Gonzalez-Sanchez, J.F. (Jesús Fidel)

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    Active photocatalytic-superhydrophobic coating with TiO2-ZnO nano-heterostructures for lime mortars
    (RILEM Publications S.a.r.l., 2019-07-16) Alvarez-Galindo, J.I. (José Ignacio); Navarro-Blasco, I. (Iñigo); Speziale, A. (Alessandro); Gonzalez-Sanchez, J.F. (Jesús Fidel); Fernandez-Alvarez, J.M. (José María)
    Active coatings to be applied onto hardened surfaces of lime rendering and masonry mortars and stones of the Built Heritage were developed. Nano-heterostructures of TiO2/ZnO (50:50 and 10:90) were obtained by Flame Spray Pyrolysis as photocatalytic agents with expanded sensitivity towards solar light, instead of the restricted UV dependence of the pure TiO2 or ZnO. A superhydrophobic medium was simultaneously prepared and photocatalytic nanoparticles were added to obtain the coatings. The active products were expected to prevent the water absorption of the substrates and the subsequent degradation effects as well as to allow the stones and mortars to act as self-cleaning materials, reducing the dirt deposition and the biological colonization. Dispersions were applied onto the surface of lime mortars and siliceous stone. Measurements of the photocatalytic oxidation activity of the coatings were carried out by means of the NO degradation, showing a very good efficiency of the nanoparticles even at long term tests (values of NO oxidation of ca. 35%). Water contact angle assessment evidenced a strong hydrophobization of the treated surfaces, with WCA values higher than 140⁰. The results proved the synergistic effect of these coatings with respect to the durability of the treated substrates, giving rise to a promising way of preventive conservation for building materials of the Cultural Heritage.
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    Hydrophobized lime grouts prepared with microsilica and superplasticizers
    (RILEM Publications S.a.r.l., 2019-07-16) Sirera-Bejarano, R. (Rafael); Alvarez-Galindo, J.I. (José Ignacio); Duran-Benito, A. (Adrian); Navarro-Blasco, I. (Iñigo); Gonzalez-Sanchez, J.F. (Jesús Fidel); Fernandez-Alvarez, J.M. (José María)
    This work reports the obtaining of lime-based grouts as repairing materials. Microsilica was added as pozzolanic additive to enhance the compressive strength of the hardened grouts. Sodium oleate, as water repellent admixture, and different superplasticizers (SPs) were also incorporated to reduce the water absorption and to enhance the injectability of the grouts. Polycarboxylate ether (PCE), polynaphthalene sulfonate (PNS), melamine sulfonate (MMS) and polyacrylic acid (PA) were tested as SPs. Regarding the fluidity of the grouts, PCE was seen to improve the injectability, followed by PNS, MMS and PA. However, PCE addition was also accompanied by a severe delay in the setting time. The other three superplasticizers did not provoke significant delays in the hardening of the samples. The water contact angle underwent an increase pointing to an effective hydrophobization of the surface as a consequence of the water repellent admixture. The combination with PCE was the most effective in keeping the water repellency in comparison with the control sample (lime grout + oleate). MMS yielded high compressive strengths and durability of the mortars, in the face of freezing-thawing cycles, was enhanced.
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    Combination of polymeric superplasticizers, water repellents and pozzolanic agents to improve air lime-based grouts for historic masonry repair
    (MDPI AG, 2020-04-11) Alvarez-Galindo, J.I. (José Ignacio); Navarro-Blasco, I. (Iñigo); Tasci, B. (Burcu); Gonzalez-Sanchez, J.F. (Jesús Fidel); Fernandez-Alvarez, J.M. (José María)
    This paper presents the experimental procedure to develop air lime-based injection grouts including polymeric superplasticizers, a water repellent agent and pozzolanic agents as additives. Research focuses on the development of grouts to improve various characteristics simultaneously combining different additions and admixtures. Aiming to improve the injectability of the grouts, in this study different polymeric superplasticizers were added, namely polycarboxylated-ether derivative (PCE), polynaphthalene sulfonate (PNS) and condensate of melamine-formaldehyde sulfonate (SMFC). Sodium oleate was also used as a water repellent agent to reduce the water absorption. The enhancement of the strength and setting time was intended by using microsilica and metakaolin as pozzolanic mineral additions. Compatibility between the different admixtures and action mechanism of the different polymers were studied by means of zeta potential and adsorption isotherms measurements. Diverse grout mixtures were produced and investigated assessing their injectability, fluidity, stability, compressive strength, hydrophobicity and durability. This research leads to several suitable mixtures produced by using more than one component to enhance efficiency and to provide better performance of grouts. According to the results, the grout composed of air lime, metakaolin, sodium oleate and PCE was found the most effective composition improving the mechanical strength, injectability and hydrophobicity.
