El creciente enfoque global en la sostenibilidad y la descarbonización ha resaltado la urgente necesidad de estrategias efectivas para la gestión de residuos plásticos, incluyendo su posible reutilización en materiales de construcción. Los blísteres farmacéuticos, compuestos principalmente de laminados de aluminio plástico, representan un flujo creciente de residuos posconsumo, exacerbado aún más por la pandemia de COVID-19 debido a la mayor dependencia de medicamentos sólidos.

El reciclaje de blísteres farmacéuticos de desecho (WPB) plantea desafíos significativos; sin embargo, su incorporación al concreto ofrece una alternativa sostenible para el aprovechamiento de residuos. Este estudio explora la viabilidad del uso de WPB en concreto M30 mediante el desarrollo de dos categorías de mezcla a través del método de volumen absoluto: (i) adición directa de WPB (0-30% en peso de arena) y (ii) reemplazo parcial de arena con WPB (5-30%).

Las pruebas de resistencia a la compresión identificaron una sustitución del 20% como óptima, con mezclas que alcanzaron entre el 92% y el 95% de la resistencia de control. La evaluación no destructiva utilizando el martillo de rebote Schmidt validó los resultados de las pruebas destructivas. El análisis de absorción de agua reveló que el reemplazo parcial de arena proporcionó una mejor resistencia en comparación con la adición directa. Además, los análisis de microscopía electrónica de barrido (MEB) y difracción de rayos X (DRX) de la mezcla óptima tras 90 días confirmaron productos de hidratación bien desarrollados y una fuerte unión interfacial entre las fibras de WPB y la matriz cementosa.

Los resultados demuestran que el WPB puede utilizarse eficazmente en hormigón de baja resistencia, lo que supone una solución prometedora para la gestión de residuos farmacéuticos, a la vez que contribuye a la economía circular y a los objetivos de descarbonización en el sector de la construcción. Estudios futuros deberían investigar la durabilidad en entornos agresivos, el comportamiento a temperaturas elevadas y el rendimiento a la flexión, junto con una caracterización microestructural avanzada para comprender mejor las zonas de transición interfacial.

• Rohan Kumar Choudhary ,
• Awdhesh Kumar Choudhary ,
• Keshav Kumar Sharma ,
• Bheem Pratap y
• Perumal Asaithambi 

Introducción

El hormigón es el segundo material más consumido en la Tierra, solo después del agua. Su importancia en la construcción moderna no tiene paralelo, y forma la columna vertebral del desarrollo de infraestructura en todo el mundo. En 2002, el consumo mundial de hormigón se situó en aproximadamente 2.700 millones de metros cúbicos. Con la aceleración de la urbanización y el crecimiento industrial, se espera que esta cifra aumente a casi 7.500 millones de metros cúbicos para 2050 ^{1 , 2 , 3} . La demanda de hormigón generalmente se divide en dos categorías: aplicaciones de alta resistencia, como puentes, presas y rascacielos, y usos de menor resistencia, como pavimentos y elementos arquitectónicos ⁴ . La producción de cemento es una preocupación importante, ya que contribuye con alrededor del 6% de las emisiones globales de CO₂, con una tasa de crecimiento anual del 1-2%, lo que la convierte en una de las industrias más dañinas para el medio ambiente ⁵ . India ocupa el segundo lugar a nivel mundial en producción de cemento, después de Europa. La mayor demanda de agregados finos ha intensificado la extracción de arena de río, lo que lleva a la erosión del suelo, la contaminación del agua y la alteración del ecosistema. Para mitigar estos impactos, los investigadores están desarrollando alternativas sostenibles mediante la incorporación de subproductos industriales y materiales de desecho como cenizas volantes, escoria y plásticos reciclados en el hormigón. Estos enfoques reducen la dependencia de los recursos naturales al tiempo que apoyan la reducción de carbono, la gestión de residuos y la sostenibilidad ambiental en el sector de la construcción ^{1 , 2 , 3 , 4} 

Las estimaciones sugieren que los residuos plásticos generados en los hospitales aumentaron casi seis veces en comparación con los niveles prepandémicos ^5 , 6 Tras el brote de COVID-19, el aumento en el uso de medicamentos aceleró la producción farmacéutica, lo que en consecuencia condujo a un aumento sustancial de los blísteres farmacéuticos de desecho, el material de envasado dominante para la mayoría de los medicamentos ^{7 , 8 , 9 .} 

