Nopal deshidratado y pulverizado como alternativa de producto curador en el concreto

Abstract

La investigación partió de una problemática frecuente en proyectos de construcción en Colombia: es muy usual que las prácticas de curado en los proyectos sean insuficientes, situación que no favorece a los concretos, ya que acelera la evaporación superficial, reduce la resistencia inicial, coadyuvando a la aparición de fisuras tempranas. Es así como este trabajo parte de la necesidad técnica de implementar soluciones más eficaces de curado en el territorio colombiano, caracterizados por contar con climas variados y en la gran mayoría del territorio climas con altas temperaturas, baja humedad relativa y presencia de viento, lo que impacta negativamente al concreto, especialmente las capas superficiales, con una pérdida prematura de agua y una afectación directa con la aparición de grietas por retracción plástica. En este contexto, se buscó una alternativa de curado superficial de procedencia orgánica y amable con el medio ambiente, de bajo costo y que mejore el desempeño de las prácticas utilizadas actualmente, capaz de responder a las condiciones ambientales locales y de contribuir a la durabilidad y calidad de las estructuras.

Ahora bien, si bien es cierto, en el mercado colombiano se implementan prácticas de curado convencional y se utilizan productos comerciales, estos no siempre logran controlar paralelamente la pérdida de agua y la formación de fisuras superficiales. Dado que las condiciones climáticas son un factor preponderante en el comportamiento del curado de los concretos, partiendo de estas limitaciones, este trabajo planteó la necesidad de analizar una alternativa de curado efectiva, amigable con el medio ambiente y de bajo costo, capaz de responder a las condiciones ambientales locales.

En este contexto, para la investigación se plantea el nopal deshidratado y pulverizado como una opción de solución debido a sus propiedades de retención de humedad y su disponibilidad regional. Evaluar su eficacia como producto curador alternativo permite explorar una solución innovadora que contribuya a mejorar la calidad y sostenibilidad de los proyectos de construcción en el país.

Como justificación, la investigación se basó en la capacidad del nopal para retener agua durante periodos prolongados, gracias a su composición estructural, así como en su disponibilidad regional y en su potencial como recurso sostenible en el sector de la construcción. En este sentido, sus características lo convierten en una alternativa viable frente a los curadores tradicionales, que no siempre logran controlar de manera simultánea la pérdida de agua y la fisuración temprana por contracción plástica.

El objetivo del trabajo se orientó a evaluar el nopal deshidratado y pulverizado como producto curador superficial que redujera la pérdida de agua (ASTM C 156) y la fisuración plástica (ASTM C 1579), comparando una muestra patrón elaborada en condiciones normales y una muestra patrón aplicando antisol como producto comúnmente utilizado en los proyectos ejecutados en Colombia, en atención a los lineamientos establecidos en las normas técnicas relacionadas con el tema.

En este sentido, el diseño metodológico implementado según la metodología de por (Hernández et al., 2018) fue un enfoque cuantitativo, de tipo aplicado y explicativo. Los ensayos se realizaron en laboratorio bajo condiciones controladas; para el ensayo de pérdida de agua (ASTM C 156) se utilizaron probetas de mortero 12x12x2 cm, una dosificación de 200 g/m2 de curador y un seguimiento permanente en 72 horas; en el caso del ensayo de fisuración plástica (ASTM C 1579) se emplearon placas de concreto sometidas a un túnel de viento con control de temperatura, humedad y velocidad, registrando los tiempos de aparición de fisuras, así como su ancho, longitud y área.

Siguiendo la metodología planteada por (Hernández et al., 2018), se estableció variables de tipo dependiente e independiente para cada uno de los ensayos realizados; se definió que el tipo de curador aplicado (muestra patrón – sin curador, nopal 45% y Antisol) es la variable independiente, mientras que la pérdida de agua y el área total fisurada se establecieron como variables dependientes, con el propósito de evaluar de manera objetiva la eficacia del nopal deshidratado y pulverizado como producto curador alternativo. Los resultados del ensayo ASTM C 156 evidenciaron que el antisol presentó la menor pérdida de agua acumulada a las 72 horas, con un valor de 0,54 kg/m2, cumpliendo con lo establecido en la norma ASTM C 309 o la NTC 1977 (=< 0,55 kg/m2). El nopal al 45% registró pérdidas intermedias de 2.06 kg/m2, mientras que la muestra patrón, presentó la mayor pérdida, superior a 3,91 kg/m2.

En relación con el ensayo ASTM C1579, la muestra patrón presento entre 26 y 27 fisuras por placa, con un predominio de fisuración plástica entre el 82% y 87%, alcanzando un área total promedio de 169,08m m2. El nopal a 45% mostró un menor número de fisuras plásticas y registró el área total promedio más bajo respecto al patrón y al Antisol, con 150,88 mm2.

Por su parte el Antisol, presentó el menor número de fisuras, coherente con su acción de barrera protectora, sin embargo, concentró la deformación en la zona restringida, lo que incrementó el área plástica a 160,38 mm2. Al comparar los resultados frente a la muestra patrón, el nopal redujo el área total en 10,76% mientras que el antisol solo logro un incremento del 5,06% en la fisuración plástica respecto a la muestra patrón.

