Arena de fundición de desechos

La arena de fundición de desechos (WFS), un subproducto de las industrias de fundición de metales ferrosos y no ferrosos es uno de esos materiales prometedores que puede utilizarse como alternativa a la arena natural en el hormmigon \cite{Bhardwaj_2017}, los resultados observados en diversos estudios muestran que el reemplazo de WFS mejora en cierta medida la durabilidad y las propiedades de la resistencia del hormigón, pero al mismo tiempo disminuye el valor de asentamiento con el aumento de nivel de reemplazo de WFS. Debido a que la arena natural es escasa y de alto costo \cite{Manoharan_2017},  se reemplazó por WFS, los hallazgos sugieren que WFS WF puede reemplazar con eficacia la arena de río, sin embargo, se recomienda que el reemplazo no exceda el 20% de su peso.  Se llevaron a cabo varias pruebas para el rendimiento mecánico y físico de los productos solidificados \cite{Basar_2012}, los resultados de ésta investigación sugieren que la WFS se puede utilizar de manera efectiva en la fabricación de concreto premezclado de buena calidad como reemplazo de agregados finos sin efectos adversos mecánicos, ambientales y microestructurales. La WFS se ha utilizado en la construcción sostenible ya que no solo ayuda a proteger el medio ambiente sino que también genera ahorros monetarios \cite{Siddique_2018}, se realizó un estudio sobre los beneficios económicos y ambientales concluyendo que el concreto verde fabricado con WFS es económico y reduce el impacto negativo en el medio ambiente al reducir las emisiones de CO2. La WFS puede potencialmente reutilizarse como material de construcción en proyectos de infraestructura de ingeniería civil \cite{Arulrajah_2017} se realizaron pruebas geotécnicas y ambientales para evaluar la propiedades y la vialidad de WFS para su uso en proyectos de construcción, los resultados de las pruebas geotécnicas incluidas la determinación de la densidad seca máxima, el contenido de humedad óptimo, la relación de rozamiento de california (CBR) y la permeabilidad indican que la WFS puede utilizarse satisfactoriamente como material de relleno en terraplenes y aplicaciones de cama de tuberías. De igual forma se ha experimentado la factibilidad de la WFS dentro de la capa de subbase, considerando que el nuevo material de la carretera debe cumplir funciones geotécnicas y prescripciones ambientales, evitando cualquier filtración importante de elementos contaminantes \cite{Yazoghli_Marzouk_2014}, los resultados muestran que la WFS tratada con 5.5% de aglutinante hidráulico, muestra rendimientos mecánicos aceptables y no muestra impactos ambientales. Otro uso que se le ha dado a la WFS es el de reemplazar la arcilla en la producción de ladrillos de arcilla roja, las muestras de prueba obtenidas se compararon con ladrillos de control que no contienen adiciones de desechos, evaluando las propiedades fisioquímicas, mecánicas y ambientales \cite{Quijorna_2012}, la incorporación de WFS permite la producción de ladrillos más eficientes en el uso de los recursos y de menor costo, se detectó menor absorción de agua del ladrillo sinterizado debido a la porosidad conectada reducida, reducciones significativas de CO2 y emisiones de NOx durante la cocción, otras propiedades fisico-quimicos y mecánicos no se vieron afectados significativamente, sin embargo, es necesario limitar la adición de WFS a menos de 30% en peso para cumplir con los límites de lixiviación reguladores para Mo. Por otro lado la WFS se ha utilizado como materia prima para preparar agregados sujetos a la extracción de sirconio debido a su alto valor \cite{Xiang_2017}

Arena reciclada

Las arenas son uno de los recursos naturales más explotados y es un material no renovable, el uso de agregados de concreto reciclado de 1-4 mm de diámetro llamadas arena reciclada (RS) como material de construcción aún no se ha extendido, una de las razones radica en la porosidad, un RS es más poroso que su agregado natural debido a la presencia de pasta de cemento antigua adherida \cite{Yacoub_2018}, se demostó que una pre-saturación adecuada del RS puede mejorar la consistencia del mortero. La cantidad de agua presente en la pasta de cemento excluyendo el agua absorbida por los agregados, influye fuertemente en las propiedades frescas y endurecidas del material, se ha medido el coheficiente de absorción de agua de RS por diferentes métodos \cite{Le_2016}, los resultados muestran que la absorción de agua depende estrechamente del protocolo experimental utilizado y que el contenido de agua inicial, el método y el tiempo de pre-saturación influyen significativamente en la trabajabilidad inicial de los morteros. Existen investigaciones sobre evaluar los efectos de RS sobre las propiedades físicas y mecánicas del mortero de resina epoxi (PM) y su durabilidad frente a la difusión de iones de cloruro, se realizaron estudios comparativos sobre morteros a base de cemento (CM) \cite{Bourguiba_2017}, los resultados obtenidos mostraron que en comparación con los CM los PM tienen una menor porosidad y, por lo tanto mayores propiedades mecánicas y una mejor resistencia a la difusión de iones cloruro independientemente de la naturaleza de la arena. También se han realizado investigaciones que estudian la dosificación y los efectos en la microestructura y las nuevas propiedades básicas del uso de RS para producir hormigón autocompactante \cite{Carro_L_pez_2017}, el agregado fino reciclado cambia la trabajabilidad y la reología del mortero y el concreto, además, existe una reducción severa de la resistencia a la compresión, esto podria estar directamente relacionado con éstos cambios de la micro estructura, la relación de sustitución recomendada con una pequeña disminución del rendimiento mecánico es de hasta 20%. Algunas investigaciones demuestran que al agregar una dosis óptima de superfluidificador, los moreteros hechos a base de RS tienen las mismas características mecánicas que el mortero hecho a base de arena estandarizada \cite{Ferro_2015}.  Sin embargo, existe la posibilidad de crear RS de alta calidad, se investigó la remoción selectiva con una trituradora de impacto vertical de la pasta de cemento unida a agregados reciclados y las posibles mejoras en la calidad de la RS que se produce \cite{Ulsen_2013}, los resultados mostraron que el método propuesto permitió la producción de arena de baja porosidad a partir de residuos de construcción y demolición, lo cual puede contribuir a cambiar el modelo de reciclaje de la construcción. Incluso algunos estudios de laboratorio se enfocan en la separación de minerales para eliminar partículas con un alto contenido de pasta de cemento, el procedimiento logró el procesamiento de RS por trituración de impacto terciario para producir arena, seguido de tamizado, densidad y estudios de separabilidad magnética \cite{Ulsen_2013}, dando resultados efectivos para reducir el contenido de pasta de cemento y producir una recuperación masiva significativa. La producción de RS contribuye a la sostenibilidad del entorno de la construcción al reducir tanto el consumo de materias primas como la eliminación los residuos de la construcción.   