Las personas tienden a preferir los medicamentos sólidos a los medicamentos embotellados en la vida diaria debido a las restricciones en el uso de medicamentos embotellados una vez abiertos, ya que se deterioran rápidamente al contacto con el aire. Los medicamentos sólidos hacen que la dosificación sea más sencilla e intuitiva ¹⁰ . La tecnología farmacéutica ha evolucionado rápidamente en las últimas décadas, especialmente en la administración y protección de medicamentos. Sin embargo, el envasado en blíster sigue siendo una opción principal para el envasado de medicamentos ^9 , 10Los blísteres no solo son los preferidos por los consumidores, sino también por las compañías farmacéuticas porque son más pequeños, ligeros y fáciles de almacenar y transportar en comparación con los típicos frascos de pastillas. Se esperaba que la demanda de blísteres alcanzara las 5,18 mil toneladas en 2021. Se proyecta que el mercado de blísteres farmacéuticos alcance los 149.300 millones de dólares en 2026, creciendo a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 6% entre 2019 y 2029 ^{6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18} .

Los blísteres contribuyen significativamente a los residuos, representando el 4% en peso del total de residuos de envases generados diariamente ⁹ . Actualmente, las opciones de eliminación de blísteres incluyen el vertedero, el reciclaje directo y la incineración. La incineración con residuos municipales mixtos puede generar contaminantes peligrosos como óxido nitroso, óxidos de azufre, polvo y dioxinas que contienen cloro ^17 , 18 . El reciclaje de blísteres separando las capas de aluminio y plástico requiere un proceso químico y/o físico, que consume mucha energía e implica el uso de disolventes orgánicos o reactivos corrosivos, sin ofrecer ninguna garantía de sostenibilidad. Debido a la complejidad estructural de los blísteres farmacéuticos, el método de eliminación más directo es el vertido en vertederos ^{19 , 20 , 21} . Sin embargo, el vertido extensivo puede provocar problemas ambientales, como la acumulación de aluminio en el suelo, lo que causa acidificación y efectos adversos en plantas, animales y peces ^{18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26} .

Los blísteres se consideran cada vez más residuos plásticos debido a su alto contenido de plástico y a menudo se envían a instalaciones donde no se recupera el metal ^{27 , 28 , 29 , 30 , 31 , 32 , 33 , 34 , 35.} Esto hace que el vertido sea una solución inadecuada para la gestión de residuos ^31. Se necesita una instalación dedicada a reciclar eficientemente los componentes plásticos y metálicos de los blísteres ^30.

La combinación de dos problemas ambientales críticos, las emisiones de CO₂ de la producción de hormigón y los desafíos de eliminación de los residuos blíster farmacéuticos no biodegradables en una solución unificada mediante la integración de WPB en el hormigón ofrece un camino prometedor hacia la construcción sostenible. Por lo tanto, abordar la sostenibilidad del hormigón y la gestión de residuos farmacéuticos se ha convertido en una necesidad apremiante ^{36 , 37 , 38 , 39 , 40 , 41.} Varios estudios han investigado la incorporación de residuos médicos y farmacéuticos en el hormigón.

Kumar ⁴² utilizó hormigón geopolímero con cenizas de residuos biomédicos incineradas (IBWA) como reemplazo de GGBS, Essam et al. ⁶ incorporaron mascarillas faciales, sábanas radiológicas y guantes de látex en hormigón reforzado con fibra, Nataraja ⁴³ estudió las cenizas de incineradores de residuos biomédicos (BMIA) como sustituto del cemento, Matalkah Faris ⁴⁴ exploró las cenizas de fondo de residuos médicos (MWBA) para mejorar la reactividad, Katare et al. ⁴⁵ examinaron la ceniza de residuos biomédicos incinerados (IBMW) para la resistencia y la permeabilidad, Kremser et al. ⁴⁶ investigaron el reciclaje de residuos blíster utilizando ácido sulfúrico biogénico, y Dalal et al. ⁴⁷ probaron el polvo blíster como un reemplazo parcial de agregado fino.

En conjunto, estos estudios demuestran que los residuos médicos y farmacéuticos se pueden incorporar con éxito al hormigón, con cemento o arena reemplazados típicamente en niveles de 20-30%, ya sea por peso o por volumen. Sin embargo, la mayoría de la investigación se ha centrado en formas incineradas o en polvo de residuos médicos. Muy pocos estudios han examinado la incorporación directa de WPB intacto en hormigón sin alterar sus propiedades químicas. El potencial del WPB para actuar como un microrefuerzo que mejora el comportamiento posterior a la fisuración mientras mantiene la trabajabilidad permanece en gran parte inexplorado.

