Research and New Smart Techniques on the Characterisation of New Self-compacting Concrete with Industrial Wastes and Fibres to Increase its Sustainability and Service Life

Abstract

[Resumo] Este traballo aborda o desenvolvemento de mesturas autocompactantes coa incorporación de materiais suplementarios procedentes de residuos industriais como substitutos de cemento para aumentar a sustentabilidade, así como a introdución de fibras para aumentar a vida útil das mesturas. Estes materiais propostos son cinza de biomasa e po de granito, que se consideran residuos industriais na "Eurorrexión Galicia-Norte de Portugal" e son abundantes. Dada a crecente presión social cara á xestión sostible dos residuos e a eficiencia dos recursos, o uso destes materiais suplementarios procedentes de residuos industriais axuda a alcanzar os obxectivos de mitigación de CO2 avanzando cara a unha economía circular. Neste sentido, este estudo desenvolveuse a nivel de pasta, morteiro e formigón, deseñando diferentes mesturas de base cemento e analizando o seu comportamento mediante técnicas de extracción de coñecemento e reoloxía para obter parámetros óptimos de dosificación. Ademais, para aumentar a vida útil das mesturas propostas, estudouse a inclusión de fibras metálicas e de polipropileno. Os resultados obtidos permitiron concluír que o uso de materiais cementantes suplementarios para aumentar a sustentabilidade das mesturas autocompactantes é unha boa opción. Ademais, a inclusión de fibras proporciona beneficios tanto ambientais como económicos sen inconvenientes significativos no comportamento fresco e endurecido dos formigóns.

[Resumen] Este trabajo aborda el desarrollo de mezclas autocompactantes con la incorporación de materiales suplementarios procedentes de residuos industriales como sustitutos de cemento para aumentar la sostenibilidad, así como la introducción de fibras para aumentar la vida útil. Estos materiales propuestos son ceniza de biomasa y polvo de granito, que se consideran residuos industriales en la "Eurorregión Galicia-Norte de Portugal" y son abundantes. Dada la creciente presión social hacia la gestión sostenible de los residuos y la eficiencia de los recursos, el uso de estos materiales suplementarios procedentes de residuos industriales ayuda a alcanzar los objetivos de mitigación de CO2 avanzando hacia una economía circular. En este sentido, este estudio se ha desarrollado a nivel de pasta, mortero y hormigón, diseñando diferentes mezclas de base cemento y analizando su comportamiento mediante técnicas de extracción de conocimiento y reología para obtener parámetros óptimos de dosificación. Además, para aumentar la vida útil de las mezclas propuestas, se estudió la inclusión de fibras metálicas y de polipropileno. Los resultados obtenidos permitieron concluir que el uso de materiales cementantes suplementarios para aumentar la sostenibilidad de las mezclas autocompactantes es una buena opción. Además, la inclusión de fibras proporciona beneficios tanto medioambientales como económicos sin inconvenientes significativos en el comportamiento fresco y endurecido de los hormigones.

[Abstract] This work addresses the development of self-compacting mixtures with the incorporation of supplementary materials from industrial waste as cement substitutes to increase sustainability, as well as the introduction of fibres to increase the service life of the mixtures. These proposed materials are biomass ash and granite powder, which are abundantly available and considered wastes from the local industry in the “Galicia–North of Portugal Euroregion”. Given the rising social pressure towards sustainable waste management and resource efficiency, the use of supplementary cementitious materials coming from industrial wastes helps to achieve CO2 mitigation goals advancing towards a circular economy. In this regard, this study was developed at the paste, mortar and concrete level, designing different cement-based mixtures and analysing their performance through knowledge extraction techniques and rheology to obtain the optimum dosage parameters. In addition, to increase the service life of the proposed mixtures, the inclusion of metallic and polypropylene fibres was studied. The results obtained led to the conclusion that the use of supplementary cementitious materials to increase the sustainability of self-compacting mixes is a good option. Moreover, the inclusion of fibres provides both environmental and economic gains without significant drawbacks in the fresh and hardened behaviour of the concretes.