Arena de cenizas volante

Millones de toneladas de cenizas volantes se producen anualmente a partir de las plantas de energía térmica, de las cuales solo se utiliza el 30% mientras que el resto es arrojado a los vertederos, la arena triturada o las cenizas volante de gran volumen se han utilizado como reemplazo de arena natural, sin embargo la arena de cenizas volante de geopolímeros (GFS) podría ser mejor para el medio ambiente \cite{Agrawal_2017}, las partículas de GFS se preparan por geopolimerización, donde sus propiedades se comparan con las de la arena natural, los resultados son satisfactorios en términos de propiedades físicas químicas, mecánicas y de durabilidad. Se ha analizado la influencia de diversos parámetros sobre la resistencia a la compresión y las propiedades de absorción de agua de las mezclas de hormigón a base de GFS \cite{Mehta_2017},  donde se ibtuvo una resistencia a la compresión máxima de 7 días de 64.39 MPa y una absorción de agua mínima de 3.04% , las propiedades de la microestructura también se examinaron usando Microscopía Electrónica de Barrido y análisis de Difracción de Rayos X que confirmaron una matríz más compacta y menos permeable para la mezcla óptima. Existen bioaditivos tales como los azúcares naturales (melaza/palm jagggery/miel) que se investigaron para comprender el impacto positivo en las propiedades mecánicas del hormigón bio-geopolímero bajo condiciones de curado ambientalmente amigable \cite{Karthik_2017}, los resultados experimentales confirmaron que la combinación de los bioaditivos en hormigón granular basados en GFS mejoró un 31.31% de la resistencia a la compresión, un 14.7% de la resistencia a la rotura y un 27.59% de resistencia a la flexión cuando se compararon con muestras de control curadas a los 28 días en condiciones ambientales adecuadas. Sin embargo, en un ambiente marino se experimentó la durabilidad del concreto que incorpora altos volúmenes de FAS comparándolos con especímenes de control (sin FAS) \cite{Moffatt_2017},  se observó erosión superficial en todos los especímenes, pero el grado de erosión era ligeramente peor para el hormigón con FAS y los resultados de pruebas de permeabilidad al cloruro también indican aumentos significativos en la reistencia a la penetración de iones cloruro.
También se ha investigado sobre el posible uso de materiales de desechos en ladrilllos, para disminuir el consumo de material de arcilla y reducir la carga ambiental \cite{Abbas_2017}, los ladrillos se fabricaron utilizando FAS y materiales de tierra convencionales, los resultados indican que la resistencia a la compresión de los ladrillos con FAS fué menor en comparación con los ladrillos de arcilla, sin embargo, los ladrillos que incorporan hasta 20% de FAS cumplió con los requisitos mínimos de construcción, también se observó una reducción en el peso de los ladrilllos de FAS que conducirian a una reducción general del peso de las estructuras.  Se han preparado morteros geopolímeros basados en FAS para evaluar su comportamiento térmico para el almacenamiento de energía en plantas termo-solares, donde se reflejó que se mantuvieron estables después de cada tratamiento térmico y las muestras tratadas a temperaturas elevadas conservaron una resistencia a la compresión aceptable, lo que demuestra que los geopolímeros basados en FAS son materiales adecuados para el almacenamiento de energía térmica en concretos \cite{Colangelo_2017}
Otro posible empleo de la arena de cenizas volante (FAS) es combatir los problemas de licuefacción en los suelos arenosos, es por eso que se realizó una serie de pruebas triaxiales cíclicas para determinar la resistencia a la licuefacción de arena estabilizada con FAS \cite{Keramatikerman_2017},  los resultados indicaron que las mezclas de FAS tienen más resistencia a la falla de licuefacción en comparación con el suelo no tratado, la mezcla de FAS para una densidad relativa de 80% tiene el mayor valor de resistencia. La FAS también se puede utilizar como estabilizador de suelo, se han realizado investigaciones experimentales con el propósito de evaluar el efecto de FAS sobre la compactación de arena fina y su idoneidad como material para terraplenes, los resultados muestran que a medida que se aumenta el porcentaje de FAS, se observó una reducción en la densidad seca máxima y un contenido de humedad óptimo más alto \cite{Mahvash_2017}.