Los tamaños de blíster más grandes tienden a formar bolas durante la mezcla, mientras que las partículas excesivamente pequeñas se comportan como finos y pierden el efecto de refuerzo previsto, lo que resalta la necesidad de una evaluación sistemática. Para abordar esta deficiencia, el presente estudio investiga el uso directo de WPB en el hormigón mediante dos enfoques: (i) como material de relleno adicional (0-30 % en peso del hormigón) y (ii) como sustituto parcial del árido fino (0-30 % en peso).

Se analiza la resistencia a la compresión de todas las mezclas para determinar el contenido óptimo de WPB. La mezcla óptima seleccionada se analiza posteriormente mediante SEM y XRD para su caracterización microestructural. Se emplean ensayos destructivos y no destructivos (END) para evaluar la resistencia a la compresión, mientras que la absorción de agua se mide a los 90 días. Este estudio proporciona nuevos conocimientos sobre el potencial del WPB como material sostenible que mejora el rendimiento del hormigón.

Materiales y métodos

Blísteres farmacéuticos de desecho (WPB)

Los blísteres farmacéuticos se componen principalmente de tereftalato de polietileno (PET) ^47, disponible tanto en forma amorfa como semicristalina. El PET se utiliza ampliamente en envases farmacéuticos debido a su ligereza, resistencia, resistencia al impacto y sus eficaces propiedades de barrera contra el agua, la humedad y los gases. Estas características lo hacen ideal para proteger los medicamentos de la exposición ambiental.

Para este estudio, se recogieron WPB de farmacias y hospitales locales. Para garantizar la seguridad, los blísteres se limpiaron en seco, se expusieron a la luz solar directa durante al menos siete días y se voltearon a diario. No se aplicaron desinfectantes químicos, ya que los blísteres no estaban contaminados y el tratamiento químico podría dejar residuos indeseables. Dado que los WPB sirven solo como embalaje terciario y no entran en contacto directo con medicamentos, el riesgo de interacción química con productos farmacéuticos es insignificante ^{48 , 49 , 50 , 51} . Los WPB recogidos se cortaron en tiras de 65-90 mm de largo y 0,5-0,8 mm de ancho, dimensiones determinadas a través de evidencia bibliográfica y ensayos preliminares.

Investigaciones previas sobre la incorporación de residuos plásticos como PET, HDPE y láminas multicapa al hormigón han demostrado que las tiras estrechas (<1 mm de ancho) con relaciones de aspecto moderadas mejoran la capacidad de puenteo de grietas y la tenacidad post-grieta, a la vez que mantienen la trabajabilidad ⁵² . Por el contrario, las tiras excesivamente largas tienden a enredarse dentro de la mezcla, reduciendo la trabajabilidad, mientras que las partículas muy finas actúan más como rellenos que como refuerzos, contribuyendo poco al rendimiento estructural ^53 , 54 .

Como se ilustra en las Figs. 1 y 2 , las dimensiones de la tira seleccionadas estaban destinadas a actuar como microrefuerzo, mejorando la ductilidad y la resistencia post-fisura sin afectar significativamente los valores de asentamiento. Durante los ensayos preliminares, se probaron diferentes rangos de tamaño (50–100 mm × 0,5–1,0 mm). Las tiras más grandes disminuyeron la dispersión y aumentaron la aglomeración, mientras que las más pequeñas proporcionaron una acción de refuerzo insuficiente. Por lo tanto, el rango de tamaño adoptado de 65–90 mm × 0,5–0,8 mm ofreció el mejor equilibrio entre trabajabilidad, dispersión y eficiencia de refuerzo. Para el diseño de la mezcla, los WPB se incorporaron en dos formas: tiras a lo ancho (como material de relleno) y tiras a lo largo (como reemplazo parcial de agregado fino). Este rango de tamaño se puede lograr fácilmente utilizando herramientas de corte simples, lo que hace que el método sea factible en condiciones de bajos recursos o de campo sin requerir equipo especializado. Sin embargo, un desafío práctico con el que se encontró fue la renuencia de los hospitales a suministrar WPB, en gran medida debido a las preocupaciones sobre su posible uso indebido para medicamentos falsificados o actividades ilícitas.

Materiales

El cemento utilizado en este estudio es Cemento Portland Ordinario (OPC) de grado 53, compuesto por un 90-100 % de clínker y un 0-5 % de yeso. Tiene una gravedad específica de 3,11 y un módulo de finura del 4,5 %. El tiempo de fraguado inicial es de 30 minutos y el tiempo de fraguado final es de 10 horas. Los áridos finos utilizados son arena de río, preparada según los requisitos de arena calibrada de la norma IS 383:2016. La arena tiene una granulometría inferior a 4,75 mm, una gravedad específica de 2,67 y un módulo de finura de 2,8. Los áridos gruesos tienen un tamaño de entre 20 y 40 mm.

