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Reutilización de Residuos Vítreos Urbanos e Industriales en la Fabricación de Cementos Alcalinos. Activación, Comportamiento y Durabilidad

 

Manuel  Torres Carrasco
Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETcc-CSIC), Madrid. 23 de Octubre 2015

 

 

Directora: Francisca Puertas Maroto (IETcc-CSIC)


La presente Tesis Doctoral se enmarca dentro del ámbito cien- tífico-técnico que pone en evidencia la necesidad de buscar materiales  cementantes  alternativos al cemento Portland mediante el empleo de subproductos industriales, como es el caso de los cementos de escorias y cenizas activadas alcalinamente. Estos cementos, morteros y hormigones destacan por presentar ciertas ventajas frente a los productos derivados del cemento Portland, ya sea desde un punto de vista medioambiental y energético, así como desde el punto de vista de sus propiedades mecánicas y durables.

El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral es evaluar una vía de mejorar el balance económico y medioambiental de los cementos alcalinos mediante la búsqueda de sustitutos (parciales o totales) de los activadores alcalinos tradicionales (“waterglass”), mediante la re-utilización de residuos vítreos urbanos e industriales, dado que su composición química está basada  fundamentalmente  en  SiO2  y  Na2O, y pueden considerarse potenciales activadores alcalinos de  la familia de los “waterglass”.

El primer objetivo parcial planteado fue conocer y establecer las mejores condiciones de solubilidad de los residuos vítreos en diferentes medios fuertemente alcalinos. Los resultados obtenidos proporcionó la información necesaria para establecer las condiciones óptimas de solubilidad del SiO2 del vidrio para posteriormente emplear dicha disolución como activador de los diferentes aluminosilicatos (escorias de alto horno y cenizas volantes). Las condiciones establecidas como óptimas fueron: un vidrio mezcla con un tamaño de partícula

< 45 µm en una disolución 50/50 Molar de NaOH/Na2CO3 (de concentración 3M) y una disolución de NaOH 10M, durante 6 horas en agitación magnética y con una temperatura de 80 ± 2 ºC, cuando el silicoaluminato a activar era la ceniza volante.

Una vez establecidas las mejores condiciones de solubilidad del residuo vítreo, se plantearon otros objetivos parciales sobre la viabilidad y comportamiento de esos activadores alternativos en la preparación de pastas, morteros y hormigones. La activación de los silicoaluminatos empleados en la presente investigación con la disolución alcalina procedente tras el tratamiento del residuo vítreo nos proporcionó resultados muy semejantes a los obtenidos con un silicato sódico comercial. Dicha valoración se realizó desde el punto de vista mecánico-resistente y sobre la naturaleza de los principales productos de reacción formados en ambos sistemas (gel C-A- S-H para el caso de la escoria vítrea y gel N-A-S-H en el caso de la ceniza volante).

Finalmente, se estudió la durabilidad de hormigones de escoria activada alcalinamente preparados con activadores alternativos de residuos vítreos y convencionales (“water- glass”) frente a diferentes medios agresivos (cloruros, carbonatación, hielo-deshielo). Se ha demostrado el mejor comportamiento durable de estos sistemas activados en comparación con un hormigón de cemento Portland convencional. Nuevamente se ha comprobado que los hormigones preparados a partir de activadores con residuos vítreos exhiben un comportamiento comparable a los sistemas preparados con activadores convencionales. También se ha valorado el empleo del residuo vítreo como un sustituto parcial del árido del hormigón; demostrándose que su inclusión proporciona una serie de ventajas frente a algunos ensayos de durabilidad, tales como los ciclos hielo-deshielo.

Calificación: Sobresaliente “Cum Laude”. Mención: Cum Laude

Tribunal:
Presidente: Prof. Vicente Fernández Herrero (UAM)
Secretaria: María del Mar Alonso López  (IETcc-CSIC)
Vocales:
Prof. Pedro Garcés Terradillos (Universidad Politécnica de Alicante)
Prof. Pilar Pena Castro (Instituto de Cerámica y Vidrio-CSIC)
Dra. Susan A. Bernal López (University of Sheffield, Reino Unido)