The effect of local pozzolans and lime additions on the mineralogical, physical and mechanical properties of compressed earth blocks in Argentina

Authors

  • Santiago Cabrera Grupo de Investigación y Desarrollo en Técnicas de Construcción con Tierra, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Santa Fe (Argentina)
  • Kerstin Elert Departamento de Mineralogía y Petrología, Facultad de Ciencias, Universidad de Granada (España)
  • Anabela Guilarducci Centro de Investigación y Desarrollo para la Construcción y la Vivienda, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Santa Fe (Argentina)
  • Andrea Margasin Grupo de Investigación y Desarrollo en Técnicas de Construcción con Tierra, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Santa Fe (Argentina)

DOI:

https://doi.org/10.7764/RDLC.21.2.248

Keywords:

CEB, lime, pozzolan, durability, compressive strength

Abstract

The purpose of this research is to evaluate the mineralogical, physical, and mechanical properties of compressed earth blocks (CEB) stabilized with lime and mineral admixtures easily obtained in Argentina: natural pozzolans and brick powder. the admixture mineralogical composition and their pozzolanic potential as well as the development of hydraulic phases upon reaction with calcium hydroxide (lime) were determined, emphasizing the formation of hydrated cementing compounds. Samples with different percentages of lime and mineral additions were prepared in order to test their compressive strength, wet erosion resistance, and water absorption, and contrasting the results with those of their counterparts stabilized exclusively with lime or cement. The results obtained allow us to affirm that both the brick powder and the pozzolan used have pozzolanic properties and, in combination with calcium hydroxide, form amorphous phases of C-(A)-S-H. However, the use of small amounts of both additions in combination with hydrated air lime in the manufacture of CEB, compared to CEB samples stabilized only with hydrated air lime, adversely affected their physical and mechanical properties.

References

ABNT. (2012). NBR 8492: Tijolo de solo-cimento. Análise dimensional, determinação da resistência à compressão e da absorção de água. Método de ensaio.

ABNT. (2020). NBR 16814. Adobe. Requisitos e métodos de ensaio.

AENOR. (2008). UNE 41410. Bloques de tierra comprimida para muros y tabiques. Definiciones, especificaciones y métodos de ensayo.

AENOR. (2016). UNE-EN 772-1:2011+A1:2016. Método de ensayo de piezas de fábrica de albañilería. Parte 1: Determinación de la resistencia a comrpresión.

AFNOR. (2017). XP P13-901: Blocs de terre comprimée pour murs et cloisons : définitions - Spécifications - Méthodes d’essais - Conditions de réception.

Arias, L., & Alderete, C. (2017). Variación de la resistencia a compresión del BTC en función de la energía de compactación. Seminario “Somos Tierra Que Camina.”

Arteaga Paucar, J., & Loja Saula, L. (2018). Diseño de adobes estabilizados con emulsión asfáltica. Universidad de Cuenca.

ASTM. (1995). ASTM D 4318-a: Standard test methods for liquid limit, plastic limit and plasticity index of soils.

ASTM. (2017). ASTM D2487 - 17: Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System).

Aubert, J. E., Fabbri, A., Morel, J. C., & Maillard, P. (2013). An earth block with a compressive strength higher than 45 MPa! Construction and Building Materials, 47, 366–369. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.05.068

Barbero-Barrera, M. M., Jové-Sandoval, F., & González Iglesias, S. (2020). Assessment of the effect of natural hydraulic lime on the stabilisation of compressed earth blocks. Construction and Building Materials, 260, 119877. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119877

Burgos, L. R. (2020). Mechanical Characterization of Raw-Perlite Solid Bricks for use in Construction. Revista de La Construccion, 19(1), 170–179. https://doi.org/10.7764/RDLC.19.1.170-179

Cabrera, S. (2021). Estudio de las características físicas, químicas y mecánicas del Bloque de Tierra Comprimida (BTC) con suelo-cal y adiciones minerales. Aportes al conocimiento del BTC para su desarrollo en Santa Fe, Argentina. Universidad Tecnológica Nacional.

Cabrera, S., Aranda Jiménez, Y., Suárez Domínguez, E., & Rotondaro, R. (2020). Bloques de Tierra Comprimida (BTC) estabilizados con cal y cemento. Evaluación de su impacto ambiental y su resistencia a compresión. Hábitat Sustentable, 10(2), 70–81. https://doi.org/Bloques de Tierra Comprimida (BTC) estabilizados con cal y cemento. Evaluación de su impacto ambiental y su resistencia a compresión

Cabrera, S., González, A., & Noguera, S. (2021). El mapeo como herramienta para la difusión e intercambio de datos del BTC en Argentina. IV Encontro Latino-Americano e Europeu Sobre Edificações e Comunidades Sustentáveis.