Diseño y pruebas experimentales

En este estudio, se diseñaron dos categorías de mezclas de concreto M30 que incorporaban residuos farmacéuticos blíster (WPB) utilizando el método de volumen absoluto según IS 10262:2009, con una relación agua-cemento (a/c) constante de 0,45. La prueba de asentamiento para las mezclas de control registró valores en el rango de 88-105 mm, lo que indica buena trabajabilidad. Para las mezclas modificadas con WPB, el rango de asentamiento óptimo se observó en 65-95 mm, mientras que las mezclas con mayor contenido de WPB exhibieron trabajabilidad significativamente reducida, con valores de asentamiento por debajo de 50 mm. La primera categoría consistió en la incorporación directa de WPB, sin eliminar ningún otro componente, a niveles de 0%, 10%, 20% y 30% en peso de arena. Estas mezclas se designaron como S0 (control, 0% WPB), S1 (10% WPB), S2 (20% WPB) y S3 (30% WPB). La segunda categoría involucró la sustitución parcial de arena con WPB a niveles de reemplazo que oscilaron entre 5 y 30% en peso de arena. Estos se designaron como S4 (5% WPB), S5 (10% WPB), S6 (15% WPB), S7 (20% WPB), S8 (25% WPB) y S9 (30% WPB). La mezcla de control S0 sirvió como referencia para ambas series. Las proporciones detalladas de la mezcla se presentan en la Tabla 1. Para asegurar la consistencia volumétrica, todas las mezclas se dosificaron utilizando el método de volumen absoluto, manteniendo el volumen total en 1 m ³ . WPB tiene una densidad aparente más alta (≈ 2710 kg/m ³ , debido a su composición de laminado de aluminio y plástico) ⁵⁵ que la arena natural (≈ 1682 kg/m ³ ). Por lo tanto, un simple reemplazo peso por peso distorsionaría la fracción de agregado fino, alteraría el rendimiento y afectaría negativamente la trabajabilidad. Para abordar esto, se adoptó un procedimiento de compensación volumétrica: (i) la masa de arena extraída se convirtió primero a su volumen equivalente, (ii) la masa de WPB correspondiente se determinó posteriormente utilizando su densidad medida, y (iii) se realizaron ajustes de prueba adicionales para mantener las mezclas trabajables. Durante las pruebas preliminares, la sustitución teórica completa de WPB redujo la trabajabilidad y las dificultades de compactación, debido a la superficie lisa e hidrófoba de las partículas de WPB. Por lo tanto, se prepararon mezclas optimizadas reduciendo ligeramente el contenido de WPB y compensando el volumen restante con arena, asegurando tanto el equilibrio del rendimiento como la trabajabilidad deseada. Las proporciones de reemplazo se finalizaron para reflejar un equilibrio entre la equivalencia volumétrica y el rendimiento práctico. Estos hallazgos son consistentes con investigaciones previas, donde la incorporación de residuos plásticos por encima de niveles moderados a menudo causa pérdida de asentamiento y segregación, mientras que niveles bajos a moderados (≈ 10–25%) pueden acomodarse sin una pérdida significativa de rendimiento ^56 , 57. Por lo tanto, las proporciones de la mezcla final en la Tabla 1Se cumplieron simultáneamente: (i) los requisitos de diseño de la mezcla M30 en cuanto a resistencia y trabajabilidad, y (ii) la optimización de la dosificación de WPB basada en el rendimiento para su uso práctico. No se utilizaron aditivos químicos. Para cada mezcla, se moldearon tres juegos de cubos de 150 × 150 × 150 mm, se desmoldaron después de 24 horas y se sometieron a un curado en agua estándar, como se muestra en la Fig. 2 .Tabla 1 Cantidades de materiales utilizados en la mezcla (Kg/m ³ ).

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Las propiedades físicas y mecánicas de las mezclas se evaluaron mediante una serie de pruebas estandarizadas. Se realizaron pruebas de resistencia a la compresión en cubos de concreto a edades de curado de 3, 7, 28, 60 y 90 días para monitorear el desarrollo de la resistencia con el tiempo. La propagación típica de grietas y patrones de falla se ilustran en la Fig. 2. Además, se realizó una prueba de martillo de rebote en especímenes superficialmente secos después de 90 días de curado. Se promediaron los valores de rebote y se calcularon valores de resistencia a la compresión equivalentes, lo que permitió una comparación directa entre los resultados de las pruebas destructivas y no destructivas. Para evaluar la durabilidad, se realizaron pruebas de absorción de agua después de 90 días de curado. El procedimiento implicó secar las muestras en horno seguido de inmersión en agua, de acuerdo con las normas pertinentes. Además, se realizó la caracterización microestructural. Se realizaron análisis SEM y XRD en el espécimen que alcanzó la mayor resistencia a la compresión a los 90 días, correspondiente a la dosis óptima de WPB. Estos análisis proporcionaron información sobre los productos de hidratación, la distribución de poros y la composición de fases del hormigón modificado. En la Tabla 2 se presenta un resumen conciso del programa experimental, incluyendo parámetros, normas, condiciones de curado y edades de ensayo .Tabla 2 Resumen de parámetros experimentales.