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    Development of multifunctional coatings for protecting stones and lime mortars of the Architectural Heritage
    (Taylor & Francis, 2020-03-04) Sanchez, L. (Luis); Alvarez-Galindo, J.I. (José Ignacio); Pastor, A. (Adrián); Salaza, C. (Cristina); Navarro-Blasco, I. (Iñigo); Oroz-Mateo, T. (Tania); Fernandez-Acevedo, C. (Claudio); Speziale, A. (Alessandro); Tasci, B. (Burcu); Gonzalez-Sanchez, J.F. (Jesús Fidel); Fernandez-Alvarez, J.M. (José María)
    Unique multifunctional coatings, comprising a 3D superhydrophobic agent and two nanostructured photocatalysts (solar-light sensitive 50/50 and 10/90 TiO2-ZnO nano-heterostructures), compatible with the inorganic substrates of the Built Heritage, have been designed. The synthesized nanoparticles showed an enhanced photocatalytic activity (tested by NO degradation) as compared with the raw TiO2 and ZnO materials. Dispersing agents were used to optimize the coatings, avoiding agglomeration of the photocatalytic nanoparticles and increasing the stability of the suspensions. Four distinct dispersions were optimized and applied as coatings onto stony materials used in the Built Heritage, such as sandstone, lime mortar, granite and limestone. Their effectiveness was assessed by assessing hydrophobicity of the surfaces (static water contact angle), photocatalytic activity and self-cleaning as well as water vapour permeability of the treated specimens. These transparent coatings demonstrated high compatibility with the construction materials of the Architectural Heritage and showed a synergistic effect rendering a minimized water absorption, self-cleaning ability evidenced by the reduced adsorption of soiling deposits and a reasonable degradation of any trace that might be adsorbed, as well as a protecting hydrophobic environment for the photocatalyst.
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    Solidification/Stabilization of hazardous wastes from the mine "La Prieta" in Hidalgo del Parral, Chihuahua, México
    (Universidad de Navarra, 2017-04-06) Alvarez-Galindo, J.I. (José Ignacio); Navarro-Blasco, I. (Iñigo); Gonzalez-Sanchez, J.F. (Jesús Fidel); Fernandez-Alvarez, J.M. (José María)
    The mining industry of Mexico is one of the oldest and most useful activity for the Mexican economy, however it has a high environment impact from the subsoil to the atmosphere. It generates a large amount of solid, liquid and gaseous wastes. The most impacted mining wastes are tailings due to the high content of toxic components. One of the most widespread alternatives for handling toxic metal is the blocking in a manageable solid system which allows the proper solidification/stabilization (S/S) of hazardous components and its subsequent safe disposal. Ordinary Portland Cement (OPC) has been widely studied to retain potentially toxic heavy metals, but the use of other alternative binders is receiving growing attention. For instance, the use of Calcium Aluminate Cement (CAC) to safely encapsulate hazardous materials has proved to be highly effective. In this study both binding matrices, OPC and CAC, were assayed to encapsulate loaded naturally toxic metal mining tailings with the aim to obtain a waste-containing solid block with improved management and successfully disposal. A semi-dynamic Tank Test (EA NEN 7375, 2004) was applied in elucidating leaching mechanisms and to evaluate the supporting evidence in solidify/stabilize of these hazardous wastes in this type of cement-based matrices.
