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UNIVERSIDAD DE JAÉN Escuela Politécnica Superior de Jaén
Trabajo Fin de Grado
VALORIZACIÓN DE RESIDUOS DE
ESPUMAS POLIMÉRICAS EN
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
Alumna: María del Carmen Lillo León Tutoras: María Dolores La Rubia García Dolores Eliche Quesada Dpto.: Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales
Febrero, 2019
Universidad de Jaén
Escuela Politécnica Superior de Jaén
Departamento de Ingenieria Química, Ambiental y de los Materiales
Doña María Dolores La Rubia García y Doña Dolores Eliche Quesada, tutoras del Trabajo Fin de
Grado titulado: VALORIZACIÓN DE RESIDUOS DE ESPUMAS POLIMÉRICAS EN MATERIALES DE
CONSTRUCCIÓN, que presenta María del Carmen Lillo León, autorizan su presentación para
defensa y evaluación en la Escuela Politécnica Superior de Jaén.
Jaén, Febrero de 2019
La alumna: Las tutoras:
MARIA DEL CARMEN MARIA DOLORES MARIA DOLORES LILLO LEÓN LA RUBIA GARCÍA ELICHE QUESADA
María del Carmen Lillo León Valorización de residuos de espumas poliméricas en materiales de construcción
3
Escuela Politécnica Superior de Jaén
Índice
Índice ............................................................................................................... 3
Índice de figuras ............................................................................................... 6
Índice de tablas................................................................................................. 8
RESUMEN ..................................................................................................... 10
ABSTRACT .................................................................................................... 11
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 12
1.1. Morteros aligerados ............................................................................ 16
1.2. Componentes del mortero ................................................................... 17
1.2.1. Conglomerante ................................................................................ 17
1.2.1.1. Cemento Portland ...................................................................... 18
1.2.1.2. Hidratación del cemento Portland ............................................... 20
1.2.1.3. Designación de los cementos ..................................................... 21
1.2.1.4. Yeso ......................................................................................... 22
1.2.2. Áridos ............................................................................................. 22
1.2.2.1. Designación de los áridos........................................................... 24
1.2.3. Agua ............................................................................................... 24
1.2.4. Aditivos ........................................................................................... 25
1.3. Poliestireno extruido (XPS).................................................................. 26
1.3.1. Descripción .................................................................................. 27
1.3.2. Fabricación .................................................................................. 28
1.3.3. Propiedades ................................................................................. 29
a) Aislante térmico ............................................................................... 29
b) Absorción de agua ........................................................................... 29
c) Resistencia a la compresión ............................................................. 30
d) Fluencia en compresión ................................................................... 30
e) Reacción al fuego ............................................................................ 30
f) Estabilidad dimensional.................................................................... 30
g) Deformación bajo condiciones específicas de carga a compresión y
temperatura ........................................................................................... 30
h) Congelación descongelación ............................................................ 31
i) Tracción perpendicular a las caras.................................................... 31
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j) Transmisión de vapor de agua.......................................................... 31
k) Efecto de la absorción de agua sobre la conductividad....................... 31
1.3.4. Certificación ................................................................................. 32
1.3.5. Marcado CE ................................................................................. 32
1.3.6. Precauciones ............................................................................... 33
1.3.7. Aplicaciones ................................................................................. 33
1.4. Residuos poliméricos como material aligerante..................................... 35
2. OBJETIVOS ............................................................................................. 41
3. MATERIALES Y ENSAYOS ...................................................................... 42
3.1. Materiales .......................................................................................... 42
3.2. Proceso de caracterización de las materias primas ............................... 42
3.2.1. Proceso de caracterización del cemento Portland ........................... 42
3.2.1.1. Determinación de humedad, PH y superficie específica ............... 43
3.2.1.2. Distribución granulométrica ........................................................ 43
3.2.1.3. Análisis elemental (CHNS-O) ..................................................... 43
3.2.1.4. Estudio microestructural (SEM) .................................................. 44
3.2.1.5. Análisis de difracción de rayos X (DRX) ...................................... 44
3.2.1.6. Espectrometría de fluorescencia de rayos X (FRX) ...................... 45
3.2.2. Proceso de caracterización del poliestireno extruido ....................... 45
3.3. Realización de las probetas de mortero................................................ 46
3.3.1. Elaboración de las mezclas ........................................................... 46
3.4. Ensayos físicos .................................................................................. 50
3.4.1. Densidad aparente de la probeta ................................................... 50
3.4.2. Absorción de agua por capilaridad ................................................. 52
3.5. Ensayos mecánicos ............................................................................ 53
3.5.1. Resistencia a flexión ..................................................................... 53
3.5.2. Resistencia a compresión ............................................................. 55
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN................................................................... 58
4.1. Caracterización de las materias primas ................................................ 58
4.1.1. Caracterización del cemento Portland ............................................ 58
4.1.2. Caracterización de residuo de espuma de Poliestireno extruido
(XPS)…… ................................................................................................ 62
4.2. Composición de las probetas de mortero.............................................. 63
4.3. Caracterización de los morteros........................................................... 65
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4.3.1. Densidad aparente ....................................................................... 65
4.3.2. Resistencia mecánica a flexión ...................................................... 70
4.3.3. Absorción de agua por capilaridad ................................................. 75
4.3.4. Resistencia mecánica a compresión .............................................. 78
4.4. Posibles usos de los morteros ensayados ............................................ 82
5. ESTUDIO ECONÓMICO ........................................................................... 86
6. CONCLUSIONES ..................................................................................... 91
7. BIBLIOGRAFÍA......................................................................................... 93
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Índice de figuras
Figura 1: Producción mundial de plástico entre los años 1950 y 2012 ................... 13
Figura 2: Distribución de la demanda de los transformadores de plásticos en Europa
por segmento en 2016........................................................................................ 14
Figura 3: Distribución de la demanda de los transformadores de plásticos en Europa
por tipo de polímero en 2016 .............................................................................. 15
Figura 4: Estructura celular del poliestireno extruido ............................................ 27
Figura 5: Principales características del poliestireno extruido ............................... 27
Figura 6: Proceso de fabricación de XPS ............................................................ 28
Figura 7: Relación conductividad térmica-absorción de agua para algunos plásticos
......................................................................................................................... 32
Figura 8: Materias primas para la elaboración de morteros .................................. 42
Figura 9: Balanza de presión ............................................................................. 46
Figura 10: Amasadora de mortero ...................................................................... 47
Figura 11: Recipiente y pala tipo ........................................................................ 47
Figura 12: Moldes normalizados......................................................................... 48
Figura 13: Mesa de sacudidas para mortero motorizada ...................................... 48
Figura 14: Moldes etiquetados ........................................................................... 49
Figura 15: Desmoldado de probetas ................................................................... 49
Figura 16: Probetas recién sumergidas en acetona ............................................. 50
Figura 17: Peso de una probeta en balanza hidrostática ...................................... 51
Figura 18: Cera de parafina ............................................................................... 52
Figura 19: Semiprismas sumergidos sobre soportes de plástico ........................... 52
Figura 20: Equipo MTS Insight 5 ......................................................................... 53
Figura 21: Software TestWorks ensayo compresión mostrando resultados para serie
M407................................................................................................................. 54
Figura 22: Probeta colocada para ensayo de flexión ............................................ 54
Figura 23: MTS 810 Material Testing Systems .................................................... 56
Figura 24: Software TestWorks ensayo compresión mostrando resultados para serie
M10028 ............................................................................................................. 56
Figura 25: Distribución de tamaño de partícula del cemento Portland empleado como
materia prima..................................................................................................... 59
Figura 26: DRX del cemento Portland................................................................. 61
Figura 27: Imágenes SEM-EDAX del CP (4,5 Kx)................................................ 61
Figura 28: Espuma de poliestireno triturada ........................................................ 62
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Figura 29: Densidad aparente probetas tras 7 días de curado .............................. 66
Figura 30: Densidad aparente probetas tras 28 días de curado ............................ 67
Figura 31: Comparación densidad aparente probetas tras 7 y 28 días de curado .. 68
Figura 32: Comparación densidad aparente probetas con presencia o falta de aditivo
tras 7 días de curado.......................................................................................... 69
Figura 33: Comparación densidad aparente probetas con presencia o falta de aditivo
tras 28 días de curado ........................................................................................ 70
Figura 34: Resistencia a flexión probetas tras 7 días de curado ............................ 71
Figura 35: Resistencia a flexión probetas tras 28 días de curado .......................... 72
Figura 36: Comparación resistencia a flexión probetas tras 7 y 28 días de curado.. 73
Figura 37: Distribución del residuo en las probetas............................................... 73
Figura 38: Comparación resistencia a flexión probetas con presencia o falta de aditivo
tras 7 días de curado.......................................................................................... 74
Figura 39: Comparación resistencia a flexión probetas con presencia o falta de aditivo
tras 28 días de curado ........................................................................................ 75
Figura 40: Absorción de agua por capilaridad probetas tras 7 días de curado ........ 77
Figura 41: Absorción de agua por capilaridad probetas tras 28 días de curado ...... 77
Figura 42: Resistencia a compresión probetas tras 7 días de curado ..................... 79
Figura 43: Resistencia a compresión probetas tras 28 días de curado ................... 80
Figura 44: Comparación resistencia a compresión probetas tras 7 y 28 días de curado
......................................................................................................................... 80
Figura 45: Comparación resistencia a compresión probetas con presencia o falta de
aditivo tras 7 días de curado ............................................................................... 82
Figura 46: Comparación resistencia a compresión probetas con presencia o falta de
aditivo tras 28 días de curado ............................................................................. 82
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Índice de tablas
Tabla 1: Tipos de cemento según UNE-EN 197-1:2011 ........................................ 18
Tabla 2: Constituyentes principales del cemento Portland (composición) ............... 19
Tabla 3: Uso de los distintos tipos de áridos ........................................................ 24
Tabla 4: Estudios previos realizados por otros autores sobre el empleo de residuos
plásticos ............................................................................................................ 40
Tabla 5: Velocidades de la pala mezcladora ........................................................ 48
Tabla 6: Propiedades cemento Portland tipo II ..................................................... 58
Tabla 7: Porcentaje de partículas para CP ........................................................... 59
Tabla 8: Análisis elemental (CHNS-O) de los residuos ......................................... 59
Tabla 9: Composición química del cemento Portland ............................................ 60
Tabla 10: Porcentajes de arena y espuma para la elaboración de las mezclas ....... 64
Tabla 11: Densidad aparente para los morteros aligerados con XPS ..................... 65
Tabla 12: Densidad aparente para los morteros aligerados con presencia o falta de
aditivo ............................................................................................................... 69
Tabla 13: Resistencia a flexión para los morteros aligerados con XPS .................. 70
Tabla 14: Resistencia a flexión para los morteros aligerados con presencia o falta de
aditivo ............................................................................................................... 74
Tabla 15: Resistencia a flexión para los morteros aligerados con XPS .................. 76
Tabla 16: Resistencia a compresión para los morteros aligerados con XPS ........... 78
Tabla 17: Resistencia a compresión para los morteros aligerados con presencia o falta
de aditivo........................................................................................................... 81
Tabla 18: Clases de mortero ............................................................................... 83
Tabla 19: Clasificación de las propiedades del mortero endurecido ....................... 84
Tabla 20: Clases de resistencia a compresión para morteros recrecidos y acabados
de suelos........................................................................................................... 84
Tabla 21: Usos de morteros autonivelantes según su clase .................................. 85
Tabla 22: Densidad de las materias primas.......................................................... 86
Tabla 23: Coste de las materias primas ............................................................... 87
Tabla 24: Precio por metro cúbico de mortero 0% XPS......................................... 87
Tabla 25: Precio por metro cúbico de mortero 5% XPS......................................... 87
Tabla 26: Precio por metro cúbico de mortero 10% XPS ....................................... 88
Tabla 27: Precio por metro cúbico de mortero 20% XPS ....................................... 88
Tabla 28: Precio por metro cúbico de mortero 30% XPS ....................................... 88
Tabla 29: Precio por metro cúbico de mortero 40% XPS ....................................... 88
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Tabla 30: Precio por metro cúbico de mortero 50% XPS ....................................... 89
Tabla 31: Precio por metro cúbico de mortero 75% XPS ....................................... 89
Tabla 32: Precio por metro cúbico de mortero 100% XPS ..................................... 89
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RESUMEN
Hoy en día la espuma de poliestireno extruido (XPS) no presenta una fácil
reutilización. Una manera ecológica de reutilizar dicho residuo es emplearlo en el área
de la construcción para la fabricación de morteros más ligeros y sostenibles.
El objetivo fundamental de este Trabajo Fin de Grado es la valorización de los
residuos de espuma polimérica extruida (XPS) como sustituto de la arena normalizada
en la obtención de morteros de cemento para albañilería, además de comparar los
resultados obtenidos con presencia de aditivo respecto a la ausencia de este. Se ha
empleado un residuo de XPS procedente de bandejas de alimentos de la empresa
Bandesur (Alcalá La Real).
Se ha estudiado la influencia del porcentaje de contenido de residuo y del tiempo
de curado. Para ello se han elaborado morteros de cemento Portland conteniendo un
5, 10, 20, 30, 40, 50, 75 y 100% en volumen del residuo (espuma de poliestireno
triturado) como sustituto del árido (arena). Las probetas de mortero fueron curadas en
cámara húmeda con una humedad relativa del 95% durante 7 y 28 días. Los morteros
de construcción obtenidos han sido ensayados para obtener sus propiedades físicas
como densidad aparente y absorción de agua por capilaridad y sus propiedades
mecánicas como resistencia a flexión y compresión. Los resultados indican que a
medida que se incrementa el contenido de espuma de poliestireno extruido se
obtienen morteros con menor densidad aparente y menores propiedades mecánicas,
resistencia a flexión y a compresión, debido a una mayor porosidad del mortero. La
densidad aparente, la resistencia a flexión y la resistencia a compresión aumentan
con el tiempo de curado.
La incorporación del aditivo, si bien tiene un efecto positivo en la densidad
aparente supone una merma de las propiedades mecánicas, resistencia a flexión y
compresión.
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ABSTRACT
Nowadays the extruded polystyrene foam (XPS) does not present an easy reuse.