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Resultados y discusión

Resistencia a la compresión

El hormigón gana resistencia con el tiempo debido a la hidratación continua, con aproximadamente el 90% de su resistencia última alcanzada típicamente a los 28 días. Sin embargo, el desarrollo de la resistencia continúa más allá de este período, aunque a un ritmo más lento. Para evaluar el desarrollo de la resistencia a la compresión, se realizaron pruebas en especímenes cúbicos a los 3, 7, 28, 60 y 90 días de acuerdo con las directrices de la Norma India, utilizando tres cubos por mezcla y reportando la carga máxima promedio. A edades tempranas, el hormigón típicamente alcanzó el 60-70% de su resistencia a los 28 días. Por ejemplo, las resistencias a los 3 días variaron del 40 al 55% de la resistencia a los 28 días, lo que refleja la influencia de la cinética de hidratación. La ganancia de resistencia del hormigón con diferentes períodos de curado también ha sido observada por otros autores, lo que sugiere que el hormigón continúa ganando resistencia con la edad ^58 , 59 . La incorporación de material WPB influyó significativamente en la ganancia de resistencia temprana. Niveles moderados de sustitución, como en la muestra S2, mejoraron la estructura de poros y la hidratación, lo que resultó en una resistencia mejorada en edad temprana. Por el contrario, niveles más altos de reemplazo de WPB causaron una disminución notable en la resistencia tanto a los 3 como a los 7 días. La resistencia a la compresión de todas las mezclas siguió una tendencia creciente con el tiempo. Las muestras de control exhibieron la resistencia más alta en edad temprana y tardía. Con niveles más bajos de reemplazo de WPB (hasta 15%), tanto la resistencia temprana como la de largo plazo se mantuvieron relativamente altas, lo que indica una buena compatibilidad entre el material plástico y el cemento. Las ganancias de resistencia de 7 a 28 días variaron de 57 a 80%, lo que confirma aún más un proceso de hidratación efectivo. En el primer diseño de mezcla, las diferencias de resistencia entre las muestras fueron modestas. S1 y S2 variaron entre 4 y 6%, mientras que S3 mostró un aumento de 2.5%. De 28 a 60 días, las ganancias de resistencia fueron menores, con S4–S9 exhibiendo aumentos entre 1.5 y 2.8%. Un desarrollo de resistencia más pronunciado ocurrió de 60 a 90 días. En la primera mezcla, S1 aumentó un 7,8 %, S2 un 11,3 % (el mayor) y S3 un 4,9 %. En la segunda mezcla, S4, S5 y S8 registraron aumentos del 2,5 %, 2 % y 4 %, respectivamente, mientras que S6 mostró un aumento del 4 %, S7 el mayor con un 9,3 % y S9 el menor con un 3,1 %, como se ilustra en las figuras 3 y 4 .

Estos resultados indican que el concreto con un contenido moderado de WPB puede mejorar la capacidad de carga al rellenar los poros y mejorar la matriz del concreto. Sin embargo, el reemplazo excesivo condujo a una resistencia reducida debido a una densificación insuficiente de la matriz y a una integridad estructural comprometida. De acuerdo con las directrices estándar, los materiales puzolánicos deben alcanzar un Índice de Actividad de Resistencia de al menos el 75%. En este estudio, solo la muestra S2 cumplió con este requisito, mientras que otras se quedaron cortas. Dado el objetivo de promover prácticas sostenibles al minimizar el desperdicio, un nivel de reemplazo del 20% se consideró óptimo para ambos diseños de mezcla representados por S2 y S7. En consecuencia, los análisis SEM y XRD se realizaron exclusivamente en estas dos muestras. Para la comparación, la muestra de control (S0) mostró un aumento de resistencia del 2,4% a los 28 días y del 3,09% a los 90 días.