Cabrera, S., González, A., & Rotondaro, R. (2020). Resistencia a compresión en Bloques de Tierra Comprimida. Comparación entre diferentes métodos de ensayo. Informes de La Construcción, 72(560). https://doi.org/https://doi.org/10.3989/ic.70462

Ciancio, D., Beckett, C. T. S., & Carraro, J. A. H. (2014). Optimum lime content identification for lime-stabilised rammed earth. Construction and Building Materials, 53, 59–65. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.11.077

Concha-Riedel, J., Antico, F. C., & López-Querol, S. (2021). Mechanical strength, mass loss and volumetric changes of drying adobe matrices combined with kaolin and fine soil particles. Construction and Building Materials, 312(April). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125246

Dethier, J., & Cohen, J. (2019). Arquitecturas de tierra: El arte de construir con tierra. Pasado, presente y porvenir. BLUME.

DNV. (1989). VN-E18-89: Método de campaña para la determinación de sales solubles y sulfatos en suelos, estabilizados y suelos granulares.

DNV. (1993). VN-E5-93: Compactación de Suelos.

Do Campo, M., & Collo, G. (2018). Mineralogía y Geología de arcillas. Universidad Nacional de Córdoba.

Donatello, S., Tyrer, M., & Cheeseman, C. R. (2010). Comparison of test methods to assess pozzolanic activity. Cement and Concrete Composites, 32(2), 121–127. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2009.10.008

Elert, K., Azañón, J., & Nieto, F. (2018). Smectite formation upon lime stabilization of expansive marls. Applied Clay Science, 158(March), 29–36.

Elert, K., Pardo, E., & Rodriguez Navarro, C. (2015). Alkaline activation as an alternative method for the consolidation of earthen architecture. Journal of Cultural Heritage, 16(4), 461–469. https://doi.org/10.1016/j.culher.2014.09.012

Galíndez, F. (2007). Aportes de la tecnología para la fabricación del BTC. In Repositorio de la Universdad Católica de Salta.

González López, J., Juárez Alvarado, C., Ayub Francis, B., & Mendoza Rangel, J. (2018). Compaction effect on the compressive strength and durability of stabilized earth blocks. Construction and Building Materials, 163, 179–188. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.12.074

Guilarducci, A. (2018). Generación de Adiciones Minerales para el Cemento Portland a Partir de Residuos de Centrales Termoeléctricas de Lecho Fluidizado. Universidad Nacional del Litoral.

Hays, A., Doat, P., Houben, H., Matuk, S., & Vitoux, F. (1979). Construire en terre. Craterre.

ICDD. (2004). Power diffraction file (PDF) (p. http://www.icdd.com/pdfsearch/).

INTI-CIRSOC. (2007). CIRSOC 501. Reglamento Argentino de estructuras de mampostería.

IRAM. (1977). Norma IRAM 10512: Mecánica de suelos. Método de análisis granulométrico.

IRAM. (1986). Norma IRAM 10507: Mecánica de suelos. Método de determinación de la granulometría mediante tamizado por vía húmeda.

IRAM. (2002). Norma IRAM 1520: Agregados finos. Métodos de laboratorio para la determinación de la densidad relativa real, de la densidad relativa aparente y de la absorción de agua.

IRAM. (2005). Norma IRAM 12566-1: Ladrillos y bloques cerámicos para la construcción de tabiques y muros. Parte 1: Macizos.

IRAM. (2007). Norma IRAM 10501: Geotecnia. Método de determinación del límite líquido y del límite plástico de una muestra de suelo. Índice de fluidez e índice de plasticidad.

IRAM. (2019). IRAM 50000: Cementos. Cementos para uso general. Composición y requisitos.

IS. (2013). Standard IS 1725:2013. Specification for soil based blocks used in general building construction.

James, J., & Pandian, P. K. (2018). Strength and microstructure of micro ceramic dust admixed lime stabilized soil. Revista de La Construcción, 17(1), 5–22. https://doi.org/10.7764/RDLC.17.1.5

Khemissa, M., & Mahamedi, A. (2014). Cement and lime mixture stabilization of an expansive overconsolidated clay. Applied Clay Science, 95, 104–110. https://doi.org/10.1016/j.clay.2014.03.017

Klug, H. P., & Alexander, L. E. (1967). X-ray Diffraction Procedures for Polycrystaline and Amorphous Materials. John Wiley & Sons.

Laguna, M. (2011). Ladrillo Ecológico Como Material Sostenible para las Costrucción. In Universidad Publica De Navarra. niversidad Publica De Navarra.