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    Morteros de relleno para restauración de patrimonio cultural, con base cal con adición puzolánica y diversos aditivos
    (2019-04-11) Alvarez-Galindo, J.I. (José Ignacio); Navarro-Blasco, I. (Iñigo); Gonzalez-Sanchez, J.F. (Jesús Fidel); Fernandez-Alvarez, J.M. (José María)
    Los morteros de relleno o inyección, especialmente destinados a reparación de cavidades y defectos de albañilería, deben fluir adecuadamente en estado fresco y combinar resistencia y durabilidad. Para conseguir algunas de estas características pueden utilizarse aditivos químicos: superplastificantes, para mejorar la fluidez; adiciones puzolánicas, para conseguir resistencias adecuadas en ambientes con limitado acceso de CO2 y una mejora de la durabilidad; e hidrofugantes, de manera que, sin perjudicar la permeabilidad de estos materiales al vapor de agua, se evite la penetración de agua por capilaridad mejorando la durabilidad. Sin embargo, en la mayor parte de los casos, toda la información disponible se circunscribe al efecto de un único aditivo, sin contemplar el posible efecto conjunto o incluso sinérgico de las combinaciones más interesantes de dos o más aditivos y/o adiciones puzolánicas. El estudio de las sinergias entre estos componentes ofrece posibilidades muy interesantes de avance científico-técnico. Precisamente este es el objetivo del trabajo: diseño de nuevos morteros de inyección de cal que puedan ser utilizados para la restauración del Patrimonio Edificado mediante combinación adecuada de aditivos superplastificantes (éteres de policarboxilato, condensados de naftaleno-formaldehído, sulfonato de melamina y ácido poliacrílico), hidrofugante (oleato sódico) y adiciones minerales puzolánicas (microsílice y metacaolín).
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    Improvement of the depolluting and self-cleaning abilities of air lime mortars with dispersing admixtures
    (Elsevier, 2021-01-19) Alvarez-Galindo, J.I. (José Ignacio); Navarro-Blasco, I. (Iñigo); Tasci, B. (Burcu); Gonzalez-Sanchez, J.F. (Jesús Fidel); Fernandez-Alvarez, J.M. (José María)
    The aim of this study is to develop new air lime mortars with enhanced photocatalytic depolluting and self-cleaning abilities. Nanosilica, as pozzolanic mineral admixture, was used to improve the strength of mortars, whereas nanotitania (TiO2) was added to impart photocatalytic properties. At the same time, five different dispersing admixtures –superplasticizers– were added in bulk to the mortars to enhance the photocatalytic activity by reducing the rate of charge carrier recombination. Four polycarboxylate-based derivatives and a polynaphthalene sulfonate were tested aiming to achieve an efficient charge separation. In order to increase the lasting of the mortars subjected to water movements, sodium oleate was also added as a water repellent agent. Since the photoinduced hydrophilicity, responsible for the self-cleaning effect, might be affected by the water repellent, the compatibility between this admixture and the photocatalytic performance of the nanotitania was also investigated. Results showed that photocatalytic activity was improved due to the action of the superplasticizers as indicated by an average 33% increase of NO degradation, which is significant to the depolluting activity of these mortars. Furthermore, these mortars also showed a greatly reduced release of intermediate toxic compounds, mainly NO2: the selectivity factor (NOx/NO) reached values up to 87%. The self-cleaning ability, studied through dye degradation, of the mortars with SPs was also enhanced around 1.2 times. Three of the polycarboxylate-based superplasticizers enhanced the photosensitization of the dye under visible light irradiation, resulting in faster decolouring kinetics. In connection with the self-cleaning performance, these same SPs preserved the photoinduced hydrophilicity of the lime mortars, reaching good wettability of the surface of the mortars (water contact angles of ca. 10º), even in the presence of the sodium oleate, proving the compatible characteristics of the admixtures and allowing obtaining a new range of actively depolluting lime mortars.