Ensayo de martillo de rebote sobre hormigón

En este estudio se emplearon ensayos no destructivos (END) para evaluar el rendimiento del hormigón WPB, verificar los resultados y garantizar su aplicabilidad tanto en condiciones de laboratorio como de campo. A diferencia de la arena natural, los WPB difieren en geometría y densidad, lo que puede causar segregación o vacíos en la matriz del hormigón. Los END permitieron detectar defectos internos como panalización, mala compactación y grietas ocultas que no son visibles externamente, pero que influyen críticamente en la resistencia y la durabilidad. Después de 90 días de curado, se evaluaron cubos de hormigón con el martillo de rebote Schmidt para estimar de forma no destructiva la resistencia a la compresión y correlacionar los resultados con ensayos destructivos convencionales. Antes de la prueba, se calibró el martillo y se alisaron las superficies de hormigón para asegurar lecturas consistentes. El émbolo se ajustó inicialmente a cero con una ligera presión, luego se posicionó perpendicular a la superficie del hormigón. Se aplicó presión gradual hasta que el martillo impactó, bloqueando el émbolo para la medición. Para mantener la estabilidad y minimizar el movimiento, cada muestra se colocó de forma segura en una máquina de pruebas universal (UTM), como se muestra en la Fig. 5 .

Cada cubo se marcó en seis ubicaciones y se tomaron lecturas de rebote de estos puntos para calcular un valor promedio. Los valores de rebote registrados variaron de un mínimo de 22 MPa a un máximo de 38 MPa. Estos valores se correlacionaron estrechamente con los obtenidos de las pruebas de resistencia a la compresión convencionales. Como se muestra en las Figs. 6 , 7 y 8 , los resultados del martillo de rebote reflejaron las mismas tendencias de resistencia crecientes y decrecientes observadas en ambos diseños de mezcla. Aunque se observaron discrepancias menores en algunas muestras, las desviaciones se mantuvieron dentro de límites aceptables, lo que confirma la confiabilidad del martillo de rebote como una herramienta de evaluación no destructiva. La precisión del martillo de rebote para predecir la resistencia real del hormigón también ha sido cuestionada por otros autores, lo que sugiere que puede no proporcionar estimaciones confiables de la resistencia verdadera ^60. Si bien la prueba puede no arrojar valores de resistencia absoluta precisos, su efectividad para capturar las tendencias generales de resistencia resultó valiosa para identificar el nivel óptimo de sustitución de WPB.

Prueba de absorción de agua

La absorción de agua en el hormigón es relativamente fácil de medir, pero es difícil de estandarizar en diferentes estudios debido a las variaciones en las condiciones de laboratorio. Varios factores influyen en la absorción de agua, incluyendo la homogeneización de la matriz, la relación agua-cemento, la hidratación del cemento, el tipo de cemento y la presencia de aditivos minerales. La microestructura de la pasta de cemento, en particular la porosidad capilar y la distribución del tamaño de poro, desempeña un papel crucial en la determinación de los niveles de absorción. Lograr una baja porosidad y una microestructura densa requiere una compactación adecuada, un curado adecuado y la incorporación de aditivos puzolánicos. El hormigón de alta calidad suele exhibir una absorción de agua entre el 4 y el 6%, con valores inferiores al 5% considerados ideales. En este estudio, el primer diseño de mezcla (incorporación de WPB) resultó en un aumento gradual en la absorción de agua en comparación con las muestras de control. La absorción de agua aumentó un 13,48% de S0 a S1, un 25,00% de S1 a S2 y un 16,50% de S2 a S3. Por el contrario, en el segundo diseño de mezcla, donde la arena se reemplazó parcialmente con WPBS, la absorción de agua mostró una tendencia decreciente. Disminuyó un 7,69 % de S4 a S5, un 4,17 % de S5 a S6, un 13,04 % de S6 a S7, un 8,00 % de S7 a S8 y un 3,26 % de S8 a S9, como se ilustra en las figuras 9 y 10 .

Estas variaciones sugieren que factores externos o inconsistencias sistemáticas podrían haber influido en los resultados. Las diferencias en la absorción de agua probablemente se atribuyan a una distribución inadecuada del tamaño de poro, la composición de las fases de la matriz de cemento y la naturaleza hidrofóbica del plástico. Una baja tasa de absorción de agua no implica intrínsecamente una mayor resistencia a las heladas en el hormigón, ni una alta tasa de absorción denota inequívocamente una baja resistencia a las heladas. No obstante, los investigadores suelen recomendar materiales con tasas de absorción más bajas para mejorar los márgenes de seguridad en el diseño estructural ⁶¹ .

