Biopolymer-Waste Fiber Reinforcement for Earthen Materials: Capillary, Mechanical, Impact, and Abrasion Performance

Abstract

The poultry industry, highly prevalent worldwide, generates approximately 7.7 × 106 metric tons of chicken feathers (CFs), which become a major environmental challenge due to their disposal when considered waste or due to their energy transformation consumption when considered by-products. CFs are mainly composed of keratin (approximately 90%), which is one of the most important biopolymers whose inherent characteristics make CFs suitable as biopolymer fibers (BPFs). This paper first assesses the morphological and chemical characteristics of these BPFs, through scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy, and then evaluates the waste valorization of these BPFs as a sustainable alternative for fiber-reinforcement of earthen mixes intended for earthen construction, such as adobe masonry, rammed earth, and earthen plasters. In particular, four earthen mixes with increasing doses of BPFs (i.e., 0%, 0.25%, 0.5%, and 1% of BPFs by weight of soil) were developed to evaluate the impact of BPF-reinforcement on the capillary, mechanical, impact, and abrasion performance of these earthen mixes. The addition of BPFs did not significantly affect the mechanical performance of earthen mixes, and their incorporation had a statistically significant positive effect on the impact performance and abrasion resistance of earthen mixes as the BPF dose increased. On the other hand, the addition of BPFs increased the capillary water absorption rate, possibly due to a detected increment in porosity, which might reduce the durability of water-exposed BPF-reinforced earthen mixes, but a statistically significant increment only occurred when the highest BPF dose was used (1%).

Elaboración de bloques tradicionales incorporando material reciclado para la mejora del acondicionamiento térmico y acústico en viviendas rurales de Ecuador

“…La industria ha desarrollado con el tiempo polímeros con grandes cualidades tanto físicas como mecánicas, pero se ha evidenciado que estos generan una gran cantidad de residuos de baja degradabilidad. Existen investigaciones [5] con este material reforzado con fibra de vidrio, materiales denominados Glass-Fiber Reinforced Plastic (GFRP) y Poliester Reforzado de Fibra de Vidrio (PRFV), dentro de la producción de adobe.…”

“…En la investigación de H. Gonzalez-Calderon et al [5] se procesó, trituró y seleccionó el residuo GFRP. Se utilizó una trituradora con un motor trifásico de 7.5 hp.…”

“…El proceso de trituración de los residuos de PRFV generó dos sub-productos (Figura 2.1): "lana" (formada por una alta rotación de molienda, aglomerando las fibras de vidrio de menor diámetro, posiblemente mediante el uso de fibra de vidrio en una manta de hilos cortados) y las fibras de vidrio rotas envueltas con las resinas. El residuo de "lana" se separó para futuras investigaciones y solo se utilizó el residuo con el mayor volumen de fibras de vidrio [5].…”

“…Figura 2.1 Procesamiento de los residuos PRFV, Fuente: "Biopolymer-waste fiber reinforcement for earthen materials: Capillary, mechanical, impact, and abrasion performance," 2020 [5] Para analizar la masa realizaron distintas pruebas como microestructura, densidad a granel, retracción, absorción del agua, absorción por capilaridad, análisis térmico, resistencia a compresión, tenacidad y análisis estadístico. Mediante estas pruebas se obtuvieron resultados demostrando que es posible mejorar las propiedades físicas, mecánicas y térmicas del adobe utilizando residuos poliméricos reforzados con fibra de vidrio.…”

“…Figura 6 5. Temperaturas en las caras de la pared de bloques alivianados más 25% de aserrín y poliestireno, Fuente: Elaboración Propia Figura 6.6 Temperaturas en los ambientes de la pared de bloques alivianados más 25% de aserrín y poliestireno, Fuente: Elaboración Propia Figura 6.11 Comparativa de los ensayos térmicos de paredes de adobe con adición de aserrín y poliestireno, Fuente: Elaboración Propia Presión sonora bloque hormigón más 0% de aserrín y poliestireno, Fuente: Elaboración Propia Figura 6 13.…”