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    Estudio del comportamiento en estado endurecido de morteros de cal aérea con metacaolín y superplastificantes
    (Grupo de Investigación MIMED. Servicio de Publicaciones de la Unviersidad de Navarra, 2018-05-15) Sirera-Bejarano, R. (Rafael); Alvarez-Galindo, J.I. (José Ignacio); Duran-Benito, A. (Adrian); Navarro-Blasco, I. (Iñigo); Gonzalez-Sanchez, J.F. (Jesús Fidel); Fernandez-Alvarez, J.M. (José María)
    El presente trabajo tiene como principal objetivo estudiar las interacciones que se producen cuando se adicionan separadamente dos superplastificantes (PNS –sulfonato de polinaftaleno- y LS –lignosulfonato-) a un conglomerante aéreo (cal aérea Cl 90-S) y a uno hidráulico formado por cal aérea a la que se le ha añadido metacaolín como material puzolánico, y los efectos que dichas adiciones tienen en las propiedades de los sistemas. Para la fabricación de los morteros, se empleó árido calcáreo. Adicionalmente, se efectuaron ensayos de durabilidad en morteros con la composición citada, sometiéndolos a ciclos de hielo-deshielo y a ataque con sulfatos. Aunque se realizaron algunas medidas con las pastas en estado fresco, la mayoría de los experimentos (resistencia a compresión y a flexión, TG-ATD, DRX, FTIR-ATR, porosimetría de intrusión de mercurio) se realizaron tras períodos de fraguado del mortero de 7, 28, 91, 182 y 365 días. Se detectaron fases silicatadas y silicoaluminatadas en los morteros estudiados, a pesar de que las experiencias se realizaron a temperatura ambiente y con un bajo porcentaje de material puzolánico (≤20 %). La presencia de LS impidió el proceso de carbonatación, lo que a su vez provocó un decrecimiento en los valores de resistencia mecánica cuando se trataba de morteros hidráulicos. Se observó asimismo una mayor porosidad y un mayor tamaño medio de poro en el caso de sistemas con LS. La durabilidad (ciclos hielo-deshielo) de los morteros mejoró notable tras la incorporación de metacaolín y empeoró tras la adición de LS (morteros hidráulicos). Los resultados del actual sistema fueron comparados con aquellos obtenidos en otro sistema en el que se empleó nanosílice como agente puzolánico.
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    Morteros de relleno con base cal con adición puzolánica y diversos aditivos
    (2018-05-21) Sirera-Bejarano, R. (Rafael); Alvarez-Galindo, J.I. (José Ignacio); Duran-Benito, A. (Adrian); Navarro-Blasco, I. (Iñigo); Gonzalez-Sanchez, J.F. (Jesús Fidel); Fernandez-Alvarez, J.M. (José María)
    Los morteros de relleno o inyección, especialmente destinados a reparación de cavidades y defectos de albañilería, deben fluir adecuadamente en estado fresco y combinar resistencia y durabilidad. Para conseguir algunas de estas características pueden utilizarse aditivos químicos: superplastificantes, para mejorar la fluidez; adiciones puzolánicas, para conseguir resistencias adecuadas en ambientes con limitado acceso de CO2 y una mejora de la durabilidad; e hidrofugantes, de manera que, sin perjudicar la permeabilidad de estos materiales al vapor de agua, se evite la penetración de agua por capilaridad mejorando la durabilidad. Sin embargo, en la mayor parte de los casos, toda la información disponible se circunscribe al efecto de un único aditivo, sin contemplar el posible efecto conjunto o incluso sinérgico de las combinaciones más interesantes de dos o más aditivos y/o adiciones puzolánicas. El estudio de las sinergias entre estos componentes ofrece posibilidades muy interesantes de avance científico-técnico. Precisamente este es el objetivo del trabajo: diseño de nuevos morteros de inyección de cal que puedan ser utilizados para la restauración del Patrimonio Edificado mediante combinación adecuada de aditivos superplastificantes (éteres de policarboxilato, condensados de naftaleno-formaldehído, sulfonato de melamina y ácido poliacrílico), hidrofugante (oleato sódico) y adiciones minerales puzolánicas (microsílice y metacaolín).
