Utilización de residuos vítreos en la preparación de pastas y morteros de cenizas volantes activadas alcalinamente. Comportamiento reológico y mecánico

García Calle, Ruth (2016). Utilización de residuos vítreos en la preparación de pastas y morteros de cenizas volantes activadas alcalinamente. Comportamiento reológico y mecánico. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Utilización de residuos vítreos en la preparación de pastas y morteros de cenizas volantes activadas alcalinamente. Comportamiento reológico y mecánico
Autor/es:
  • García Calle, Ruth
Director/es:
  • García Santos, Ángel
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería Química
Fecha: 2016
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

¿Qué son los cementos alcalinos? ¿Qué ventajas presentan? ¿Qué son los activadores alternativos? Los cementos alcalinos son los conglomerantes resultantes de la interacción química entre disoluciones fuertemente alcalinas y silicoaluminatos, con bajos o altos contenidos en CaO, de origen natural como arcillas, o artificial como subproductos industriales. Los dos residuos o subproductos industriales más utilizados en activación alcalina son las escorias vítreas de horno alto (ricas en CaO) que dan como producto final un gel silicoaluminato cálcico hidratado (gel C-A-S-H) y las cenizas volantes de horno alto (pobres en CaO) cuyo producto resultante es un gel silicoaluminato alcalino hidratado de estructura tridimensional (gel N-A-S-H). En la preparación de estos cementos activados alcalinamente se utilizan diferentes condiciones dependiendo del silicoaluminato de partida: activadores con concentración de NaOH inferior a 3M y temperatura ambiente para las escorias vítreas de horno alto, mientras que las cenizas volantes requieren de concentraciones superiores a 6M y temperaturas de al menos 65ºC. Estos cementos activados alcalinamente surgen como posible alternativa al cemento Portland. El hormigón de cemento Portland presenta numerosas ventajas que justifican su extendido uso como son la amplia disponibilidad de materias primas, los buenos resultados durables y resistentes,… Sin embargo, la fabricación de cemento Portland conlleva la utilización de gran cantidad de recursos energéticos, eléctricos y térmicos, y el empleo de combustibles lo que supone un impacto ambiental que afecta en diferentes áreas: la explotación de canteras, la emisión de partículas y de gases de efecto invernadero. Con el desarrollo de estos cementos alcalinos se persigue el conseguir conglomerantes con prestaciones elevadas y buena durabilidad pero con el valor añadido de la eco-ficiencia que presentan. - Los silicoaluminatos de partida son subproductos industriales y por lo tanto se evita la explotación de canteras y se revalorizan residuos que están degradando el medio ambiente. - Se reduce el consumo energético, porque estos residuos no requieren de molienda previa, y además no se utilizan altas temperaturas para su fabricación, ni el empleo de combustibles. - Se producen menores emisiones de CO2 y de partículas al medio ambiente Sin embargo, los activadores alcalinos son económicamente y energéticamente costosos, en especial el silicato sódico o waterglass,que requiere de altas temperaturas, un gasto energético de tipo térmico y de combustibles, con las consecuentes emisiones de gases de efecto invernadero. Ante esta situación surge la necesidad de búsqueda de activadores alternativos que abaraten los costes y reduzcan el impacto medioambiental. La selección de los residuos vítreos como posible materia prima para la obtención de un activador alcalino alternativo se basa en su composición, con contenidos cercanos al 70% en SiO2. En la obtención de este nuevo activador se intenta solubilizar la mayor cantidad posible de esta sílice de modo que las características se asemejen a las del activador a sustituir, el silicato sódico. La viabilidad en la obtención de este activador alcalino alternativo se ha demostrado y ha sido utilizado en diversos estudios relacionados con la activación alcalina de sistemas basados en dos subproductos industriales, las escorias vítreas de alto horno y las cenizas volantes. Sin embargo, aún quedan lagunas de conocimiento en torno a la trabajabilidad de pastas y morteros de cementos alcalinos, en especial en sistemas de cenizas activadas alcalinamente, y el efecto de este activador alternativo basado en