An ecological way to reuse this waste is to use it in the construction area for the
manufacture of lighter and more sustainable mortars.
The fundamental objective of this End of Grade Project is the recovery of
extruded polymeric foam (XPS) waste as a substitute for standardized sand in
obtaining cement mortars for masonry, in addition to comparing the results obtained
with the presence of additive with respect to the absence of this. An XPS residue from
food trays of the company Bandesur (Alcalá La Real) was used.
The influence of the percentage of residue content and curing time has been
studied. To this end, Portland cement mortars containing 5, 10, 20, 30, 40, 50, 75 and
100% by volume of the waste (crushed polystyrene foam) have been prepared as a
substitute for aggregate (sand). The mortar specimens were cured in a humid chamber
with a relative humidity of 95% for 7 and 28 days. The obtained construction mortars
have been tested to obtain their physical properties as apparent density and water
absorption by capillarity and their mechanical properties such as resistance to bending
and compression. The results indicate that as the extruded polystyrene foam content
is increased, mortars with a lower apparent density and lower mechanical properties
are obtained, as well as resistance to bending and compression, due to a greater
porosity of the mortar. The apparent density, the flexural strength and the compressive
strength increase with the curing time.
The incorporation of the additive, although it has a positive effect on the apparent
density, supposes a reduction of the mechanical properties, resistance to bending and
compression.
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1. INTRODUCCIÓN
Durante las últimas décadas se ha ido apreciando el deterioro al que se está
sometiendo a la naturaleza por la huella ecológica que se genera y, por tanto, una
mayor concienciación sobre el cuidado del medio ambiente se ha ido estableciendo
en nuestro día a día. Esto deriva en la búsqueda de medidas que reduzcan el impacto
de los residuos que se generan por parte de la industria sobre el medio ambiente. En
los países con mayor volumen de industria se han elaborado legislaciones con planes
de prevención ante la destrucción y/o acumulación de tales residuos, es decir, una
eficiente gestión de los mismos (Ley 22/2011, de 28 de julio, de residuos y suelos
contaminados).
Casi en su totalidad, los residuos que generan las superficies industriales se
acumulan en lugares como vertederos donde no tienen ninguna utilidad. De modo que
nace la necesidad de reciclar y reutilizar para disminuir el impacto ambiental y apostar
por la sostenibilidad.
Durante los últimos años ha habido una elevada demanda mundial en cuanto al
desarrollo del reciclaje mecánico y aprovechamiento energético, siendo la legislación
europea líder en cuanto a la protección del entorno (Da Silva et al., 2014).
La directiva 2008/98/CE del Parlamento Europeo y del Consejo Europeo califica
un residuo como aquella “sustancia u objeto del cual su poseedor se desprenda o
tenga la intención o la obligación de desprenderse”.
El concepto europeo de reciclaje abarca los siguientes objetivos:
Reutilización: proceso que da una nueva vida a un material desechado,
permitiendo la renovación u optimización, siempre destinado a la misma
finalidad para lo que estaba hecho.
Reciclado: proceso que persigue el objetivo de utilizar de nuevo un material
reciclado como materia prima para nuevos productos o posterior utilización.
Valorización energética: recuperación de energía a partir de una combustión
del residuo.
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Durante los últimos años la construcción ha debido adaptarse a nuevas
necesidades, las cuales requieren más sensibilización con el medio ambiente, así
como indagar nuevas utilidades de los materiales reciclados.
Dentro de la categoría de residuos no peligrosos se encuentran los residuos
plásticos. A nivel global la producción de plásticos se ha incrementado
ininterrumpidamente a lo largo de los años, más concretamente desde el año 1950,
aunque la producción española de productos plásticos se ha comportado de modo
cambiante con aumentos significativos en el año 2007 (10,9%) y en el 2010 (19,1%),
y con disminuciones de la producción entre los años 2009 (-3,9%) y 2012 (-0,8%)
hasta noviembre del 2013 como consecuencia de la recesión económica. A finales de
2013 se produjo de nuevo un crecimiento y la producción llegó a las 299 millones de
toneladas. Pero las previsiones son que en 2020 se incrementará un 900% más que
los niveles de 1980, llegando a los más de 500 millones de toneladas al año
[www.greenpeace.org]. Asimismo, durante los últimos años, la producción de plástico
ha crecido entre el 5% y 6% como consecuencia del gran empleo de estos materiales
en el campo de la ingeniería, la construcción y las diversas aplicaciones que de estas
derivan. En la figura 1, se puede apreciar durante los años 1950 y 2012 el incremento
de la producción de plástico.
Figura 1: Producción mundial de plástico entre los años 1950 y 2012
Fuente: Góngora (2014)
13,6
5,95,7
2,9
8
3,7
2,8
0
2
4
6
8
10
12
14
0
50
100
150
200
250
300
1950 1976 1989 2002 2009 2010 2011 2012
Millones de toneladas Tasa de crecimiento
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Algunos de los plásticos más frecuentes para su reutilización son:
PET – Tereftalato de polietileno (ej.: envases de botellas).
PEAD – Polietilieno de alta densidad (ej.: tubos eléctricos).
PVC – Cloruro de vinilo (ej.: tuberías).
PEBD – Polietileno de baja densidad (ej.: bolsas de basura).
PP – Polipropileno (ej.: módulos de paneles en viviendas).
XPS Y PS – Poliestireno (ej.: envases de comida y bebida).
Las figuras 2 y 3 muestran la producción de plásticos por resina en 2011 y sus
fines respectivamente.
Figura 2: Distribución de la demanda de los transformadores de plásticos en Europa por segmento en 2016
Fuente: Grupo de Estudios de Mercado de PlasticsEurope (PEMRG)
39,9 %
19,7%
10%
6,2%
4,2%
3,3%
16,7% Envases
Construcción yedificación
Automoción
Eléctrico y electrónico
Hogar, ocio y deportes
Agricultura
Otros
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Figura 3: Distribución de la demanda de los transformadores de plásticos en Europa por tipo de polímero en 2016
Fuente: Grupo de Estudios de Mercado de PlasticsEurope (PEMRG)
Debido al progresivo consumo de plásticos como el polietileno, poliestireno y
plastificantes, esta industria se ha incrementado en un 7,6% (IEES, Instituto de
Estudios Económicos y Sociales, 2014).
La búsqueda del equilibrio entre la protección del medio ambiente y las
necesidades actuales de construcción de la población, considerando siempre la salud
de los habitantes, es la prioridad ahora mismo. Debido al confort y a la eficiencia que
suponen los plásticos, sectores como el de la construcción lo han ido incorporando
hasta que se ha convertido en un material indispensable.
Algunas características de estos son; larga duración y resistencia a la corrosión,
aislamiento térmico y acústico, ligereza, bajo coste, posibilidad de reutilización y el
hecho de ser respetuosos con el medio ambiente con alguna excepción. Todas estas
propiedades los convierten en materiales ideales para aplicaciones en la construcción
como en equipamientos de viviendas y obras públicas, tanto en iluminación como
alcantarillado.
Particularizando en cada tipo de polímero encontramos distintas características
que los distinguen y clasifican para aplicaciones más específicas en el sector. Son
19,3%
19,3%
17,5%
12,3%
10%
7,5%
7,4%
6,7%Otros
PP
LDPE, LLDPE
HDPE, MDPE
PVC
PUR
PET
PS, EPS
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más las ventajas que los inconvenientes que presentan estos materiales, pero
debemos mencionar:
Al ser productos de usar y tirar incrementan los residuos en los depósitos de
reciclaje y en los vertederos, generando residuos a un nivel insostenible y
consumiendo recursos naturales.
No son biodegradables. En teoría son reciclables, pero no se suele hacer
debido a su baja rentabilidad económica por su escasa densidad y peso.
Causan problemas en los ecosistemas marítimos, ya que al flotar, los animales
los confunden con comida y los ingieren (blog.sinplastico.com).
Poco a poco se han ido incorporando en la construcción residuos de plásticos
para aislar bloques de hormigón, techos y losas, cañerías, escamas para suelos, etc.
Una vía de estudio actual es incorporar residuos plásticos como aligerantes para
morteros. A continuación, se estudiarán los materiales utilizados para realizar
morteros, además de los residuos poliméricos empleados en este TFG como material
aligerante.
1.1. Morteros aligerados
El mortero es un material compuesto de conglomerantes inorgánicos: agua con
conglomerante y arena normalizada. En función del conglomerante utilizado y de las
necesidades de la obra, se pueden obtener morteros de diferentes tipos: de yeso, de
cemento, de cal y arena.
El mortero tiene un papel fundamental en actividades de albañilería, construcción
y otras obras al adherir bloques de piedras, hormigón o ladrillos. También son el
recurso de relleno en estructuras montadas (idaterm.com).
La generalización del empleo de áridos ligeros en el sector de la construcción se
consolida con el hallazgo de la expansión de esquisto. Éste consiste en un agregado
ligero que aporta fuerza y calidad suficiente para aplicaciones estructurales de
hormigón. Hayde (2012) impulsó este proceso a comienzos del siglo XX en Kansas.
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La demanda de materiales de construcción sostenibles y duraderos es uno de
los motivos por los que se busca la perfecta combinación entre materiales polímeros
y convencionales.
Los morteros aligerados nacen de la búsqueda de materiales sostenibles con el
medio ambiente. Como su propio nombre indica, estos morteros incorporan aditivos
de materiales más ligeros. En función de los requisitos de resistencia y densidad se
harán mezclas parciales o totales que irán sustituyendo al árido de la mezcla. Dentro
de los aditivos encontramos cenizas volantes, perlita, vidrio celular, corcho, arcilla
expandida, escorias volcánicas, etc. o aditivos polímeros como el caucho y la espuma
de poliestireno, en la que se centra este trabajo. De esta manera, se consigue reducir
la polémica gestión de residuos y su eliminación, el consumo de energía y la
contaminación del medio ambiente.
La densidad de los morteros para albañilería ligeros debe ser igual o menor de
1.300 kg/m3 (UNE-EN 998-2:2018).
1.2. Componentes del mortero
1.2.1. Conglomerante
Se puede definir conglomerante como un material que es utilizado para unir
partículas sólidas de forma que consoliden una masa coherente (UNE-EN 998-
2:2018). El conglomerante al humedecerse se transforma en una mezcla más o menos
viscosa, que con el transcurso del tiempo se va endureciendo hasta que se solidifica,
hasta el punto de unir las partículas sólidas adquiriendo firmeza.
El fraguado es la etapa en la que la masa se queda sin elasticidad y, a
continuación, el mortero gana resistencia mecánica que se conoce por
endurecimiento. Cuantos más días, más resistencia mecánica alcanzando a una
asíntota.
Actualmente, para la ejecución de morteros, los conglomerantes más frecuentes
son el yeso, la cal y el cemento los cuales se podrían clasificar como:
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Conglomerante aéreo: fragua y endurece en el aire. En contacto con el agua
no origina mezclas estables (yeso, cal). Requiere la presencia del compuesto
inorgánico del carbono para formar carbonato cálcico.
Conglomerante hidráulico: fragua y endurece tanto en el aire como en el agua
formando cemento (roca artificial).
1.2.1.1. Cemento Portland
Según la norma UNE-EN 197-1:2011, el cemento se define como
“conglomerante hidráulico, es decir, materiales artificiales de naturaleza inorgánica y
mineral, que finalmente molidos y convenientemente amasados con agua forman
pastas que fraguan y endurecen por medio de reacciones y de procesos de hidratación
y que, una vez endurecido da lugar a productos mecánicamente resistentes y
estables, tanto en aire como en agua”.
Los cementos comunes se pueden dividir principalmente en cinco grupos según
la norma UNE-EN 197-1:2011. La denominación de estos cementos se recoge en la
tabla 1.
Tabla 1: Tipos de cemento según UNE-EN 197-1:2011
Tipos de cemento Denominaciones Designaciones
I Cemento Portland CEM I
II Cemento Portland con adiciones CEM II
III Cemento Portland con escorias de horno alto CEM III
IV Cemento puzolánico CEM IV
V Cemento compuesto CEM V
Fuente: UNE-EN 197-1:2011
En morteros, el conglomerante más usado es el cemento Portland por la amplia
gama de aplicaciones que ofrece: revestimientos para interiores y exteriores tanto en
ambientes húmedos como secos, para estructuras, capas de nivelación en soleras de
edificios, etc.
El cemento Portland se fabrica a partir de una mezcla de clínker y pequeñas
cantidades de yeso, de un 2% al 3%, que actúa como controlador de fraguado
(Gaspar-Tebar, 1978).
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El clínker es la pieza clave en el proceso de la elaboración del cemento. Mediante
un proceso de sinterización, la arcilla y la caliza molidas, mezcladas homogéneamente
se funden en un gran horno rotatorio a temperaturas que oscilan entre los 1.350 y
1.450ºC en un proceso denominado ‘clinkerización’ (Sánchez de Guzmán, 2001).
Se origina por medio de una transformación mineralógica de una mezcla
específica y según la norma UNE-EN 197-1:2011, precisa de materias primas basadas
en óxidos de calcio, silicio, aluminio y hierro y pequeñas cantidades de otros
elementos. Los compuestos del clínker se muestran en la tabla 2.
Tabla 2: Constituyentes principales del cemento Portland (composición)
Compuesto Fórmula molecular Abreviatura Rango de concentración
%
Silicato tricálcico 3CaO.SiO2 C3S 40-60
Silicato dicálcico 2CaO.SiO2 C2S 20-30
Aluminato tricálcico 3CaO.Al2O3 C3A 7-14
Aluminoferrito tetracálcico
4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 5-12
Oxido de calcio CaO C 0-10
Fuente: UNE-EN 197-1:2011
Además del rango de concentración de estos compuestos, la relación en masa
de CaO y SiO2 no debe de ser menor de 2. Por otro lado, el contenido de óxido de
magnesio (MgO) no debe exceder del 5% en masa (UNE-EN 197-1:2011). Los
minerales que forman el clínker no son una combinación pura, sino fases de cristales
mixtos que contienen los componentes de otras fases (Duda, 2008).