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    Desarrollo de nuevos morteros de restauración de cal con aditivos
    (Universidad de Navarra, 2021-06-24) Gonzalez-Sanchez, J.F. (Jesús Fidel); Alvarez-Galindo, J.I. (José Ignacio); Navarro-Blasco, I. (Iñigo)
    El objetivo principal de este trabajo ha sido optimizar morteros de cal aérea mediante la incorporación combinada de diferentes aditivos para obtener tres gamas de morteros cal aérea para la restauración de obras arquitectónicas del Patrimonio Cultural. Entre los aditivos combinados están: materiales puzolánicos (nanosílice, microsílice o metacaolín), superplastificantes (investigando diversos tipos como éteres de policarboxilato, lignosulfonatos, condensados de naftaleno formaldehído y de sulfonato de melamina formaldehído), hidrofugante (oleato sódico), fotocatalizador en la masa (TiO2), aditivo incrementador de la adherencia (copolímero de etileno vinil acetato) y modificador de la reología (almidón). En la primera gama se desarrollaron morteros de cal de inyección (grouts) combinando puzolana, superplastificante e hidrofugante. Se estudiaron cinco superplastificantes poliméricos: lignosulfonato, éter de policarboxilato, sulfonato de naftaleno y condensado de melamina formaldehído sulfonato. Se añadió oleato de sodio para reducir la absorción de agua y se usaron como minerales puzolánicos microsílice y metacaolín para la mejora de la resistencia y el tiempo de fraguado. Se estudió la compatibilidad entre las diferentes mezclas y el mecanismo de acción de los diferentes polímeros mediante medidas de potencial zeta e isotermas de adsorción. Se prepararon e investigaron diversas mezclas de grouts evaluando su inyectabilidad, fluidez,resistencia a la compresión, hidrofobicidad y durabilidad. Posteriormente se estudió una gama de morteros de cal con capacidades fotocatalíticas, de descontaminación del entorno atmosférico y de autolimpieza. Se empleó la nanosílice, como aditivo puzolánico para mejorar la resistencia de los morteros, y se añadió nanotitania (TiO2) para proporcionar a las mezclas propiedades fotocatalíticas. Se estudió el efecto de cinco aditivos dispersantes (superplastificantes) diferentes para mejorar la actividad fotocatalítica, asumiendo su función dispersante de las partículas de nanotitania, reduciendo la velocidad de recombinación hueco positivo electrón. Se incluyó también oleato de sodio, como en la primera gama, como agente repelente de agua con el fin de aumentar la durabilidad de los morteros. Dado que la hidrofilicidad fotoinducida, responsable del efecto de autolimpieza, podría verse afectada por el hidrofugante, se investigó la compatibilidad entre este aditivo y el TiO2. Los resultados mostraron que la actividad fotocatalítica mejoró debido a la acción de los superplastificantes (un aumento promedio del 33% de la degradación del NO), significativo para la actividad descontaminante de estos morteros. Además, estos morteros también mostraron una liberación muy reducida de compuestos intermedios tóxicos, principalmente NO2: el factor de selectividad (NOx/NO) alcanzó valores de hasta el 87%. La capacidad de autolimpieza de los morteros, estudiada a través de la degradación del colorante rodamina B, se incrementó al utilizar a los superplastificantes. En relación con la capacidad de autolimpieza, y a pesar de la presencia de oleato, las mezclas con superplastificante conservaron e incluso elevaron la hidrofilicidad fotoinducida de los morteros de cal, alcanzando una buena humectabilidad de la superficie de los morteros, demostrando compatibilidad de los aditivos. Por último, se usaron diferentes aditivos para el desarrollo de una gama de morteros de cal de revoque con mejor adherencia y durabilidad, así como con reducida fisuración. Para ello, se ensayaron combinaciones de un mejorador de la adherencia (copolímero de etileno acetato de vinvinilo, EVA), un hidrofugante, un incrementador de la viscosidad (un derivado del almidón) y una adición puzolánica de nanosílice o metacaolín. Las mezclas resultantes se aplicaron en forma de monocapa de 15 mm de espesor sobre cuatro sustratos diferentes (arenisca, caliza, granito y ladrillo) para evaluar su desempeño.