residuos vítreos en el comportamiento mecánico de sus correspondientes pastas y morteros. Por ello, en este Trabajo Fin de Grado se propuso como objetivo el profundizar en el comportamiento reológico y mecánico de las pastas y morteros de cementos alcalinos basados en cenizas volantes, utilizando residuos vítreos como activador alternativo. Para alcanzar este objetivo, se propuso el estudio del comportamiento reológico de pastas de cenizas volantes activadas alcalinamente en que se evaluase la influencia de la temperatura (25, 45, 65 y 85ᵒC), la naturaleza del activador (NaOH 8, 10M, 10M con sustitución parcial de waterglass y disolución de residuos vítreos) y la viabilidad de la disolución alternativa. Para ello, se realizaron ensayos de reológicos a una velocidad constante de 100 s-1, en ciclos de velocidad, calorimetrías de conducción isoterma y probetas de pastas para evaluar el desarrollo resistente en pastas de cenizas activadas alcalinamente. Con los resultados obtenidos en este conjunto de ensayos se determinó que tanto la temperatura como la naturaleza del activador son parámetros de los que depende la reacción de activación. - Con respecto a la temperatura, se requieren temperaturas superiores a 65ºC para obtener grados de reacción significativos. Sólo en esos casos se observan cambios en los esfuerzos de cizalla en los ensayos reológicos a velocidad constante y mayores calores totales desprendidos. - En lo referente al activador, los ensayos reológicos a velocidad constante mostraban mayores cambios cuando los activadores empleados presentaban silicio en su composición y, aún mayores al provenir éste de los residuos vítreos. La mayor formación de productos de reacción se comprueba con los ensayos de calorimetría de conducción isoterma donde las pastas activadas con la disolución de residuos vítreos mostraban un mayor calor total desprendido. Con estos resultados se consideró la posibilidad de que las reacciones de activación que tienen lugar en las pastas activadas con la disolución de residuos vítreos den lugar a productos con una mayor sustitución de iones silicato por iones aluminato en la estructura de los geles iniciales. Se realizaron además ensayos mecánicos en pastas y morteros de cenizas volantes activadas alcalinamente. En estos estudios se consideran como variables la temperatura, la naturaleza del activador y la relación líquido/sólido. De los estudios en pastas se concluye que tanto la temperatura como la naturaleza del activador son factores determinantes en el desarrollo mecánico. Una mayor temperatura de curado genera mayores resistencias en las pastas, independientemente del activador. Con respecto a la naturaleza del activador, los menores valores de resistencia se observa cuando se utiliza en la activación de las cenizas volantes la disolución de residuos vítreos. Estas menores resistencias están causadas, probablemente, por las mayores sustituciones de iones aluminato de los geles iniciales, lo que debilita las estructuras. En morteros, las resistencias más bajas se obtienen cuando la disolución activadora cuenta en su composición con silicio. La utilización de estas disoluciones en la activación alcalina muestra una mayor dependencia del desarrollo mecánico con la relación líquido/sólido que aquellos morteros que son activados con disoluciones de NaOH. La evolución de las resistencias cuando se utilizan la disolución que contiene waterglass y la procedente de residuos vítreos siguen tendencias similares lo que parece indicar la viabilidad del empleo de este nuevo activador alternativo. A través del estudio llevado a cabo en este Trabajo Fin de Grado se ha comprobado la viabilidad tecnológica de pastas y morteros de cenizas volantes activadas alcalinamente a partir de un activador alternativo basado en el ataque de residuos vítreos mediante el estudio del comportamiento reológico de pastas y mecánicoresistente de pastas y morteros. El presente Proyecto de Fin de Carrera se realizó en el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETcc-CSIC) bajo la dirección de la Dra. Dña. Mª del Mar Alonso López.

Más información

ID de Registro: 42947
Identificador DC: http://oa.upm.es/42947/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:42947
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 22 Sep 2016 06:44
Ultima Modificación: 13 Oct 2016 14:48
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