- Silicato tricálcico (C3S)
El silicato tricálcico (alita) es el mineral principal del clínker, este componente es
decisivo debido a que le proporciona altas resistencias al cemento, endurece
rápidamente por su alta velocidad de hidratación (fraguado) y alcanza una gran
resistencia finamente molido y al ser mezclado con agua. Por otra parte, genera altas
cantidades de cal y como principal inconveniente de ello, produce una alteración de
volumen debido a la dilatación térmica provocada por el calor del fraguado.
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- Silicato dicálcico (C2S)
El silicato dicálcico (belita) es un mineral con menos presencia de cal que la alita,
por lo que presenta una mayor estabilidad. Este componente se endurece más
lentamente que la alita pero a largo plazo proporciona igual resistencia. Este mineral
cristaliza en cuatro formas polimórficas principales (α, α’, β y ϒ) y se estabilizan a altas
temperaturas mediante la incorporación de iones y cationes (Mg2+, Na+, K+, Al3+, P3+,
etc.) durante la clinkerización (Bye, 1999).
- Aluminato tricálcico (C3A)
El aluminato tricálcico se caracteriza por su rápida hidratación, por lo que propicia
una mayor velocidad en el fraguado. Por otro lado, este mineral debe ser controlado
en su proporción, debido a que provoca debilidad frente a los sulfatos. El C3A contiene
el óxido de aluminio que no se combina con él con el aluminoferrito tetracálcico (C4AF)
y funde congruentemente liberando óxido de calcio. Es el compuesto con mayor
contenido de CaO. Este material cristaliza en forma cúbica estando puro pero en
presencia de metales alcalinos (Na+ y K+) cambia a ortorrómbica y monoclínica
acelerando así, su respuesta inicial de reacción con el agua. Además, se ha observado
que el C3A en reacción con los silicatos aumenta la resistencia temprana del cemento
(Locher Friedrich, 2006).
- Aluminoferrito tetracálcico (C4AF)
El aluminoferrito tetracálcico o celita contiene la mayor parte del hierro y del
aluminio contenidos en el clínker y es el mineral que le da el color grisáceo al cemento,
es decir, en ausencia de esta fase el cemento es blanco. Este material fragua
rápidamente pero apenas interviene en las resistencias del cemento.
1.2.1.2. Hidratación del cemento Portland
Se designa hidratación del cemento a la creación de fases sólidas nuevas
conocidas como hidratos en forma de aguja o cristal. Este proceso es consecuencia
de mezclar el cemento Portland con agua. La primera consistencia de la pasta será
semilíquida, estado que permite una gran trabajabilidad, sin embargo con el tiempo se
va endureciendo hasta que no podremos alterar la pasta.
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Cuando el agua y el cemento están en contacto, se produce una reacción que
desprende calor, a este calor liberado se le denomina ‘calor de hidratación’ (Gómez,
2013).
Entonces se considera que el principal producto derivado de la hidratación del
cemento Portland son los hidratos de silicato cálcico y el hidróxido cálcico. El hidróxido
de calcio es una materia cristalina de composición fija, mientras que los hidratos de
cálcico hidratados o gel CSH son compuestos amorfos de composición variable.
1.2.1.3. Designación de los cementos
En función de la adición que se utilice en el proceso de fabricación de los
morteros distinguimos cinco tipos de cementos comunes de acuerdo con la norma
UNE-EN 197-1:2011.
- Tipo I (CEM I): cemento Portland
- Tipo II (CEM II): cemento Portland compuesto
- Tipo III (CEM III): cemento de horno alto
- Tipo IV (CEM IV): cemento puzolánico
- Tipo V (CEM V): cemento compuesto
Los cementos presentan una resistencia inicial equivalente a la resistencia a
compresión a los dos o siete días. Cada tipo de resistencia normal se asocia a dos
tipos de resistencias iniciales denominadas resistencia inicial ordinaria, que se
identifica con una N, y resistencia inicial elevada designada por la R. Hay una última
denominación de baja resistencia inicial, designada por la letra L, siendo aprovechable
sólo a los CEM III, denominados cementos de alto horno de baja resistencia inicial.
Esta designación está normalizada, de forma que los CEM (cementos comunes)
se identificarán según el tipo y los valores 32,5; 42,5 ó 52,5 que indican la clase de
resistencia. Para poder indicar la clase de resistencia inicial se incorpora la letra N, R
o L según corresponda.
El cemento Portland se designará con las siglas CEM I, seguidas de la clase de
resistencia (32,5 – 42,5 – 52,5) y de la letra R si se trata de alta resistencia inicial o N
si por el contrario es resistencia inicial normal.
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Los cementos con adiciones se designan por el tipo y la clase, separadas por
una barra, seguidas por una letra indicativa del componente principal usado como
adición del cemento y por último se indica la clase resistente.
1.2.1.4. Yeso
El yeso es un material muy interesante en la construcción. Los morteros de yeso
se emplean para acabados interiores ofreciendo superficies muy lisas y bonitos
acabados. Además, tiene finalidades decorativas por su trabajabilidad y por lo tanto
capacidad de adoptar múltiples formas geométricas.
Se obtiene de la extracción de la roca de yeso por medios mecánicos y se somete
a procesos de trituración, molienda y cocción para almacenarlos y envasarlos en
sacos de papel de 25 kg.
El yeso, en una pequeña proporción, es uno de los componentes del cemento
Portland. Su fin es controlar el fraguado, es decir, controlar el tiempo en el que se cura
para asegurar que no fragüe demasiado pronto.
1.2.2. Áridos
Junto al cemento y agua, los áridos constituyen una parte esencial a la hora de
producir morteros. Aunque su naturaleza se define como inerte, desempeña la función
de estructura de mortero (Asociación Nacional Española Fabricantes de Hormigón
Preparado-ANEFHOP y Agrupación de Fabricantes de Cemento de España-
OFICEMEN, 1978), ya que forma un material compacto al ser cohesionado con el
conglomerante.
Además de ser empleados en la construcción, se destinan como materia prima
para la fabricación de prefabricados (vigas, bloques de hormigón, ladrillos, aceras,
etc.). Los morteros de cemento que emplean áridos presentan mejores propiedades
en cuanto a la resistencia mecánica y térmica. Además disminuyen el efecto de
retracción gracias a sus características mecánicas.
La definición de árido según la norma UNE-EN 998-2:2018 es la de “Material
granular que no contribuye a la reacción de endurecimiento de mortero”, mientras que
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la norma UNE-EN 13139/AC:2004 lo define como “Material granular utilizado en la
construcción”. Se clasifican en tres tipos:
Árido natural: de origen mineral que solamente ha sido sometido a un proceso
mecánico. Se dividen principalmente en dos grupos: Áridos rodados, son de
naturaleza silícea y proceden de graveras que extraen de depósitos naturales,
como por ejemplo los áridos de río, de canteras o de mar entre otros. Áridos de
machaqueo, que se obtienen por machaqueo de rocas naturales como caliza o
silícea mediante machacadoras rotatorias o de mandíbula, que proporcionan
una mejor resistencia y adherencia aunque presentan superficies rugosas.
Árido artificial: de origen mineral resultante de un proceso industrial, es decir
subproductos o residuos que comprende una modificación térmica o de otro
tipo.
Árido reciclado: de principal desempeño en la construcción y se obtiene a partir
de un tratamiento del material inorgánico, como por ejemplo, los procedentes
de derribos.
Los áridos, en su totalidad, están compuestos por una combinación de arena y
grava, por lo que se puede clasificar en función del tamaño:
Arena (hasta 4 mm): en la clasificación de arenas podemos distinguir tres tipos
posibles: de 2-4 mm, de 0,063-2 mm y menor de 0,063 mm. Esta puede
extraerse de graveras naturales como ríos o lagos, o provenir del triturado
mecánico de rocas extraídas de canteras. Son esenciales en la preparación de
morteros.
Grava (por encima de los 4 mm): en la clasificación de gravas podemos
distinguir tres tipos posibles: de 6-12 mm, de 12-20 mm y de 20-40 mm. Se
extraen de las rocas procedentes de las canteras.
La tabla 3 recoge las aplicaciones más importantes de los distintos tipos de
áridos.
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Tabla 3: Uso de los distintos tipos de áridos
Árido Rangos Usos
Arena
<0,063 Mezclar con cemento para hacer morteros de enfoscado
0,063 - 2 Mezclar con cemento para hacer morteros de albañilería
2-4 Mezclar con cemento para hacer morteros para solados
Grava >4 Mezclar con arena y cemento para hacer hormigón
Fuente: Mamlouk y Zaniewski (2009)
1.2.2.1. Designación de los áridos
El tamaño de los áridos se denomina con (d/D). El tamaño se determina con
varios tamices de diferentes diámetros de paso, d indica el diámetro menor mientras
D indica el diámetro mayor, en milímetros. Para una relación óptima entre el tamaño
mínimo y máximo de árido no se deberá sobrepasar de 2 milímetros. (Asociación
Nacional Española Fabricantes de Hormigón Preparado-ANEFHOP y Agrupación de
Fabricantes de Cemento de España-OFICEMEN, 1978).
1.2.3. Agua
El agua constituye un elemento fundamental para la fabricación de los morteros.
Se debe utilizar agua destilada, es decir, libre de impurezas para que las posibles
sustancias disueltas o en suspensión no alteren el fraguado del cemento, reduzcan la
resistencia mecánica o produzcan manchas en la superficie de los morteros.
En general, el agua potable se aceptará para la realización de los morteros por
ser inodora, incolora y no contener materia orgánica. Los problemas derivados del
agua se centran más en la cantidad que en la calidad de esta. En caso de duda se
extraerán muestras y se ensayarán en el laboratorio.
El agua se puede clasificar en:
Agua de mezclado: agua necesaria para producir una pasta más húmeda
superficial que contienen los agregados, favoreciendo una buena trabajabilidad
de la mezcla, ya que estará más hidratada. Teniendo en cuenta que parte del
agua se evapora, se necesitará más cantidad de agua para la pasta.
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Agua de curado: es el proceso por el cual la pasta de mortero se hidrata hasta
que alcanza una temperatura y humedad adecuadas. Se añade un suministro
adicional de agua de curado para compensar la pérdida que se produce durante
el proceso de mezclado por efecto de la evaporación. Hay que tener la
precaución de no añadir un exceso de agua, ya que podría causar la
acumulación de agua libre en las partes internas del mortero y, como
consecuencia, al evaporarse durante el proceso de fraguado daría lugar a una
mayor porosidad y, por lo tanto, el mortero perdería resistencia y sería más
permeable. La cantidad de agua de curado estará condicionada por la
temperatura ambiente a la que se someta el mortero.
Agua de lavado: es el agua que se utiliza cuando se lavan los áridos y debe
estar libre de sustancias perjudiciales que puedan influir negativamente en la
mezcla.
Se debe evitar en cualquier caso el agua de mar, ya que esta contiene sales
solubles y cuando se evapora deja sales recristalizadas como residuo, formando
manchas blancas conocidas como ‘eflorescencias’, aunque serían un problema
estético, ya que no intervienen en las propiedades mecánicas.
1.2.4. Aditivos
El fin de los aditivos es optimizar las propiedades de los morteros y su fabricación
en sí. La norma UNE-EN 998-2:2018 define aditivo como “Material añadido en
pequeñas cantidades para modificar determinadas propiedades”. La suma de aditivos
dota de numerosas propiedades técnicas a los materiales, que sin ellos, no podrían
haber adquirido. Por lo general el aditivo que más se utiliza es de naturaleza
polimérica, aunque también se utilizan de naturaleza inorgánica y orgánica.
Según la norma UNE-EN 934-3:2010+A1:2012 el aditivo no puede superar el 5%
del peso que corresponde al cemento, salvo excepciones. Asimismo, especifica el fin
de los aditivos en albañilería como:
Aditivo inclusor de aire/plastificante: aporta al proceso pequeñas burbujas de
aire distribuidas uniformemente aumentando la trabajabilidad y favoreciendo el
efecto lubricante entre sus partículas. A la vez impide la rotura del mortero
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cuando se producen variaciones en el volumen por la congelación del agua.
Las ventajas de este aditivo son la mejora del rendimiento, reducción de la
densidad del mortero fresco y reducción del aislamiento térmico. Por el
contrario reduce la resistencia del mortero.
Aditivo retardador del fraguado: como el nombre indica, retrasa la hidratación
del cemento porque aísla las partículas del agua. El principal uso de este aditivo
lo encontramos en el mortero para albañilería.
Aparte de estos, existen más aditivos que no están normalizados o son usados
en morteros con uso diferente al de la albañilería. Algunos ejemplos son los aditivos
generadores de expansión, los que modifican la reología en estado fresco, reductores
de agua, aditivos hidrofugantes, etc. (Rodríguez-Mora, 2004).
El aditivo que se usa en este TFG es aireante/plastificante. Mejora la
trabajabilidad sobre todo cuando se utilizan arenas ásperas o de mala calidad. Permite
reducir el agua de amasado. Aumenta la cohesión, disminuye la exudación y evita la
segregación en el mortero fresco. A parte, debido a la oclusión limitada de aire
aumenta la resistencia del mortero endurecido a las heladas e intemperies.
1.3. Poliestireno extruido (XPS)
El poliestireno extruido (XPS) es un producto de naturaleza polimérica cuya
principal característica es la nula absorción de agua. Esta propiedad tiene una gran
importancia en aplicaciones como aislamientos térmicos exteriores y para evitar
manchas de humedad, reguerones en fachadas de edificios o que el acabado
decorativo se despegue.
Otra propiedad muy importante del XPS es su larga durabilidad, por lo que
actualmente se considera el mejor producto para el aislamiento para el exterior. Tiene
una resistencia mecánica bastante superior que otros aislantes térmicos que se
podrían utilizar para el mismo tipo de aplicación. Esto se traduce en una larga vida
útil del producto, confiriendo a las fachadas, cubiertas y suelos de una gran resistencia
mecánica para soportar golpes y cargas (Asociación Ibérica de Poliestireno Extruido,
AIPEX, www.aipex.es).
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Figura 4: Estructura celular del poliestireno extruido
Fuente: AIPEX, www.aipex.es
1.3.1. Descripción
El poliestireno extruido (XPS) es una espuma aislante, rígida, con carácter
termoplástico y estructura celular cerrada (figura 4). Los elementos constructivos
donde se añade experimentan notables beneficios por su naturaleza y características
técnicas.