Análisis SEM y XRD

SEM y XRD son métodos bien establecidos para investigar las características microestructurales del hormigón endurecido. SEM permite la visualización de las estructuras de poros, la propagación de grietas y los patrones morfológicos, mientras que XRD identifica y cuantifica las fases cristalinas, lo que permite el seguimiento de las reacciones de hidratación. En este estudio, estas técnicas se aplicaron para evaluar la influencia del blíster farmacéutico de desecho en la densificación de la matriz y el desarrollo de productos de hidratación. Aunque no son las herramientas principales para caracterizar el hormigón WPB, se utilizaron para proporcionar información comparativa sobre las modificaciones microestructurales. Para una evaluación detallada, solo se consideraron mezclas seleccionadas debido a restricciones prácticas. SEM se realizó en tres muestras: S0 (0% WPB, control), S2 (20% WPB, mezcla óptima) y S7 (20% WPB), como se ilustra en la Fig. 11. El análisis XRD complementario se realizó solo en la muestra S2 para confirmar la identificación de la fase (Fig. 12 ). Las observaciones combinadas de SEM-XRD indicaron que la muestra S2 contenía cristales hexagonales distintivos en forma de placa atribuidos a la portlandita (CH). Esto fue corroborado por reflexiones claras de XRD a aproximadamente 18,0° y 34,1° (2θ). Además, se observaron capas fibrosas, similares a láminas, correspondientes al gel de silicato de calcio hidratado (C-S-H), que unían los vacíos y las partículas circundantes. Estas características morfológicas fueron consistentes con la amplia joroba amorfa en el rango de 20–35° (2θ) del espectro de XRD. En comparación con el control (S0), tanto S2 como S7 demostraron una matriz más densa y compacta con menos poros grandes y mayores cantidades de gel C-S-H, lo que resalta el efecto de refinamiento de la incorporación de WPB. Sin embargo, la naturaleza hidrofóbica del WPB puede dificultar su adhesión con la matriz de cemento, afectando potencialmente la zona de transición interfacial (ITZ). Se han reportado respuestas microestructurales similares en estudios que utilizan rellenos poliméricos o plásticos en compuestos a base de cemento ^{57 , 62 , 63} . Por lo tanto, la interpretación de la Fig. 11 no se basó únicamente en imágenes SEM sino que fue apoyada además por confirmación XRD (Fig. 12 ). Dada la naturaleza compleja de la microestructura del concreto, SEM y XRD por sí solos no pueden describir completamente el desempeño del concreto WPB. Las investigaciones futuras pueden beneficiarse de la incorporación de técnicas avanzadas como la espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (EDX) y la fluorescencia de rayos X (XRF) para proporcionar conocimientos más completos, particularmente en la identificación de microfisuras y la caracterización de regiones ITZ más débiles.

Perspectiva ambiental y de ingeniería sobre las WPB

El reciclaje de blísteres farmacéuticos de desecho (BFD) es un reto complejo, especialmente a pequeña escala, debido a las dificultades para recolectar, clasificar y separar los componentes peligrosos. Si bien los sistemas de reciclaje a gran escala son más viables, solo unos pocos países han desarrollado dicha infraestructura. Como resultado, la mayoría de los BFD se eliminan mediante la gestión de residuos municipales, principalmente mediante incineración. Este proceso perjudica significativamente el medio ambiente, ya que la quema de materiales como el cloruro de polivinilo (PVC), el policlorotrifluoroetileno y las olefinas libera emisiones tóxicas, como monóxido de carbono, dioxinas y furanos clorados, que contribuyen al calentamiento global y al cambio climático. Desde una perspectiva de ingeniería, la corrosión del acero de refuerzo sigue siendo una de las principales causas del deterioro del hormigón, acortando su vida útil y, en casos graves, provocando fallos estructurales. Los BFD, que contienen plásticos duraderos, ofrecen un posible material de refuerzo alternativo con una resistencia inherente a la corrosión. En forma de fibra, los BFD son más ligeros y seguros de manipular que el acero tradicional, a la vez que mejoran potencialmente su durabilidad a largo plazo. La integración de WPB en el hormigón aborda dos preocupaciones apremiantes: la gestión sostenible de los residuos plásticos farmacéuticos y la promoción de una economía circular. Esta estrategia es especialmente valiosa para estructuras donde una capacidad de carga moderada es suficiente, pero la durabilidad, la vida útil y la sostenibilidad son fundamentales, como en las instalaciones farmacéuticas y otros entornos sensibles a la seguridad.

Sin embargo, si bien los beneficios ambientales y estructurales del uso de WPB son prometedores, su viabilidad aún no se ha comprobado mediante análisis del ciclo de vida (ACV) ni estudios económicos exhaustivos. Por lo tanto, las investigaciones futuras deberían incluir ACV y análisis coste-beneficio para evaluar el impacto ambiental, la viabilidad financiera y la escalabilidad de las soluciones de construcción basadas en WPB.

