The present work contains a bibliographic revision of each of the components of the mortar, the reactions that take place in the formation of the mortar and the characteristics necessary to have a 3D printable mortar. Besides, a revision about the composition, morphology and microstructure of mussel shell, as well as previous experiments related to the introduction of mussel shells into building materials, was realized. The design and preparation of a series of mixes of i) conventional mortar and ii) mortar incorporating mussel shell as aggregate, were part of the experimental work. The characterization of the mussel shell used in these mixtures was carried out and, finally, different mechanical tests were carried out comparing both types of mortars. Comparing the prepared conventional and mussel shell mortars, it is concluded that both present a similar behavior for 3D printing. Therefore, mussel shell can be used in future mortar 3D printing experiments, although the presence of organic matter and the shape of the mussel shell particles cause the mortar to have slightly lower flowability and green strength.

[Resumen]: Este trabajo se centra en el estudio de un tipo de material compuesto (composite), formado por un mortero y arena de concha de mejillón (como árido) en su composición, con el fin de investigar si cumple los requisitos para ser imprimible en 3D por extrusión para su uso en el campo de la construcción. La elección de la concha de mejillón se debe a la gran cantidad de este tipo de residuos que se generan en Galicia y que no pueden ser fácilmente aprovechados para otras aplicaciones. El presente trabajo contiene una revisión bibliográfica de cada uno de los componentes del mortero, las reacciones que tienen lugar en la formación del mismo y las características necesarias para disponer de un mortero imprimible en 3D. Además, se ha realizado una revisión sobre la composición, morfología y microestructura de la concha de mejillón, así como experimentos previos relacionados con la introducción de la concha de mejillón en los materiales de construcción. El diseño y la preparación de una serie de mezclas de i) mortero convencional y ii) mortero que incorpora concha de mejillón como agregado, formaron parte del trabajo experimental. Se llevó a cabo la caracterización de la concha de mejillón utilizada en estas mezclas y, finalmente, se realizaron diferentes ensayos mecánicos comparando ambos tipos de mortero. Comparando los morteros preparados, convencionales y con concha de mejillón, se concluye que ambos presentan un comportamiento similar para la impresión 3D. Por lo tanto, la concha de mejillón puede ser utilizada en futuros experimentos de impresión 3D de morteros, aunque la presencia de materia orgánica y la forma de las partículas de la concha de mejillón hacen que el mortero tenga una fluidez y una resistencia en fresco ligeramente inferiores.

[Resumo]: Este traballo céntrase no estudo dun tipo de material composto (composite), formado por morteiro e cuncha de mexillón (como agregado) na súa composición, co fin de investigar se cumpre os requisitos para ser imprimible en 3D mediante extrusión para o seu uso no campo da construción. A elección da cuncha de mexillón débese á gran cantidade deste tipo de residuos que se xeran en Galicia e que non se poden empregar facilmente para outras aplicacións. Este traballo contén unha revisión bibliográfica de cada un dos compoñentes do morteiro, as reaccións que teñen lugar na súa formación e as características necesarias para ter un morteiro imprimible en 3D. Ademais, realizouse unha revisión da composición, morfoloxía e microestrutura da cuncha de mexillón, así como experimentos previos relacionados coa introdución da cuncha de mexillón en materiais de construción. O deseño e preparación dunha serie de mesturas de i) morteiro convencional e ii) morteiro que incorpora cuncha de mexillón como agregado, formou parte do traballo experimental. Realizouse a caracterización da cuncha de mexillón empregada nestas mesturas e, finalmente, realizáronse diferentes ensaios mecánicos comparando ambos tipos de morteiros. Comparando os morteiros preparados (os morteiros convencionais e os morteiros que incorporan cuncha de mexillón), conclúese que ambos presentan un comportamento similar para a impresión 3D. Polo tanto, a cuncha de mexillón pódese usar en futuros experimentos con morteiros para impresión 3D, aínda que a presenza de materia orgánica e a forma das partículas de cuncha de mexillón fan que este morteiro teña unha fluidez e unha resistencia en fresco lixeiramente inferiores.