La estructura celular cerrada del poliestireno extruido proporciona excelentes
prestaciones contra la absorción de agua y como aislante térmico. La homogeneidad
en sus celdas supone una elevada rigidez de la estructura celular y esto conlleva a
una altísima capacidad de resistencia mecánica.
Son el aislamiento térmico, la elevada resistencia mecánica y la baja absorción
de agua lo que hacen del poliestireno extruido un material idóneo cuando se necesita
un producto con tales prestaciones (figura 5).
Figura 5: Principales características del poliestireno extruido
Fuente: www.bandesur.com
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1.3.2. Fabricación
Las fases de la producción son:
1) Extrusión
2) Expansión
3) Estabilización
4) Mecanización
Los paneles de XPS se fabrican por un proceso de extrusión, a partir de resina
de poliestireno en forma de granza. La granza se introduce en la extrusora junto a
otros aditivos, fundiéndose y mezclándose hasta formar un fluido viscoso.
Se inyecta entonces un agente espumante, bajo condiciones muy controladas
de presión y temperatura, a continuación la mezcla espumable se conduce hasta el
cabezal, produciéndose la expansión. Durante la calibración se da la forma a la masa
procedente del cabezal permitiendo un acabado liso y plano de la superficie de los
paneles y la uniformidad y homogeneidad de la masa en todo el perímetro de los
paneles.
La banda de XPS resultante circula a través de una línea continua a lo largo de
la cual se cortan los paneles a la dimensión deseada, se dejan reposar los paneles
para estabilizar sus dimensiones, se mecanizan las ranuras y bordes y finalmente se
paletizan los paneles (AIPEX, www.aipex.es). La figura 6 muestra un esquema del
proceso de fabricación del XPS.
Figura 6: Proceso de fabricación de XPS
Fuente: www.bandesur.com
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1. Extrusora
2. Alimentación de sólidos (resina de PS, agente ignifugante, colorantes, etc)
3. Dosificación agente espumante
4. Depósito agente espumante (líquido)
5. Mezcladores (gel)
6. Plancha continua de espuma
7. Curado
8. Corte y embalaje
1.3.3. Propiedades
A continuación se describen las principales propiedades de este material.
a) Aislante térmico
La conductividad térmica (λ) de los productos de poliestireno extruido depende
básicamente del gas de espumación utilizado. La conductividad que se obtiene varía
entre 0,029 y 0,036 W/mK (AIPEX, www.aipex.es).
Más importante que la conductividad térmica es el espesor del producto, que
determina la resistencia térmica (RD), es decir, la capacidad para oponerse al paso del
calor:
𝑅𝐷 = 𝑑/𝜆𝑚2 ∙ 𝐾/𝑊
Donde:
d: espesor de XPS
λ: conductividad térmica declarada
b) Absorción de agua
La estructura celular cerrada del XPS permite que sea un producto cuya
absorción de agua por inmersión total de larga duración sea inferior a un 0,7%. En una
cubierta invertida se produce el efecto de la difusión de agua, en este caso, la
absorción de agua por difusión del XPS es inferior al 3% (AIPEX, www.aipex.es).
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c) Resistencia a la compresión
Esta característica es una de las que se utiliza para determinar el grado de
aptitud de un producto para soportar cargas. “En la medida de la resistencia a
compresión se trata de aplicar una fuerza que provoque una deformación de un 10%
del producto a ensayar. La resistencia a compresión estándar del XPS es de 300 kPa,
aunque pueden conseguirse productos con resistencias de 500 y 700 kPa” (AIPEX,
www.aipex.es).
d) Fluencia en compresión
Esta característica se utiliza para determinar la idoneidad de un producto para
soportar cargas de muy larga duración sin fatiga. Para productos de XPS de 300 kPa
de resistencia a compresión alcanza valores de alrededor de 125 kPa para cargas de
50 años de duración con deformaciones inferiores al 2% (AIPEX, www.aipex.es).
e) Reacción al fuego
La reacción al fuego indica la contribución del producto en caso de incendio a
desprendimiento de energía, formación de humos y formación de gotas. El poliestireno
extruido incorpora ignífugos que le aportan resistencia al fuego, resultando en un
producto de Euroclase E, auto extinguible sin la presencia de gotas ardiendo que evita
la propagación de llamas en el caso de incendio.
f) Estabilidad dimensional
“Al acondicionar los productos de poliestireno extruido durante 48 horas a 70ºC,
incluso a 48 horas a 70ºC y 90ºC de humedad, los cambios relativos en la longitud,
anchura y espesor no deben exceder el 5%” (www.bandesur.com).
g) Deformación bajo condiciones específicas de carga a compresión y
temperatura
Indica la capacidad del XPS de soportar simultáneamente la acción de cargas y
temperaturas. En este caso, la deformación debe ser inferior al 5% tras 168 horas a
70ºC y 40 kPa (AIPEX, www.aipex.es).
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h) Congelación descongelación
Es un indicador de la durabilidad del XPS en condiciones extremas de
exposición
“Se expresa mediante el nivel 2 que implica una pérdida de resistencia a
compresión <10% y un aumento de absorción de agua <1% después de 300 ciclos de
hielo-deshielo” (AIPEX, www.aipex.es).
i) Tracción perpendicular a las caras
La resistencia del poliestireno extruido cuando se somete a una fuerza de
tracción perpendicular a las caras es superior a 200 kPa (www.bandesur.com).
j) Transmisión de vapor de agua
El factor de resistencia a la difusión del vapor de agua indica la magnitud de
resistencia del producto al vapor de agua con relación a una capa de aire estacionario
del mismo espesor a la misma temperatura y para productos de XPS alcanza valores
superiores a 150 (www.bandesur.com).
k) Efecto de la absorción de agua sobre la conductividad
En relación al efecto de la absorción de agua sobre la conductividad térmica, en
la figura 7 se observan los valores para el XPS y otros plásticos.
Como se puede observar, el XPS presenta una absorción de agua menor que
otros plásticos adoptando un valor inferior al 1%. La conductividad térmica crece
proporcionalmente a la absorción de agua, partiendo del valor de 0,034 W/mK para
una absorción del 0%.
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Figura 7: Relación conductividad térmica-absorción de agua para algunos plásticos
Fuente: www.bandesur.com
1.3.4. Certificación
Las normas de referencia para los productos de poliestireno extruido, común en
todo el ámbito europeo son las siguientes (AIPEX, www.aipex.es):
UNE-EN 13164:2013+A1:2015 Productos aislantes térmicos para aplicaciones
en la edificación. Productos manufacturados de poliestireno extruido (XPS).
Especificación.
UNE-EN 13172:2012. Productos aislantes térmicos. Evaluación de la
conformidad.
1.3.5. Marcado CE
El siguiente ejemplo ilustra el código de designación para un producto de espuma
de poliestireno extruido para una cubierta:
XPS − EN 13164 − T2 − DLT(1)5 − DLT(2)5 − CS(10/Y)300 − CC(2/1,5/50)100 − WL(T)
− MU150 − FT2
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Donde:
XPS abreviatura de espuma de poliestireno extruido (eXtruded PolyStyrene foam)
EN 13164 número de norma europea armonizada
Ti tolerancia en espesor
CS(10\Y)X tensión o resistencia a la compresión
DS (T*) estabilidad dimensional a temperatura específica
DS (TH) estabilidad dimensional a temperatura y humedad específicas
DLT(1)5 estabilidad dimensional bajo condiciones de carga a compresión y temperaturas específicas
CC(i1/i2/y)σc fluencia a la compresión o resistencia a la compresión a largo plazo
WL(T)i absorción de agua a largo plazo por inmersión
WD(V)i absorción de agua a largo plazo por difusión
MUi o Zi transmisión de vapor de agua
FTi resistencia a ciclos de congelación-descongelación
1.3.6. Precauciones
En cuanto a las precauciones que se debe tener en cuenta a la hora de emplear
este material, destacan:
Evitar los disolventes orgánicos: verificar la compatibilidad de pinturas,
adhesivos, etc.
Tomar precauciones con los trabajos de soldadura: aunque no es
propagador de la llama el XPS es combustible.
Evitar la radiación ultravioleta: en largos periodos (años) los rayos UV
degradan el XPS.
Evitar contactos con alta temperatura (>75ºC): el XPS es termoplástico y se
reblandece con la temperatura.
1.3.7. Aplicaciones
Entre las aplicaciones más importantes de este material se encuentran las que
se detallan a continuación:
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Cubiertas Invertidas Tradicionales Deck
No transitables Ajardinadas
Transitables Sobre soportes Bajo tejas amortejadas Bajo tejas claveteadas
Con baldosas aislantes Tráfico rodado
Suelos
Bajo pavimentos Suelos radiantes Muros enterrados
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Fachadas Doble hoja Fachada ventilada Sistemas etics/sate
Muros enterrados Corrección puentes térmicos
Fuente: www.bandesur.com
1.4. Residuos poliméricos como material aligerante
En este apartado se recogen algunos estudios previos realizados por otros
autores en relación a morteros aligerados con residuos plásticos.
Los residuos plásticos son materiales ligeros que se añaden al mortero en mayor
proporción que los aditivos convencionales y como sustituto de los áridos en
determinados porcentajes.
Una forma de reducir la contaminación ambiental que provocan los residuos
plásticos es desarrollar materiales de construcción que incluyan agregados de
materiales reciclados. Mientras que las investigaciones sobre el reciclaje de los
materiales están muy avanzadas, sobre el aspecto de los aligerantes de los morteros
no se ha profundizado tanto por su dificultad en cuanto a la cohesión (Wang et al.,
2009).
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Entre los diversos estudios publicados, se puede destacar el uso de residuos de
Polietilentereftalato (PET) y de poliestireno como aligerante en la fabricación de
morteros de cemento. El uso de estos plásticos ha aumentado por el consumo de
bebidas a nivel global, sustituyendo así el vidrio en la producción de botellas y por el
uso en la alimentación en general (bandejas). El uso de este residuo en los morteros
es bastante aconsejable para dar salida a los residuos que se generan y solventar el
impacto ambiental que supone.
Un interesante estudio sobre morteros aligerados con residuos de PET es el
elaborado por Magariños et al. (1998) que describe el PET como un material que se
caracteriza por su baja densidad y alta resistencia frente a medios alcalinos, además
de ser suficientemente termoestable respecto a los requerimientos exigidos en la
preparación de morteros.
Los estudios de Magariños et al. (1998) concluyen que a partir de probetas de
cemento, con mayores porcentajes de tereftalato de polietileno como sustituto de la
arena y para edades de siete y veintiocho días de curado:
La resistencia a la flexión se ve disminuida por el aumento del porcentaje de
residuos PET en morteros respecto al de control.
La resistencia a la compresión aumenta con bajos porcentajes de residuos PET
respecto al de control. Sin embargo, cuando el porcentaje de escamas
aumenta, la resistencia a compresión disminuye notablemente.
La absorción aumenta para mayores porcentajes de residuo como
consecuencia de la mala distribución granulométrica del PET. Por otra parte,
posee una fluidez óptima para conseguir una buena trabajabilidad de cara a la
fabricación de morteros.
El estudio de microscopía electrónica de barrido (SEM) determinó que la
microestructura del mortero control tiene una distribución homogénea de sus
componentes con la formación de agujas elongadas y entrecruzadas de
silicatos de calcio hidratados. Por el contrario, la microestructura del mortero
con escamas PET tiene menor adherencia por la superficie lisa y plana de las
escamas y sin absorción (Magariños et al., 1998).
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37
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El trabajo de Wang et al. (2009) sobre los morteros aligerados con residuos PET
revestidos con polvo de arena de río tiene como finalidad estudiar la calidad del
mortero mediante pruebas de resistencia a la compresión, fluidez y velocidad de
absorción capilar (sortividad).
Los morteros aligerados con residuos poliméricos tienen menor densidad, lo cual
representa una ventaja. Sin embargo, presentan un problema con la absorción de
agua, ya que presentan valores mayores de esta propiedad. No obstante, al mezclar
PET con arena de río, la absorción de agua disminuye, aunque no se consiguen
morteros tan ligeros, por lo que aumenta la densidad en un 47%.
La sortividad es un parámetro indirecto para averiguar la porosidad del mortero
y en este estudio se concluye que al aumentar el porcentaje de residuo PET, aumenta
la porosidad en el interior del mortero respecto al mortero control.
El análisis para determinar la fluidez de la mezcla para cada uno de los
porcentajes indica que, cuanto mayor es el porcentaje de árido sustituido por residuo
plástico, mayor es la fluidez de la pasta, como consecuencia de la forma redondeada
del residuo y de su textura resbaladiza. De hecho, la mezcla que corresponde al 100%
de residuo PET aumenta en un 16% la fluidez sobre su valor normal.
Por el contrario, al llevar a cabo el estudio de resistencia a la compresión se
apreció que la resistencia se reduce hasta en un 42% para una mezcla del 100% de
PET respecto al mortero de control, es decir, el nivel de porcentaje de este residuo es
inversamente proporcional a la resistencia a compresión (Wang et al., 2009).
Considerando los resultados de estudios previos sobre morteros incorporando
materiales de desecho con reemplazos parciales de los áridos naturales, es
indiscutible que las modificaciones que ocasionan a los morteros pueden afectar a la
durabilidad y el rendimiento de estos materiales.
En estudios realizados por otros autores (Da Silva et al., 2014) se alcanzan
conclusiones similares. Por un lado, tanto la densidad aparente como las propiedades
mecánicas y módulo de Young disminuyen con la incorporación de PET debido a las
heterogeneidades creadas por los agregados en la mezcla de cemento.
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38
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Estos autores observaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM)
una adhesión completa entre la matriz de cemento y los agregados silíceos en los
morteros de control, mientras que en los morteros con agregados plásticos existen
vacíos entre estos agregados y la matriz.
En términos de absorción de agua los resultados de los estudios previos no son
muy consistentes e incluso pueden ser contradictorios. Esto depende del residuo
plástico utilizado como aligerante de morteros, aunque normalmente la absorción de
agua aumenta con mayor porcentaje de plástico. Los autores enlazan estos resultados
con la porosidad de los morteros debido a la mala adherencia entre la matriz y los
agregados plásticos.