Conclusión

El uso de blísteres de residuos farmacéuticos (WPB) como material de reemplazo parcial en el hormigón ha mostrado resultados alentadores. Reemplazos de hasta un 20% mantienen una trabajabilidad aceptable, alcanzan entre el 92% y el 95% de la resistencia a la compresión de las mezclas de control y mejoran la sostenibilidad al reducir el consumo de arena natural, a la vez que se desvían los plásticos no biodegradables de los vertederos y la incineración. Este hormigón a base de WPB es especialmente adecuado para aplicaciones no estructurales o de resistencia baja a moderada, como subbases de pavimentos, medianas de carreteras e infraestructuras similares, donde se prioriza la durabilidad a largo plazo sobre la alta resistencia. Este estudio examina el uso de WPB como refuerzo de fibra y como sustituto parcial de la arena para la producción sostenible de hormigón. Se procesaron blísteres farmacéuticos crudos con recubrimientos de aluminio y se incorporaron a mezclas al 10%, 20% y 30% en volumen. Además, se reemplazó parcialmente la arena con WPB al 5%, 10% y 15% utilizando el método de volumen absoluto. El objetivo era reducir las emisiones de CO₂ y mitigar los desafíos ambientales de la disposición de WPB. Se realizaron pruebas de resistencia a la compresión para determinar los niveles óptimos de reemplazo, con el apoyo de evaluaciones complementarias como la absorción de agua, ensayos no destructivos y análisis microestructurales.

Hallazgos clave

• Las mezclas 20% WPB (S2 y S7) ofrecieron el mejor equilibrio entre resistencia y sostenibilidad.
• Las mezclas óptimas (S2 y S7) alcanzaron entre el 92 y el 95 % de la resistencia de control (S0), lo que confirma una capacidad estructural adecuada y destaca su potencial como alternativa de hormigón sostenible.
• Los resultados del martillo de rebote Schmidt coincidieron estrechamente con los valores de resistencia a la compresión destructiva a los 90 días, lo que valida la confiabilidad de ambos métodos.
• La absorción de agua aumentó significativamente en el primer conjunto de mezclas (13,48–25,00%), mientras que el segundo conjunto donde la arena fue reemplazada parcialmente por WPB mostró valores de absorción más bajos (3,26–13,04%), lo que demuestra la efectividad de la sustitución de WPB.
• Los análisis SEM y XRD de la mezcla óptima después de 90 días de curado revelaron microestructuras bien desarrolladas, lo que confirma una hidratación adecuada y una fuerte unión interfacial entre las fibras de WPB y la matriz cementosa.

Alcance del trabajo futuro y limitaciones

Los estudios futuros pueden enfocarse en evaluar el comportamiento del concreto que contiene WPB cuando se somete a condiciones de exposición agresivas que influyen significativamente en la durabilidad. La influencia del WPB en el desempeño del concreto bajo temperaturas elevadas también justifica una mayor investigación. Además, explorar el comportamiento de la resistencia a la flexión proporcionará una comprensión más amplia de su aplicabilidad estructural. Para una evaluación microestructural más profunda, se pueden emplear técnicas avanzadas como la espectroscopia de rayos X por dispersión de energía (EDX) y la fluorescencia de rayos X (XRF). Estas herramientas pueden ayudar a identificar la presencia de microfisuras y a caracterizar las regiones más débiles de la zona de transición interfacial (ITZ), ofreciendo así información más detallada sobre el desempeño del material. Además, incorporar tamaños de muestra más grandes y diseños experimentales factoriales con ANOVA ayudará a cuantificar la significancia estadística de los factores influyentes .

Disponibilidad de datos

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el presente estudio están disponibles a pedido razonable del autor correspondiente.

Abreviaturas

WPB:

Blísteres farmacéuticos de desechoCPCB:

Junta Central de Control de la ContaminaciónEND:

Pruebas no destructivasdifracción de rayos X:

difracción de rayos XMicroscopia electrónica de barrido:

Microscopía electrónica de barridoCO2 :_​

Dióxido de carbonoOPC:

Cemento Portland ordinarioCSH:

Silicato de calcio hidratadoCH:

hidróxido de calcioWC:

Relación agua-cementoUTM:

Máquina de pruebas universalCLORURO DE POLIVINILO:

cloruro de poliviniloPCA:

Potencial de calentamiento globalTasa de crecimiento anual compuesta (TCAC):

Tasa de crecimiento anual compuestaPCA:

Potencial de calentamiento global