Influencia de la adición de almidón de maíz con 1.25% de superplastificante en las propiedades físicas y mecánicas del concreto

Abstract

El concreto es un material de construcción ampliamente utilizado debido a sus valiosas propiedades mecánicas, pero su producción conlleva un alto consumo de cemento, lo que contribuye significativamente a las emisiones de carbono debido al considerable consumo energético. En respuesta a esta problemática, se estuvo buscando materiales sostenibles que sustituyan al cemento, por lo que se consideró el almidón como un potencial sustituto del cemento, dada su amplia disponibilidad y facilidad de obtención a nivel mundial. Estudios previos exploraron la sustitución completa del cemento por almidón, encontrando una reducción en la resistencia a la compresión cuando se sustituyó el 100 % del cemento. Además, se investigó el almidón como adición en el concreto, comprobando su capacidad de degradación mediante análisis de poros y en otros estudios se encontraron limitaciones en la trabajabilidad del concreto con porcentajes elevados de almidón. Sin embargo, todavía no se ha encontrado un concreto donde se reemplace el cemento con almidón y se obtengan propiedades similares al concreto tradicional, tampoco hay estudios sobre el tiempo de degradación o la exposición del concreto con almidón a condiciones reales. Por lo que en este estudio se centró en la sustitución parcial del cemento por almidón de maíz en proporciones del 2 %, 4 % y 6 % del peso del cemento, junto con un 1,25 % constante de superplastificante. El objetivo fue comparar estas mezclas con un concreto sin aditivo para evaluar las propiedades físicas y mecánicas del concreto. Se realizaron diversos ensayos en laboratorio para medir la fluidez, densidad, resistencia a la compresión, flexión y tracción del concreto. Los resultados mostraron que la adición de almidón de maíz hasta un 4 % del peso del cemento, junto con el superplastificante, tuvo un efecto positivo en la trabajabilidad y en la resistencia a la compresión. Sin embargo, la resistencia a la flexión disminuyó significativamente con la adición del 6 % de almidón de maíz, mientras que la resistencia a la tracción mostró decrementos menores, pero no significativos. En conclusión, el almidón de maíz demostró ser un material sostenible y prometedor como sustituto parcial del cemento hasta un 4 % del peso del cemento con un 1,25 % de superplastificante. Se sugirió explorar otras dosificaciones para optimizar las propiedades del concreto.

Concrete is a widely used construction material due to its valuable mechanical properties, but its production involves high cement consumption, which contributes significantly to carbon emissions due to considerable energy consumption. In response to this problem, we were looking for sustainable materials to replace cement, which is why starch was considered as a potential substitute for cement, given its wide availability and ease of obtaining worldwide. Previous studies explored the complete replacement of cement with starch, finding a reduction in compressive strength when 100 % of the cement was replaced. In addition, starch was investigated as an addition to concrete, checking its degradation capacity through pore analysis and in other studies limitations were found in the workability of concrete with high percentages of starch. However, a concrete has not yet been found where cement is replaced with starch, and properties similar to traditional concrete are obtained, nor are there studies on the degradation time or the exposure of concrete with starch to real conditions. Therefore, this study focused on the partial replacement of cement with corn starch in proportions of 2 %, 4 % and 6 % of the weight of the cement, along with a constant 1,25 % of superplasticizer. The objective was to compare these mixtures with concrete without additives to evaluate the physical and mechanical properties of the concrete. Various laboratory tests were carried out to measure the fluidity, density, compressive strength, bending and traction of the concrete. The results showed that the addition of corn starch up to 4 % of the weight of the cement, together with the superplasticizer, had a positive effect on workability and compressive strength. However, the flexural strength decreased significantly with the addition of 6 % corn starch, while the tensile strength showed smaller, but not significant, decreases. In conclusion, corn starch proved to be a sustainable and promising material as a partial cement substitute up to 4 % of the cement weight with 1,25 % superplasticizer. It was suggested to explore other dosages to optimize the properties of the concrete.