En cuanto a la permeabilidad del aire, de nuevo influye la débil unión de la matriz
y el árido plástico que aumenta la porosidad del mortero y, por lo tanto, la
permeabilidad de aire a medida que se incrementa el porcentaje de residuo en el
mortero (Da silva et al., 2014).
El trabajo de Ru-shi et al. (2013) realiza una serie de experimentos para el
estudio de las características de combustión de la espuma de poliestireno extruido
(XPS). La temperatura de ignición de la espuma se estudió por dos medios diferentes.
Los resultados muestran que el punto de ignición de la espuma de poliestireno extruido
es de aproximadamente 355ºC.
Otros estudios incluyen espuma de poliestireno expandido (EPS). Como por
ejemplo la investigación de Ferrándiz-Mas et al. (2014), cuyo objetivo fue desarrollar
morteros de cemento ligeros con buenas propiedades de aislamiento térmico,
mediante la incorporación de poliestireno expandido (EPS) y cenizas de lodo de papel
(PSA), los cuales son materiales de desecho que ocasionan problemas
medioambientales. Los morteros formados tenían baja conductividad térmica y baja
densidad aparente en comparación con las muestras de control. El EPS molido
produjo muestras de conductividad térmica más baja que en polvo. Los morteros que
usan eficientemente los recursos que contienen hasta un 20% de PSA y un 60% de
EPS se consideran adecuados para su uso en aplicaciones de enlucido.
San-Antonio-González et al. (2015) estudian las propiedades físicas y mecánicas
de un nuevo material de construcción ligero fabricado con yeso y poliestireno extruido
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(XPSw). Para ello, los materiales compuestos preparados con diferentes porcentajes
y tamaños de partículas de estos residuos se probaron por su absorción capilar,
densidad, dureza de la superficie de la orilla C, resistencia mecánica y
comportamiento térmico. Además, la interfaz de los materiales se observó mediante
microscopía electrónica de barrido (SEM). Los resultados muestran que la
incorporación progresiva de un porcentaje creciente de XPSw mejora la absorción
capilar y la resistencia térmica del compuesto de yeso y disminuye su densidad y
resistencia mecánica.
Otro estudio posterior, centrado en el consumo de energía en los edificios y
materiales de construcción de baja conductividad térmica elaborado por Adili et al.
(2016), prepara muestras de mortero de peso ligero con un porcentaje diferente de
perlas de poliestireno y virutas de madera que se caracterizaron térmicamente. Los
resultados obtenidos demuestran que las conductividades térmicas y las densidades
de las muestras elaboradas se han mejorado hasta el 71% y hasta el 36%,
respectivamente. Además, la colocación de un porcentaje de cemento por virutas de
madera y perlas de poliestireno conduce a una reducción de la energía total producida
y la emisión de CO2.
Ese mismo año Chikhi et al. (2016), realizan otro estudio sobre el hormigón de
poliestireno el cual engloba dos aspectos: el primero es medir las propiedades termo
físicas del hormigón de poliestireno y el mortero de cemento. El segundo aspecto es
estudiar el comportamiento hidrotérmico de estos materiales altamente heterogéneos
sometidos a alteraciones externas. Se utilizan aproximaciones numéricas y
experimentales. Los resultados muestran la ventaja de reemplazar el hormigón
ordinario por un hormigón de poliestireno en construcción.
En la tabla 4 se recogen los estudios previos realizados por otros autores.
María del Carmen Lillo León Valorización de residuos de espumas poliméricas en materiales de construcción
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Tabla 4: Estudios previos realizados por otros autores sobre el empleo de residuos plásticos
Residuo Cantidad % Propiedad Referencia
XPS - Temperatura de ignición Ru-shi et al. (2013)
EPS + PSA 0-60 Conductividad térmica y
densidad aparente
Ferrándiz-Mas et al.
(2014)
XPSw 1-4
Propiedades físicas y mecánicas: absorción
capilar, densidad, dureza superficial orilla C,
resistencia mecánica y comportamiento térmico
San-Antonio-González et al. (2015)
Poliestireno 0-4
Densidad, conductividad térmica, sorción isoterma,
comportamiento hidrotérmico
Chikhi et al. (2016)
XPS + madera 5-12
Conductividad térmica, propiedades mecánicas
(eficiencia de aislamiento térmico, módulo de ruptura,
resistencia a la tracción)
Adili et al. (2016)
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2. OBJETIVOS
El propósito del actual Trabajo Fin de Grado es la fabricación de morteros de
cemento para albañilería, con sustituciones parciales o totales de la arena
normalizada por el residuo poliestireno extruido reciclado (XPS), dando lugar a
morteros aligerados y estudiar las propiedades físicas y mecánicas para intervalos de
tiempo de endurecimiento de 7 y 28 días. De esta manera se conseguirán productos
sostenibles que mejorarán la gestión de estos residuos, pudiendo a la vez introducirlos
en el ámbito estructural con una correcta puesta en obra.
Se va a estudiar el posible uso de espumas poliméricas (espuma de poliestireno
extruido) como aligerante de morteros estudiando la influencia tanto de la cantidad de
residuo adicionado como sustitutivo del árido arena, como del tiempo de curado. Para
ello se establecerán las siguientes metas técnicas:
1. Dosificación de distintas mezclas en función de las propiedades físicas y
mecánicas deseadas mediante la introducción de espumas poliméricas como
sustituto de la arena en un 5, 10, 20, 30, 40, 50, 75 y 100% en volumen.
2. Caracterización de las distintas dosificaciones de morteros que cumplan con la
normativa específica de aplicación, determinando las propiedades físicas como
densidad aparente y absorción de agua por capilaridad; y las propiedades
mecánicas como resistencia a flexión y compresión.
3. Selección de los morteros que por su composición, contenido de residuos de
espumas, propiedades y coste los hagan competitivos frente a los morteros
fabricados con materiales tradicionales.
4. Estudiar la viabilidad económica de este material en el sector de la
construcción.
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3. MATERIALES Y ENSAYOS
3.1. Materiales
Las materias primas que se han utilizado en el proceso de elaboración de los
morteros aligerados con residuos poliméricos son (figura 8):
Cemento Portland de alta resistencia CEM II/A-V 42,5 R, suministrado por la
empresa HOLCIM S.A.
Arena estándar CEN según DIN EN 196-1:2005 (UNE-EN 196-1:2018) para
ensayos de morteros suministrada por el Instituto Eduardo Torroja.
Agua potable libre de sustancias perjudiciales que no alteren las propiedades
de la mezcla proveniente del laboratorio de la Universidad de Jaén.
Residuos de espuma poliméricos triturados, espuma de poliestireno extruido
reciclado (XPS), procedente de la empresa Bandesur situada en el polígono
industrial Santa Ana, Alcalá la Real, Jaén.
Aditivo aireante plastificante concentrado para mortero, suministrado por la
empresa SIKA, S.A.U. situada en Huércal de Almería.
Figura 8: Materias primas para la elaboración de morteros
3.2. Proceso de caracterización de las materias primas
3.2.1. Proceso de caracterización del cemento Portland
El tipo de cemento que se debe de utilizar para la realización de morteros de
albañilería no viene especificado ni en la Norma UNE-EN 998-1:2018, ni en el Código
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Técnico de la Edificación (CTE). Sí se recomienda que las características de las
materias primas utilizadas ofrezcan un mortero que cumpla con los requisitos
contemplados en la norma.
Para el actual Trabajo Fin de Grado se ha utilizado un cemento bastante común
en la práctica y con una influencia importante para las prestaciones finales que se
necesitan. Se trata del cemento Portland CEM II/A-V 42,5 R, cuya clase resistente
normal llega a los 42,5 MPa después de 28 días de curado.
La utilización del cemento en el TFG necesita un análisis previo mediante
técnicas que se desarrollan en el próximo punto.
3.2.1.1. Determinación de humedad, PH y superficie específica
Para determinar la humedad del cemento Portland se deja secar a la temperatura
de 105ºC hasta que se obtiene una masa constante. El contenido de humedad se
determina como el cociente entre la masa de la probeta húmeda menos la masa de la
muestra en seco con respecto a la masa de la probeta húmeda.
El PH se calcula con un PH metro de sólidos PCE Instrument (PCE-PH20S).
Por último la superficie específica del cemento Portland se mide mediante el
método de Blaine (Cebrián y Pisonero, 1971).
3.2.1.2. Distribución granulométrica
Para obtener la distribución granulométrica del cemento Portland se utiliza el
equipo Malvem-Mastersizer 2000. Este equipo requiere que el material sólido se
presente de forma dispersa en un medio líquido, comprendido en un rango entre 0,02-
1500 micras y con la ayuda de la tecnología de difracción de luz láser.
3.2.1.3. Análisis elemental (CHNS-O)
El análisis elemental se realiza para determinar cuantitativamente el carbono,
hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno que contiene el cemento Portland.
La técnica de análisis se hizo con un analizador CHNS-O convirtiendo los
elementos en gases simples mediante una combustión en condiciones óptimas de
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44
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temperatura con atmósfera de oxígeno puro, consiguiendo así una determinación
cuantitativa.
3.2.1.4. Estudio microestructural (SEM)
Mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) se puede evaluar la
microestructura del cemento. Esta técnica permite averiguar la morfología de
materiales sólidos, gracias a imágenes de alta resolución con apariencia
tridimensional, usando interacciones electrón-materia.
El equipo para el estudio es un microscopio electrónico de trasmisión de alta
resolución (JEOL SM 840 y la Espectroscopia de Rayos X de Energía Dispersiva-
EDS) con el que se determina la relación de los constituyentes, siendo la tensión de
aceleración de 20 kV.
3.2.1.5. Análisis de difracción de rayos X (DRX)
En este análisis se determina cuantitativamente y cualitativamente la
composición mineralógica de los materiales, pudiendo diferenciar las diferentes fases
cristalinas o semicristalinas que contiene el cemento Portland. El procedimiento da
lugar a un haz de rayos X difractado en las tres direcciones del espacio, basándose
en la interacción de los rayos X con la materia.
William Henry Bragg y su hijo William Lawrence Bragg en 1913 explican la forma
de comprender y predecir la difracción de un cristal (Jenkis y Snyder, 1996):
𝑑 =𝑛 ∗ 𝜆
2 ∗ sin𝜃
Donde:
d: distancia entre planos
n: número entero
λ: longitud de onda de rayos X empleados
θ: ángulo entre el plano y el rayo
Las distancias se medirán en unidades de Angström (1 Å = 10-8 cm).
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45
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Además de este, disponemos de otro método que fue desarrollado por P. P.
Ewald, donde se explica de forma más eficiente los efectos de la difracción de rayos
X por medio de la red recíproca (Jenkis y Snyder, 1996). Dicha red se compone de
puntos definidos a partir de las longitudes proporcionales a λ/dhk l, originarias de las
líneas proyectadas desde un punto situado en el interior del cristal perpendicularmente
a los planos h, k, l (Taylor et al., 1978).
Las características de la red recíproca son (Taylor et al., 1978):
Los índices de capa punto de la red recíproca coinciden con los del plano que
la derivan.
Los ejes de la celda unitaria recíproca a*, b* y c*, son perpendiculares a (100),
(010) y (001), y a*= λ/d100, etc.
El análisis de difracción de rayos X se llevó a cabo mediante un difractómetro de
rayos X (X’Pert Pro MPD, PANanalytical) equipado con monocromador primario de Ge
(111), usando radiación con un haz monocromático Kα (λ= 1,5406 Å) y un detector de
rayos X. La posterior identificación de las fases cristalinas se ha llevado a cabo
mediante el software High Score Plus de PANalytical utilizando la base de datos
COD_201.
3.2.1.6. Espectrometría de fluorescencia de rayos X (FRX)
Esta técnica consiste en un análisis cuantitativo de constituyentes elementales
que forman una muestra a partir de un estudio de la excitación de los átomos
provocados por las emisiones de fluorescencia mediante una fuente de rayos X. El
equipo usado en el ensayo es el espectrómetro de FRX Philips Magix Pro (PW-2440).
En el interior del espectro cada elemento tiene una radiación incidente particular que
elimina electrones de las capas internas del átomo y reemplaza los electrones que
anteriormente ocupaban capas exteriores.
3.2.2. Proceso de caracterización del poliestireno extruido
En el actual TFG la espuma de poliestireno extruido usada como sustitución por
la arena para morteros procede de envases destinados para la industria alimentaria y
se caracteriza por ser un material polimérico termoplástico con una estructura celular
cerrada y rígida, rellena de poros con aire, ofreciendo al material una densidad
María del Carmen Lillo León Valorización de residuos de espumas poliméricas en materiales de construcción
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aparente muy leve. El residuo de partida que se utiliza en el laboratorio no tiene una
composición fija, ya que contiene parte pura y parte reciclada con aditivos.
La densidad del XPS se calcula dividiendo el peso medio de las probetas entre
un volumen conocido.
3.3. Realización de las probetas de mortero
Todas las probetas se realizan en el laboratorio A3-907 de la Escuela Politécnica
Superior de la Universidad de Jaén.
Para la preparación, amasado y curado de tales probetas de mortero se tomará
como referencia la norma UNE-EN 196-1:2018. La cantidad de una parte de arena
estará compuesta por la corresponiente suma de espuma de poliestireno extruido y
arena.
3.3.1. Elaboración de las mezclas
Para la elaboración de las probetas se seguirá el siguiente procedimiento:
1. Cada material utilizado (cemento, agua, arena y espuma) se pesará en una
balanza de presión (figura 9) lo que nos permitirá obtener los porcentajes de
sustitución de arena por XPS del 5% al 100% en volumen.
Figura 9: Balanza de presión
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2. El mortero se amasa en una amasadora de morteros (figura 10) que deberá de
cumplir la norma UNE EN 196-1:2018 en el siguiente procedimiento:
- El primer paso consistirá en mezclar en el recipiente de acero inoxidable
el agua junto al aditivo con el cemento.
- Se enciende la amasadora activando una pala (figura 11) a velocidad
lenta durante 30 segundos. Los detalles del movimiento se recogen en
la tabla 5.