En conclusión, el nopal deshidratado y pulverizado al 45%, aplicado en una dosificación de 200 g/m2 de curador, logró disminuir tanto la pérdida de agua como la fisuración por contracción plástica en comparación con la muestra patrón. De manera específica, redujo la pérdida de agua en un 47% a las 72 horas y entre un 40% y 46% durante las primeras 24 horas de exposición. Estos resultados permiten confirmar que el nopal se constituye como una alternativa eficaz para mitigar la evaporación superficial del agua en concretos, sin embargo, su formulación requiere optimización adicional a fin de alcanzar los parámetros establecidos en la norma ASTM C 309 o NTC 1977. (Texto tomado de la fuente).

The research was based on a common problem in construction projects in Colombia: inadequate curing practices are common, a situation that is detrimental to concrete, as it accelerates surface evaporation, reduces initial strength, and contributes to the development of early cracks. This work thus stems from the technical need to implement more effective curing solutions in Colombia, characterized by varied climates, with the vast majority experiencing high temperatures, low relative humidity, and wind. This negatively impacts concrete, especially the surface layers, with premature water loss and a direct impact on the development of plastic shrinkage cracks. In this context, a low-cost, organic, environmentally friendly surface curing alternative was sought that would improve the performance of currently used practices, respond to local environmental conditions, and contribute to the durability and quality of structures.

Now, while it is true that conventional curing practices and commercial products are implemented in the Colombian market, they do not always manage to simultaneously control water loss and the formation of surface cracks. Since climatic conditions are a predominant factor in concrete curing behavior, based on these limitations, this work raised the need to analyze an effective, environmentally friendly, and low-cost curing alternative capable of responding to local environmental conditions.

In this context, dehydrated and pulverized cactus is proposed as a solution for this research due to its moisture retention properties and regional availability. Evaluating its effectiveness as an alternative curing product allows for the exploration of an innovative solution that contributes to improving the quality and sustainability of construction projects in the country.

The research was justified by the cactus's ability to retain water for extended periods, thanks to its structural composition, as well as its regional availability and its potential as a sustainable resource in the construction sector. In this sense, its characteristics make it a viable alternative to traditional curing agents, which cannot always simultaneously control water loss and early cracking due to plastic shrinkage.

The objective of this study was to evaluate dehydrated and pulverized cactus as a surface curing agent that would reduce water loss (ASTM C 156) and plastic cracking (ASTM C 1579). A standard sample prepared under normal conditions and a standard sample applying anti-solar treatment, a product commonly used in projects executed in Colombia, were purchased, in compliance with the guidelines established in the technical standards related to the subject.

In this regard, the methodological design used a quantitative, applied, and explanatory approach. The tests were conducted in a laboratory under controlled conditions. For the water loss test (ASTM C 156), 12x12x2 cm mortar specimens were used, with a dosage of 200 g/m2 of curing agent and continuous monitoring over 72 hours. In the case of the plastic cracking test (ASTM C 1579), concrete slabs were subjected to a wind tunnel with controlled temperature, humidity, and speed, recording the time to crack appearance, as well as their width, length, and area.

Following the methodology proposed by (Hernández et al., 2018), dependent and independent variables were established for each of the tests performed. The type of curing agent applied (standard sample – without curing agent, 45% cactus, and Antisol) was defined as the independent variable, while water loss and total cracked area were established as dependent variables, with the purpose of objectively evaluating the effectiveness of dehydrated and pulverized cactus as an alternative curing agent.

The results of the ASTM C 156 test showed that the antisol sample showed the lowest accumulated water loss at 72 hours, with a value of 0.54 kg/m2, complying with the ASTM C 309 standard (=< 0.55 kg/m2). The 45% cactus sample showed intermediate losses of 2.06 kg/m2, while the standard sample showed the highest loss, exceeding 3.91 kg/m2.

Regarding the ASTM C1579 test, the standard sample showed between 26 and 27 cracks per plate, with a predominance of plastic cracking between 82% and 87%, reaching an average total area of 169.08 mm2. The 45% cactus sample showed fewer plastic cracks and recorded the lowest average total area compared to the standard and the antisol, with 150.88 mm2.

Antisol, on the other hand, showed the fewest cracks, consistent with its protective barrier action. However, it concentrated the deformation in the restricted area, which increased the plastic area to 160.38 mm2. When comparing the results with the standard sample, the cactus reduced the total area by 10.76%, while Antisol only achieved a 5.06% increase in plastic cracking compared to the standard sample.

In conclusion, the dehydrated and pulverized cactus at 45%, applied at a dosage of 200 g/m2 of curing agent, managed to reduce both water loss and plastic shrinkage cracking compared to the standard sample. Specifically, it reduced water loss by 47% at 72 hours and by between 40% and 46% during the first 24 hours of exposure. These results confirm that nopal is an effective alternative for mitigating surface water evaporation in concrete; however, its formulation requires further optimization to meet the parameters established in the ASTM C 309 standard.