Lima, S. A., Varum, H., Sales, A., & Neto, V. F. (2012). Analysis of the mechanical properties of compressed earth block masonry using the sugarcane bagasse ash. Construction and Building Materials, 35, 829–837. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.04.127

Maddalena, R., Roberts, J. J., & Hamilton, A. (2018). Can Portland cement be replaced by low-carbon alternative materials? A study on the thermal properties and carbon emissions of innovative cements. Journal of Cleaner Production, 186, 933–942. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.02.138

Malkanthi, S. N., Balthazaar, N., & Perera, A. A. D. A. J. (2020). Lime stabilization for compressed stabilized earth blocks with reduced clay and silt. Case Studies in Construction Materials, 12.

Miller, S. A., John, V. M., Pacca, S. A., & Horvath, A. (2018). Carbon dioxide reduction potential in the global cement industry by 2050. Cement and Concrete Research, 114, 115–124. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2017.08.026

Nagaraj, H. B., & Shreyasvi, C. (2017). Compressed Stabilized Earth Blocks Using Iron Mine Spoil Waste - An Explorative Study. Procedia Engineering, 180, 1203–1212. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.281

Nagaraj, H. B., Sravan, M. V., Arun, T. G., & Jagadish, K. S. (2014). Role of lime with cement in long-term strength of Compressed Stabilized Earth Blocks. International Journal of Sustainable Built Environment. https://doi.org/10.1016/j.ijsbe.2014.03.001

Neves, C., & Borges Farías, O. (2011). Técnicas de Construcción con Tierra. FEB-UNESP / PROTERRA.

OSARTEC. (2014). RTS 91.02.01. Urbanismo y construcción en lo relativo al uso del sistema constructivo de adobe para viviendas de un nivel.

Ouedraogo, K. A. J., Aubert, J.-E. E., Tribout, C., Escadeillas, G., & Escadeilas, G. (2020). Is stabilization of earth bricks using low cement or lime contents relevant? Construction and Building Materials, 236, 117578. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117578

Raggioti, B. B., Positieri, M. J., Locati, F., Murra, J., & Marfil, S. (2015). Zeolite, Study of Aptitude as a Natural Pozzolan Applied to Structural Concrete. Revista de La Construcción., 14(2), 14–20. http://revistadelaconstruccion.uc.cl/index.php/RDLC/article/view/13302

Red Protierra Argentina. (2020). Protocolo de ensayos sobre elementos constructivos para la construcción con tierra. http://redprotierra.com.ar/2020/10/28/protocolos-de-ensayo-para-la-construccion-con-tierra/

Rigassi, V. (1985). Compressed Earth Blocks: Manual of Production. In Network. GATE / BASIN.

Rodríguez Cuervo, L. S. (2020). Adobe bricks with sugarcane molasses and gypsum to enhance compressive strength in the city Cogua, Colombia. Revista de La Construccion, 19(3), 358–365. https://doi.org/10.7764/RDLC.19.3.358

Roux Gutierrez, R. S., García Izaguirre, V. M., & Espuna Mujica, J. A. (2014). Los materiales alternativos estabilizados y su impacto ambiental. Revista Electrónica Nova Scientia, 7(1), 243–266.

Ruiz, G., Zhang, X., Edris, W. F., Cañas, I., & Garijo, L. (2018). A comprehensive study of mechanical properties of compressed earth blocks. Construction and Building Materials, 176, 566–572. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.05.077

Schmidt, M., Poellmann, H., & Egersdoerfer, A. (2012). The use of a recycled glass powder and a expanded glass containing metakaolin in different binder systems. In I. C. M. A. (ICMA) (Ed.), 34th International Conference on Cement Microscopy. Curran Associates, Inc.

Sitton, J. D., Zeinali, Y., Heidarian, W. H., & Story, B. A. (2018). Effect of mix design on compressed earth block strength. Construction and Building Materials, 158, 124–131. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.10.005

SNZ. (1998). NZS 4298: Materials and workmanship for earth buildings.

Van Damme, H., & Houben, H. (2018). Earth concrete. Stabilization revisited. Cement and Concrete Research, 114, 90–102. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2017.02.035

Vissac, A., Bourges, A., & Gandreau, D. (2017). Argiles & Biopolyméres. Les stabilisants naturaels pour la construction en terre. CRATerre éditions.

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Published

2022-08-31 — Updated on 2022-09-01

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How to Cite

Cabrera, S. ., Elert, K. ., Guilarducci, A. ., & Margasin, A. . (2022). The effect of local pozzolans and lime additions on the mineralogical, physical and mechanical properties of compressed earth blocks in Argentina. Revista De La Construcción. Journal of Construction, 21(2), 248–263. https://doi.org/10.7764/RDLC.21.2.248 (Original work published August 31, 2022)