- Inmediatamente, durante 30 segundos adicionales, se introducen la
arena y espuma correspondientes para el porcentaje de sustitución por
la tolva colocada en la parte superior de la amasadora.
- Se continúa amasando durante 30 segundos más a velocidad rápida
(tabla 5).
- Se detiene la amasadora durante 90 segundos. En los primeros treinta
segundos se retira con una espátula metálica el material adherido al
recipiente y se coloca en el centro de la amasadora.
- Se continúa el amasado durante 60 segundos más a velocidad rápida.
Figura 10: Amasadora de mortero Figura 11: Recipiente y pala tipo
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Tabla 5: Velocidades de la pala mezcladora
Rotación (min-1) Movimiento planetario (min-1)
Velocidad lenta 140 ± 5 62 ± 5
Velocidad rápida 285 ± 10 125 ± 10
3. El enmoldado de las probetas debe ser inmediatamente después de la
preparación del mortero. Para ello se rellenan los moldes (figura 12) hasta la
mitad y se sacude con 60 golpes, utilizando para ello una mesa de sacudidas
para morteros motorizada (figura 13). Se añade la segunda capa de mortero
con un excedente y daremos 60 golpes más. Por último con una espátula que
tenga un borde liso y afilado se retira el exceso de mortero obteniendo la
superficie más lisa y uniforme posible.
4. Se dejan reposando en el laboratorio durante 24 horas a la temperatura de
21ºC y 60% de humedad debidamente etiquetadas (figura 14) para después
desmoldar.
Figura 12: Moldes normalizados Figura 13: Mesa de sacudidas para mortero
motorizada
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Figura 14: Moldes etiquetados
Para el desmoldado se afloja el tornillo que mantiene el molde totalmente fijado
y con un martillo se dan suaves golpes a las caras para no dañar las probetas (figura
15). Una vez que se han desmoldado los morteros se identifican en función del
porcentaje de sustitución de arena por XPS y los días de curado.
Figura 15: Desmoldado de probetas
5. El curado de las probetas se realiza en cámara climática donde las probetas se
encuentran a una temperatura de 20±1ºC y una humedad relativa mayor o igual
al 90%. Este curado durará 7 y 28 días para cada serie.
6. Pasado el debido tiempo de curado se sacan de la cámara climática y se
sumergen 24 horas en acetona dentro de un recipiente tapado para evitar que
el líquido pueda evaporarse (figura 16). Al sacarlas se dejan que se sequen al
aire en el laboratorio.
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Figura 16: Probetas recién sumergidas en acetona
3.4. Ensayos físicos
3.4.1. Densidad aparente de la probeta
Las probetas, tras haberse secado en la estufa a una temperatura alrededor de
60ºC, se pesan determinando su peso en estado seco (msec). El siguiente paso será
sumergir en agua las probetas durante 24 horas. Transcurrido este tiempo se retiran
las probetas del agua y con un paño se retira el exceso de agua. Se vuelven a pesar
para conocer el peso saturado (msat). Finalmente se sitúan las muestras en una cesta
sumergida por completo en agua sujeta a una de las balanzas del laboratorio (figura
17) anotando así su peso hidrostático (mh).
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Figura 17: Peso de una probeta en balanza hidrostática
La densidad aparente (kg/m3) en seco de una probeta dada de mortero
endurecido se determina dividiendo su masa en estado seco en estufa por el volumen
que ocupa cuando se sumerge en agua en estado saturado (UNE-EN 1015-10:2000).
El volumen de la probeta, en m3, se calcula por medio de la siguiente expresión:
𝑉𝑠 =𝑚𝑠,𝑠𝑎𝑡 − 𝑚𝑠,𝑖
𝜌𝑤
Donde:
Vs: volumen de la probeta endurecida en metros cúbicos
ms,sat: masa saturada
ms,i: masa hidrostática
ρw: densidad del agua en kilogramos por metro cúbico
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3.4.2. Absorción de agua por capilaridad
El coeficiente de absorción de agua por capilaridad se mide por la cantidad de
agua absorbida, en función de la superficie en contacto con el agua y del tiempo de
exposición.
La absorción de agua por capilaridad se realizará tras el ensayo de flexión, por
lo que las probetas ya estarán divididas en dos. Para cada mitad se impregnarán con
un material de sellado, como por ejemplo cera de parafina (figura 18), las caras
colindantes a la superficie por la cual la probeta se partió. La principal característica
de la cera de parafina es tener un punto de fusión elevado a 60ºC. Por ello, se meterán
en la estufa a una temperatura de 60±5ºC durante 24 horas para su secado
garantizando una capa uniforme.
Las probetas se colocan en una bandeja con las caras rotas (superficie de rotura)
de los prismas vueltas hacia abajo sobre unos soportes de plástico, de manera que
no toquen el fondo de la bandeja y se sumergen en agua hasta una altura de 5 a 10
mm (figura 19). Se debe asegurar la completa inmersión de las probetas con
superficies rugosas y evitar la formación de burbujas de aire (UNE-EN 1015-18:2003).
Figura 18: Cera de parafina
Figura 19: Semiprismas sumergidos sobre soportes de plástico
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Se retiran las probetas del recipiente después de 10 minutos, se elimina
rápidamente el exceso de agua con un paño y se pesan las probetas (M1). Se repite
el mismo procedimiento después de 90 minutos y se vuelven a pesar (M2).
El coeficiente de absorción de agua por capilaridad se calcula:
𝐶 = 0,1 (𝑀2 − 𝑀1) 𝑘𝑔/ (𝑚2 ∗ 𝑚𝑖𝑛0.5)
El resultado final es la media aritmética de los seis semiprismas que compone
cada mezcla.
3.5. Ensayos mecánicos
3.5.1. Resistencia a flexión
La resistencia a flexión se determina mediante el equipo MTS Insight 5 (figura
20) conectada a un ordenador que a través del software específico TestWorks (figura
21) muestra los resultados del ensayo.
Figura 20: Equipo MTS Insight 5
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Figura 21: Software TestWorks ensayo compresión mostrando resultados para serie M407
El prisma se coloca sobre dos puntos separados 10 cm entre sí que actúan como
apoyos, con su eje longitudinal normal a los soportes y una cara lateral colocada sobre
estos (figura 22). A continuación se ejerce la carga a velocidad constante a través de
un tercer apoyo situado centralmente entre los puntos de apoyo y sobre la cara lateral
opuesta del prisma
Figura 22: Probeta colocada para ensayo de flexión
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La resistencia a flexión de cada probeta (Rf) se calcula mediante la ecuación:
𝑅𝑓 = 1,5 ∗ 𝐹 ∗ 𝑙
𝑏3
Donde:
Rf: resistencia a flexión (MPa)
F: carga aplicada en la mitad del prisma en la rotura (N)
l: distancia entre los soportes (mm)
b: lado de la sección cuadrada del prisma (mm)
El resultado es la media aritmética de cada valor individual.
3.5.2. Resistencia a compresión
La resistencia a compresión se calcula tras el ensayo de absorción de agua por
capilaridad, una vez que las probetas ya están totalmente secas. Esta vez utilizaremos
el equipo MTS 810 Material Testing Systems (figura 23) obteniendo la resistencia a
compresión tras rotura a través de un ordenador conectado al equipo mediante un
software específico (figura 24).
Para cada ensayo colocamos cada semiprisma de la probeta en un dispositivo
dispuesto de manera que la máquina ejerce la presión sobre una sección del
semiprisma con dimensiones de 40x40mm.
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Figura 23: MTS 810 Material Testing Systems
Figura 24: Software TestWorks ensayo compresión mostrando resultados para serie M10028
La carga se aplica uniformemente a una velocidad de 2.400±200 N/s hasta la
rotura del semiprisma y la resistencia a compresión Rc se calcula:
𝑅𝑐 =𝐹𝑐
1600
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Donde:
Rc: resistencia a compresión (MPa)
Fc: carga máxima de rotura (N)
1600 = 40mm x 40 mm, es la superficie de los platos o placas auxiliares
El resultado final es la media aritmética de las seis probetas que componen
cada muestra obtenidas a partir del ensayo de flexión.
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4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. Caracterización de las materias primas
4.1.1. Caracterización del cemento Portland
- Humedad, pH, superficie específica y densidad relative
La tabla 6 recoge los valores obtenidos para las diferentes propiedades del
cemento Portland tipo II (CP):
Tabla 6: Propiedades cemento Portland tipo II
Muestra Humedad
(%) pH
Materia orgánica
(%)
Carbonatos (%)
Área superficial
(cm2/g)
Densidad aparente (g/cm3)
CP 0,25 11,8 - 16,98±0,96 3.670 2,84
La presencia de carbonatos en el cemento Portland es debido a la adición de
caliza (CEM tipo II).
Los valores de superficie específica del cemento Portland se han obtenido por el
método de Blaine (Cebrian y Pisonero, 1971), mientras que la densidad relativa se
obtiene mediante el frasco volumétrico de LeChatelier.
- Distribución granulométrica
La figura 25 muestra la distribución de partícula del cemento Portland que
presenta un tamaño medio de partícula D50 de 10,64 μm. El CP está formado por un
86,30% de partículas del tamaño de la arena, un 1,75% de partículas de tamaño de
limo y un 11,95% de partículas finas (<2mm). El 90% de sus partículas tienen un
tamaño inferior a 35,56 micras lo que indica finura importante del cemento Portland.
El tamaño de partícula fino influye en la actividad puzolánica debido al aumento de la
superficie específica de las partículas y de la velocidad de hidratación acelerando, por
tanto, el desarrollo de la resistencia (Agarwal, 2006).
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Figura 25: Distribución de tamaño de partícula del cemento Portland empleado como materia prima
Tabla 7: Porcentaje de partículas para CP
Particle size distribution (mm) CP (%)
Contenido en arcilla < 0,002 11,95
Contenido en limo (0,002-0,063) 86,3
Contenido en arena (0,063-2) 1,75
- Análisis elemental (CHNS-O)
El análisis CHNS-O (tabla 8) muestra que el cemento Portland no contiene
prácticamente nitrógeno, teniendo una presencia importante de azufre (0,42%). Su
contenido en carbono (0,66 %) proviene de la descomposición de la calcita.
Tabla 8: Análisis elemental (CHNS-O) de los residuos
Muestra %C %H %N %S
CP 0,657 ± 0,013 0,160 ± 0,011 0,003 ± 0,038 0,420 ± 0,012
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- Fluorescencia de rayos X (FRX)
La composición química del cemento Portland se ha determinado mediante FRX (tabla
9). El cemento Portland es rico en CaO (58,32%), presentando una cantidad
considerable de SiO2 (21,33%). Contiene también menores cantidades de Al2O3 (5,9
%) y Fe2O3 (3,9 %), destacando también la presencia de sulfatos SO3 (4,0%).
Tabla 9: Composición química del cemento Portland
Contenido en óxidos CP (%)
SiO2 21,33
Al2O3 5,89
Fe2O3 3,87
CaO 58,32
MgO 1,39
K2O 0,88
Na2o 0,91
MnO 0,06
TiO2 0,43
P2O5 0,08
SO3 4,03
ZnO -
Cl 0,08
Sr 0,07
Cr 0,02
Ni 0,01
Cu 0,03
Zn 0,03
Ba 0,07
Zr (ppm) 0,08
LOl 2,61
- Caracterización mineralógica (DRX)
En el patrón de difracción del cemento Portland (figura 26) se observan los picos
de difracción de silicato tricálcico o alita (C3S) y silicato dicálcico o belita (C2S).
Presentando en menor proporción aluminato tricálcico, 3 CaO·Al2O3 (C3A) y
aluminoferrita tetracálcica, 4 CaO·Al2O3·Fe2O3 (C4AF).
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Figura 26: DRX del cemento Portland
- Caracterización microestructural (SEM)
El estudio microestructural del cemento Portland se realizó mediante
microscopía electrónica de barrido y espectrometría de dispersión de energía de rayos
X (EDS) (figura 27). Aunque el cemento Portland presenta partículas esféricas
perfectas, la mayor parte son partículas angulares con formas irregulares. El análisis
EDS muestra que las partículas esféricas están compuestas principalmente por Si y
Al, conteniendo cantidades menores de K, mientras que las partículas angulares son
ricas en Ca conteniendo también Si, Al, Mg, Fe y S.
Figura 27: Imágenes SEM-EDAX del CP (4,5 Kx)
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4.1.2. Caracterización de residuo de espuma de Poliestireno extruido (XPS)
La espuma de poliestireno utilizada como sustito de la arena en la realización de
morteros de cemento procede del reciclaje de bandejas para productos alimenticios.
Este material es de naturaleza orgánica y por tanto no se puede aceptar como
árido granular tradicional, pero según la nota 1 de la Norma UNE-EN 13139/AC:2004
Áridos para morteros “para materiales no habituales de origen secundario, cuando se
pongan en el mercado como áridos, deben cumplir totalmente con esta norma y con
la reglamentación nacional sobre sustancias peligrosas, dependiendo del uso
previsto” (UNE-EN 13139/AC:2004).
Una de las propiedades que caracterizan al árido determinante en el
comportamiento y prestaciones finales del mortero es su granulometría, por este
motivo se han analizado las características geométricas de la espuma de poliestireno.
Las características geométricas del poliestireno utilizado están condicionadas
por el sistema de trituración empleado (figura 28), ya que cuando se han recepcionado
en el laboratorio se han mezclado con los demás componentes para la realización de
la mezcla de morteros y solo se le ha aplicado un comportamiento mecánico al
ensayar el mortero de cemento.
Figura 28: Espuma de poliestireno triturada
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El proceso de triturado es sencillo, ya que se realiza mediante un molino
convencional de cuchillas. Los esqueletos de las bandejas de poliestireno entran al
molino y tras el proceso de triturado se aspiran a tolvas para la distribución
granulométrica y posterior almacenado.
Las partículas trituradas presentan formas irregulares y con alta superficie
específica, por lo que se encuentran alejadas del árido granular estándar como es la
arena, a pesar de ello no sobrepasa el tamaño máximo del árido (2 mm) y, por tanto,
se utiliza como sustituto del árido convencional.
4.2. Composición de las probetas de mortero
Según la norma de métodos de ensayo de cementos UNE-EN 196-1:2018, la
composición del mortero debe estar formada por una parte de cemento, tres partes de
arena normalizada CEN y media parte de agua. La relación agua/cemento es de 0,5.
Por tanto, cada mezcla con la que se rellenan tres moldes para obtener tres
probetas debe estar compuesta de (450±2) g de cemento, (1.350±2) g de arena y
(225±1) g de agua.
Las proporciones utilizadas en la composición de las probetas de mortero
construidas para la experimentación de este Trabajo de Fin de Grado, que contienen
residuos de espuma de poliestireno extruido como forma de sustituir a la arena son:
Mortero de referencia, sin sustituto del árido: M0
Sustitución de un 5% en volumen de árido por XPS: ME5
Sustitución de un 10% en volumen de árido por XPS: ME10
Sustitución de un 20% en volumen de árido por XPS: ME20
Sustitución de un 30% en volumen de árido por XPS: ME30
Sustitución de un 40% en volumen de árido por XPS: ME40
Sustitución de un 50% en volumen de árido por XPS: ME50
Sustitución de un 75% en volumen de árido por XPS: ME75
Sustitución de un 100% en volumen de árido por XPS, es decir sustitución
total del árido: ME100
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La mezcla se compone por una parte de cemento Portland y tres partes de arena
más espuma, empleándose una relación (agua/cemento) igual a 0,5 en todas las
dosificaciones.
A continuación se resume el peso (g) que se requiere de arena para la
elaboración de una probeta de mortero de 40x40x160mm en sus distintos porcentajes,
para posteriormente calcular los porcentajes en volumen (ml) mediante su densidad,
ya que se conoce que 1.350 g de arena normalizada equivalen a 750 ml. A partir de
ahí, se calculan los porcentajes de espuma conociendo su densidad. Estos datos
anteriormente citados se recogen en la tabla 10.
Tabla 10: Porcentajes de arena y espuma para la elaboración de las mezclas
Arena Espuma
Muestra P (g) V (ml) P (g) V (ml)
M0 1350 750 0,00 0
ME5 1.282,5 712,50 1,47 37,50
ME10 1215 675 2,93 75
ME20 1080 600 5,87 150
ME30 945 525 8,80 225
ME40 810 450 11,73 300
ME50 675 375 14,70 375
ME75 405 187,50 26,40 562,50
ME100 0 0 35,16 750
Por lo que se han elaborado 9 tipos de morteros y se han curado durante 7 o 28
días. Cada molde de acero contiene tres probetas de 40x40x160 mm dispuestas
horizontalmente, de manera que se pueden preparar tres probetas simultáneamente,
obteniendo un total de 243 probetas para ensayar. La denominación utilizada será la
siguiente:
- La letra “M” indicativa de la palabra Mortero.
- La letra “E” indicativa de la palabra Espuma de poliestireno extruido, material
residual utilizado como sustituto de la arena.
- Los números 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 75 y 100 señalan el porcentaje de espuma
de la que se compone cada muestra.
- Los números 7 y 28 indican los días de curado a los que han sido sometidos
las probetas.
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Así, por ejemplo la denominación ‘ME507’ designa la Muestra de Espuma con
un 50% en volumen de sustitución de arena por residuo y 7 días de curado.
Para cada mezcla se ha mantenido la relación cemento/agua según la Norma
UNE EN 196-1:2018, ya que se conseguía una buena trabajabilidad de la mezcla. Las
probetas se han elaborado bajo condiciones de laboratorio a una temperatura de
20±2ºC, y el proceso de curado se ha realizado en cámara húmeda con una humedad
relativa superior al 95%.
4.3. Caracterización de los morteros
4.3.1. Densidad aparente
En la tabla 11 se recogen los valores medios de densidad aparente en kg/m3 de
las tres probetas que componen cada muestra de mortero aligerado con XPS para un
tiempo de curado de 7 y 28 días respectivamente. En las figuras 29 y 30 se
representan mediante gráficas. La densidad aparente dependerá fundamentalmente
de los componentes del mortero como arena y la espuma de poliestireno extruido,
además también se ve afectada por la reacción química que provoca la relación agua-
cemento, aunque en este estudio esta relación permanece constante.
Tabla 11: Densidad aparente para los morteros aligerados con XPS
7 días 28 días
Muestra Densidad aparente
(kg/m3) Desviación
típica Densidad aparente
(kg/m3) Desviación
típica
M0 1.849,75 6,39 1.945,28 10,19
ME5 1.955,23 129,56 1.878,58 4,56
ME10 1.719,29 3,58 1.868,05 5,70
ME20 1.703,66 9,59 1.812,08 16,21
ME30 1.630,58 11,71 1.752,20 4,12
ME40 1.696,01 9,71 1.668,01 10,07
ME50 1.674,31 10,64 1.686,29 3,69
ME75 1.315,75 11,62 1.376,42 21,53
ME100 955,85 2,86 938,08 17,39
Las gráficas en función de los días de curado, 7 y 28 respectivamente, muestran
que la densidad aparente disminuye a medida que se incrementan las cantidades del
residuo para ambos tiempos de curado. Por tanto, a mayor porcentaje de XPS la
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densidad aparente del mortero disminuye. Esto es lógico debido a que la densidad
relativa de la espuma de poliestireno extruido es mucho menor (39,1 kg/m3) a la del
árido arena (1.800 kg/m3).
El mortero de la probeta control (0% XPS) para 7 días de curado presenta un
valor de densidad aparente de 1.849,75 kg/m3. Sin embargo, el mortero con 100% de
sustitución de arena por XPS, presenta una densidad aparente de 955,85 kg/m3. La
disminución que se produce con la sustitución total de arena por el residuo XPS es
del 48,32%. Para los morteros tras 28 días de curado, el valor obtenido para la probeta
de control es de 1.945,28 kg/m3, y el obtenido para la probeta con 100% de sustitución
de arena por XPS, 938,08 kg/m3. La disminución que se produce en la densidad es
aún superior que para las probetas tras 7 días de curado, consiguiéndose una
reducción del 51,78%.
Figura 29: Densidad aparente probetas tras 7 días de curado
0
500
1000
1500
2000
2500
M07 ME57 ME107 ME207 ME307 ME407 ME507 ME757 ME1007
Den
sid
ad a
par
ente
(kg/
m3
)
% en vol. de XPS
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Figura 30: Densidad aparente probetas tras 28 días de curado
En cuanto a la influencia del tiempo de curado (figura 31), se puede apreciar
como las muestras de mortero tras 28 días de curado alcanzan valores ligeramente
superiores a los morteros tras 7 días de curado, excepto para las sustituciones del 5%
y 40%. La diferencia más representativa se obtiene para la probeta del 10% de
sustitución de arena por XPS con un 8,67% de aumento pasando de 1.719 a 1.868
kg/m3 cuando se incrementa el tiempo de curado de 7 a 28 días. Esto puede ser debido
a que a tiempos de curado de 7 días no se han completado las reacciones de
hidratación de los componentes del cemento formando mayor volumen de silicatos de
calcio hidratado, fases CHS a medida que se incrementa el tiempo de curado. Los
silicatos cálcicos hidratados son los responsables del endurecimiento del material, lo
que trae consigo que la red de poros sea más compacta y por tanto disminuye el
volumen de poros, aumentando así la densidad aparente de las muestras tras 28 días
de curado.
0
500
1000
1500
2000
2500
M028 ME528 ME1028 ME2028 ME3028 ME4028 ME5028 ME7528 ME10028
Den
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(kg/
m3
)
% en vol. de XPS
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Figura 31: Comparación densidad aparente probetas tras 7 y 28 días de curado
El valor de la densidad aparente fijado por la UNE-EN 998-2:2018 para calificar
un mortero como mortero aligerado es menor de 1.300 kg/m3, por lo que de acuerdo
con los resultados obtenidos solamente los morteros con una sustitución de la arena
por espuma igual al 100% se pueden considerar como ‘Mortero para albañilería ligero
(L)’.
Comparando los valores obtenidos para el mortero de control con inclusión del
aditivo aireante/plastificante (Sikamor) utilizado en este TFG respecto al mortero sin
aditivo estudiado en investigaciones anteriores (Ramírez, 2017) para 7 días de curado,
obtenemos densidades de 1.850 kg/m3 y 2.160 kg/m3 respectivamente. En el caso de
28 días, el mortero con inclusión de aditivo alcanza el valor de 1.945 kg/m3 y el mortero
sin aditivo 2.270 kg/m3. Para las muestras con inclusión de aditivo se extrae como
conclusión que la presencia de aditivo en el mortero reduce la densidad aparente. Esto
puede ser debido a que el aditivo produce un aumento de volumen que ocasiona la
oclusión de aire, dando lugar a una menor densidad.
En las muestras de 7 días de curado la mayor diferencia se encuentra en el
porcentaje del 10% de sustitución de arena por residuo XPS, donde para la muestra
de mortero con aditivo se obtiene un valor de 1.719 kg/m3 mientras que la densidad
aparente de la muestra de mortero sin aditivo es de 2.130 kg/m3, lo que se traduce en
una reducción del 19,29%. Para 28 días la diferencia más significativa se localiza en
0
500
1000
1500
2000
2500
M07 ME57 ME107 ME207 ME307 ME407 ME507 ME757 ME1007
Den
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(kg/
m3
)
% en vol. de XPS
7 días
28 días
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la muestra del 5% de sustitución de poliestireno, donde la reducción de densidad
aparente entre las muestras es del 15,36%.
Tabla 12: Densidad aparente para los morteros aligerados con presencia o falta de aditivo
Densidad aparente (kg/m3) 7 días 28 días
Muestra Con aditivo Sin aditivo Con aditivo Sin aditivo
M0 1.850 2.160 1.945 2.270
ME5 1.955 2.020 1.879 2.220
ME10 1.719 2.130 1.868 2.170
ME20 1.704 2.040 1.812 2.100
ME30 1.631 1.960 1.752 1.990
ME40 1.696 1.840 1.668 1.910
ME50 1.674 1.720 1.686 1.840
ME75 1.316 1.440 1.376 1.480
ME100 956 1.010 938 1.120
Figura 32: Comparación densidad aparente probetas con presencia o falta de aditivo tras 7 días de curado
0
500
1000
1500
2000
2500
M07 ME57 ME107 ME207 ME307 ME407 ME507 ME757 ME1007
Den
sid
ad a
par
ente
(kg/
m3
)
% en vol. de XPS
Con aditivo
Sin aditivo
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Figura 33: Comparación densidad aparente probetas con presencia o falta de aditivo tras 28 días de curado
4.3.2. Resistencia mecánica a flexión
La resistencia a flexión se relaciona directamente con la durabilidad del mortero.
Los resultados obtenidos en el ensayo de flexión para los morteros de poliestireno
extruido tras 7 y 28 días de curado se recogen en la tabla 13.
Tabla 13: Resistencia a flexión para los morteros aligerados con XPS
7 días 28 días
Muestra Resistencia a flexión (MPa)
Desviación típica
Resistencia a flexión (MPa)
Desviación típica
M0 6,51 0,17 6,10 0,37
ME5 5,36 0,28 5,57 0,64
ME10 4,46 0,26 5,38 0,29
ME20 4,31 0,38 4,85 0,36
ME30 3,93 0,28 4,89 0,09
ME40 4,38 0,13 4,05 0,25
ME50 4,08 0,48 3,88 0,17
ME75 1,64 0,17 2,14 0,29
ME100 0,59 0,09 0,81 0,04
En las figuras 34 y 35 se detalla la evolución de la resistencia a flexión que
presentan las probetas con la progresiva presencia del residuo XPS. Los morteros de
control presentan una resistencia a flexión inferior a 7 MPa tanto para 7 como para 28
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
M028 ME528 ME1028 ME2028 ME3028 ME4028 ME5028 ME7528 ME10028
Den
sid
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(kg/
m3
)
% en vol. de XPS
Con aditivo
Sin aditivo
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días de curado. De nuevo para ambos tiempos de curado la tendencia de la resistencia
a flexión es decreciente a medida que se incorporan cantidades crecientes de residuo.
Esta disminución puede estar relacionada con la porosidad en los morteros, ya que
de acuerdo con los datos de densidad aparente, la porosidad total se incrementa a
medida que se adicionan porcentajes mayores de residuo. Los poros actúan como
concentradores de tensiones, favoreciendo la transmisión de la carga formando
grietas.
Con edades de curado tempranas el mortero de la probeta control (0% XPS)
presenta un valor de resistencia a flexión de 6,51 MPa, mientras que el mortero con
100% de sustitución de arena por XPS, 0,59 MPa. La disminución que se produce
entre ambos es de un 90,95%. Para los morteros tras 28 días, el valor obtenido para
las probetas control es de 6,10 MPa, y el obtenido para la probeta con 100% de
sustitución de arena por XPS, 0,81 MPa. La disminución que se produce entre ambos
es de un 86,78%. Además se puede apreciar como con adiciones de residuo
superiores al 50% la resistencia a flexión de los morteros se reduce notablemente.
Figura 34: Resistencia a flexión probetas tras 7 días de curado
0
1
2
3
4
5
6
7
8
M07 ME57 ME107 ME207 ME307 ME407 ME507 ME757 ME1007
Res
iste
nci
a a
flex
ión
(M
Pa)
% en vol. de XPS
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Figura 35: Resistencia a flexión probetas tras 28 días de curado
En la gráfica comparativa de la influencia del tiempo de curado (figura 36) se
observa una pequeña influencia del tiempo de curado en la resistencia a la flexión.
De forma general, los valores de resistencia a flexión incrementan ligeramente cuando
el tiempo de curado se incrementa hasta 28 días. La diferencia más característica
acusada se encuentra en la sustitución del 30%, donde el valor de resistencia a flexión
aumenta de 7 a 28 días un 24,43%. Estos datos están de acuerdo con los datos de
densidad aparente, siendo mayor la resistencia a flexión a mayores tiempos de
curado. Posiblemente esto puede ser debido a la formación de mayor cantidad de
silicatos cálcicos hidratados responsables de la resistencia mecánica de los morteros.
0
1
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M028 ME528 ME1028 ME2028 ME3028 ME4028 ME5028 ME7528 ME10028
Res
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(M
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% en vol. de XPS
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Figura 36: Comparación resistencia a flexión probetas tras 7 y 28 días de curado
La figura 37 muestra cómo incluso para adiciones elevadas de XPS se produce
una distribución homogénea del residuo en la pasta. Las probetas corresponden al
0% - 20% - 50% - 75% - 100% de sustitución de arena por XPS respectivamente.
Figura 37: Distribución del residuo en las probetas
En cuanto a la influencia de la adición de aditivo (Ramirez, 2017), se puede
observar como de forma genérica las probetas de mortero con aditivo presentan
valores de resistencia a flexión inferiores a las de las probetas de mortero sin aditivo,
siendo la diferencia más notable en las probetas tras 28 días de curado. Esto puede
0
1
2
3
4
5
6
7
8
M0 ME5 ME10 ME20 ME30 ME40 ME50 ME75 ME100
Res
iste
nci
a a
flex
ión
(M
Pa)
% en vol. de XPS
7 días
28 días
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ser debido a la menor densidad y mayor porosidad total que presentan las probetas
que incorporan aditivo como indican los datos de densidad aparente.
Tabla 14: Resistencia a flexión para los morteros aligerados con presencia o falta de aditivo
Resistencia a flexión (MPa) 7 días 28 días
Muestra Con aditivo Sin aditivo Con aditivo Sin aditivo
M0 6,51 5,96 6,10 8,10
ME5 5,36 4,11 5,57 8,55
ME10 4,46 5,92 5,38 8,03
ME20 4,31 5,33 4,85 8,03
ME30 3,93 4,76 4,89 7,21
ME40 4,38 4,88 4,05 5,90
ME50 4,08 4,29 3,88 5,02
ME75 1,64 2,84 2,14 2,04
ME100 0,59 1,45 0,81 1,75
Figura 38: Comparación resistencia a flexión probetas con presencia o falta de aditivo tras 7 días de curado
0
1
2
3
4
5
6
7
8
M07 ME57 ME107 ME207 ME307 ME407 ME507 ME757 ME1007
Res
iste
nci
a a
flex
ión
(M
Pa)
% en vol. de XPS
Con aditivo
Sin aditivo
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Figura 39: Comparación resistencia a flexión probetas con presencia o falta de aditivo tras 28 días de curado
4.3.3. Absorción de agua por capilaridad
El ensayo de absorción de agua por capilaridad nos da una idea de la estructura
capilar que presenta la probeta en su interior. En función de la porosidad este tendrá
mayor o menor capacidad de retener agua. La porosidad en morteros es una
propiedad muy importante, ya que pueden presentarse problemas de humedad. Este
ensayo se realiza a las divisiones de las probetas de cada serie, obteniendo seis
semiprismas tras el ensayo de flexión para tiempos de curado de 7 y 28 días
respectivamente. Los datos obtenidos no van a ser representativos y no van a seguir
una tendencia clara, ya que el residuo empleado no es XPS puro, sino que se emplea
una mezcla de parte reciclada que puede contener aditivos y parte pura. Los
resultados se recogen en la siguiente tabla:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
M028 ME528 ME1028 ME2028 ME3028 ME4028 ME5028 ME7528 ME10028
Res
iste
nci
a a
fexi
ón
(M
Pa)
% en vol. de XPS
Con aditivo
Sin aditivo
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Tabla 15: Resistencia a flexión para los morteros aligerados con XPS
7 días 28 días
Muestra Coeficiente por
capilaridad kg/(m2*min0,5)
Desviación típica
Coeficiente por capilaridad
kg/(m2*min0,5)
Desviación típica
M0 0,19 0,01 0,19 0,12
ME5 0,20 0,01 0,18 0,10
ME10 0,21 0,01 0,23 0,12
ME20 0,23 0,01 0,22 0,14
ME30 0,26 0,02 0,22 0,16
ME40 0,28 0,01 0,24 0,12
ME50 0,25 0,02 0,26 0,16
ME75 0,21 0,06 0,43 0,24
ME100 0,12 0,05 0,28 0,35
La probeta sin porcentaje de sustitución (M0) para 7 días presenta un valor de
absorción de agua por capilaridad de 0,19 kg/(m2*min0,5), mientras que el mortero con
100% de sustitución de arena por XPS, presenta un coeficiente de absorción de agua
por capilaridad es de 0,12 kg/(m2*min0,5). La disminución que se produce entre ambos
es de un 36,84%. Para los morteros tras 28 días de curado, el valor obtenido para la
probeta de control es de 0,19, y el obtenido para la probeta con 100% de sustitución
de arena por XPS, 0,28. Hay un incremento del 44,27%.
Como se aprecia en la figura 40 la tendencia de absorción de agua por
capilaridad para las probetas de mortero tras 7 días de curado es creciente hasta el
porcentaje de sustitución de arena por XPS del 40%, a partir del cual se produce un
descenso. Para las probetas tras 28 días de curado sin embargo este crecimiento se
prolonga hasta el 75% y de nuevo decrece en el mortero del 100% de sustitución del
árido por XPS.
Hay que evitar valores elevados de absorción de agua por capilaridad, ya que
indicaría una elevada interconexión de poros que favorece el paso de agua por su
interior. De esta forma, al enfriarse el agua en los huecos de aire internos se pueden
producir condensaciones provocando manchas de humedad y además en el caso de
estar sometido a bajas temperaturas el mortero podría tener resistencia menor a las
heladas e intemperies.
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Figura 40: Absorción de agua por capilaridad probetas tras 7 días de curado
Figura 41: Absorción de agua por capilaridad probetas tras 28 días de curado
La disparidad de los resultados reside en la mezcla heterogénea del residuo de
partida compuesto por partes puras y partes recicladas. La parte reciclada, además,
puede contener aditivos. La conclusión frente a este ensayo es que no sería
representativo para el comportamiento de los morteros aligerados frente a la absorción
de agua por capilaridad, y por tanto, no se puede predecir cuál sería la tendencia.
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
M07 ME57 ME107 ME207 ME307 ME407 ME507 ME757 ME1007Co
efic
ien
te d
e ca
pila
rid
ad k
g/(m
2*m
in0,
5)
% de vol. en XPS
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
M028 ME528 ME1028 ME2028 ME3028 ME4028 ME5028 ME7528 ME10028Co
efic
ien
te d
e ca
pila
rid
ad k
g/(m
2*m
in0,
5)
% en vol. de XPS
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78
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4.3.4. Resistencia mecánica a compresión
Los resultados obtenidos en el ensayo de resistencia a compresión a partir de
las probetas se recogen en la tabla 16 y están representadas en las figura 42 y 43.
Tabla 15: Resistencia a compresión para los morteros aligerados con XPS
7 días 28 días
Muestra Resistencia a
compresión (MPa) Desviación
típica Resistencia a
compresión (MPa) Desviación
típica
M0 22,53 1,45 23,45 1,06
ME5 22,04 1,31 21,98 1,69
ME10 16,58 1,17 20,65 1,62
ME20 15,23 1,08 17,58 0,93
ME30 11,12 1,21 16,33 0,58
ME40 14,21 0,89 13,73 0,57
ME50 14,73 0,37 15,14 0,55
ME75 8,96 0,89 6,51 0,74
ME100 0,98 0,17 1,14 0,16
En las gráficas se aprecia un progresivo deterioro de la resistencia a compresión
de las probetas con la incorporación de cantidades crecientes de sustitución de arena
por espuma de poliestireno extruido. Para las probetas tras 7 días de curado la
resistencia a compresión disminuye dese 22,53 MPa (M0) hasta 0,98 MPa (ME100),
lo que representa una disminución del 95,65%. Para las probetas de mortero tras 28
días de curado la disminución es similar pasando de una resistencia a compresión de
23,45 MPa (M0) hasta el mímino valor de 1,14 MPa (ME100), lo que supone una
reducción de esta propiedad mecánica del 95,18%. Esta disminución puede ser
debida a la menor densidad de las probetas de mortero a medida que se incorporan
cantidades crecientes de residuo y por tanto a la mayor porosidad, así como a una
mayor discontinuidad de la interfase cemento-residuo XPS, debido a la menor
adhesión y resistencia del residuo XPS con respecto al árido arena.
En las probetas de mortero tras 7 días de curado (figura 42) se observa una
tendencia decreciente de la resistencia a compresión a media que se incorporan
cantidades crecientes de residuo XPS, excepto para los morteros que incorporan el
40% y 50% de sustitución donde los valores de resistencia mecánica a la compresión
aumentan. La misma tendencia en la resistencia a la compresión se observa para los
morteros tras 28 días de curado., a excepción del mortero que incorpora el 50% de
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residuo donde de nuevo hay un incremento. Esto podría deberse a algún error
experimental en algún paso de todo el proceso de elaboración de los morteros en el
laboratorio. Quedaría pendiente repetir las muestras para corroborar si los datos son
correctos.
La norma UNE-EN 998-1:2018 establece una resistencia mínima a la
compresión tras 28 días de curado de 6 MPa para morteros de juntas de particiones
y morteros de revoco y enlucido, por lo que, todos los morteros que incorporan
sustituciones de arena por XPS hasta el 75 % en volumen, es decir, todos los morteros
aligerados con XPS, excepto los morteros con 100% de residuo, cumplen los
requisitos de diseño.
Figura 42: Resistencia a compresión probetas tras 7 días de curado
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
M07 ME57 ME107 ME207 ME307 ME407 ME507 ME757 ME1007
Res
iste
nci
a a
com
pre
sió
n (M
Pa)
% en vol. de XPS
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Escuela Politécnica Superior de Jaén
Figura 43: Resistencia a compresión probetas tras 28 días de curado
En cuanto a la influencia del tiempo de curado, se puede observar que de forma
general la resistencia a compresión de los morteros es mayor a mayores tiempos de
curado (28 días). Este ligero incremento en la resistencia a la compresión puede ser
atribuido a un incremento de silicato de calcio hidratados (CHS) formados a mayores
tiempos de contacto, lo que produce un incremento del volumen de material
cementante en los morteros, como indican los datos de densidad aparente.
Figura 44: Comparación resistencia a compresión probetas tras 7 y 28 días de curado
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
M028 ME528 ME1028 ME2028 ME3028 ME4028 ME5028 ME7528 ME10028
Res
iste
nci
a a
com
pre
sió
n (M
Pa)
% en vol. de XPS
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
M0 ME5 ME10 ME20 ME30 ME40 ME50 ME75 ME100
Res
iste
nci
a a
com
pre
sió
n (M
Pa)
% en vol. de XPS
7 días
28 días
María del Carmen Lillo León Valorización de residuos de espumas poliméricas en materiales de construcción
81
Escuela Politécnica Superior de Jaén
Para estudiar la influencia de la adición de aditivo se han comparado los valores
obtenidos para el morteros con inclusión de aditivo respecto a los morteros sin aditivo
(Ramírez, 2017) (tabla 17 y figuras 45 y 46). Se puede observar que los morteros
control tras 7 días de curado, tienen resistencias a compresión de 22,53 y 32,84 MPa,
indicando un efecto negativo del aditivo respecto a esta propiedad mecánica. De igual
manera los morteros tras 28 días de curado presentan el mismo comportamiento
mecánico a compresión, obteniendo valores de resistencia de 23,45 MPa para el
mortero control sin aditivo, incrementando la resistencia a compresión hasta 46,01
MPa para el mortero control sin la adición de aditivo, lo que supone un incremento del
96,2%.
La tendencia es la misma para los morteros que incorporan el residuo XPS tanto
a los 7 como a los 28 días de curado. Esto puede ser debido a la reducción de la
densidad aparente que se obtiene con la adición del aditivo plastificante/aireante que
da lugar a morteros más porosos.
Por tanto, la adición del aditivo si bien tiene un efecto positivo en la densidad
aparente supone una merma de las propiedades mecánicas, resistencia a flexión y
compresión.
Tabla 17: Resistencia a compresión para los morteros aligerados con presencia o falta de aditivo
Resistencia a compresión (MPa) 7 días 28 días
Muestra Con aditivo Sin aditivo Con aditivo Sin aditivo
M0 22,53 32,84 23,45 46,01
ME5 22,04 16,52 21,98 56,78
ME10 16,56 34,12 20,65 38,79
ME20 15,23 28,68 17,58 34,33
ME30 11,12 27,14 16,33 27,30
ME40 14,21 18,15 13,73 24,34
ME50 14,73 18,48 15,14 17,82
ME75 4,17 11,99 6,51 12,32
ME100 0,98 4,22 1,14 3,18
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Figura 45: Comparación resistencia a compresión probetas con presencia o falta de aditivo tras 7 días de curado
Figura 46: Comparación resistencia a compresión probetas con presencia o falta de aditivo tras 28 días de curado
4.4. Posibles usos de los morteros ensayados
El mortero de cemento con agregado de residuo de poliestireno extruido
ensayado puede utilizarse según la norma europea para las siguientes aplicaciones
siempre que cumplan los requisitos mínimos.
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
M07 ME57 ME107 ME207 ME307 ME407 ME507 ME757 ME1007
Res
iste
nci
a a
com
pre
sió
n (M
Pa)
% en vol. de XPS
Con aditivo
Sin aditivo
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
M028 ME528 ME1028 ME2028 ME3028 ME4028 ME5028 ME7528 ME10028
Res
iste
nci
a a
com
pre
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n (M
Pa)
% en vol. de XPS
Con aditivo
Sin aditivo
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Según la Norma UNE-EN 998-2:2018 Morteros de albañilería designa a los
morteros con la letra ‘M’ seguida de la clase resistente a compresión en N/mm2,
de acuerdo con la tabla 18.
Tabla 18: Clases de mortero
Clase M 1 M 2,5 M 5 M 10 M 15 M 20 M d
Resistencia a compresión (N/mm2)
1 2,5 5 10 15 20 d
Siendo d la resistencia a compresión mayor de 20 N/mm2 y múltiplo de 5,
declarada por el fabricante.
Los morteros según las recomendaciones de aplicación para cada clase y
dependiendo del tiempo de curado, ya sea de 7 o 28 días, podrían actuar para
diferentes usos.
Las muestras con un tiempo de curado de 28 días se clasificarían:
- M20 (resistencia a compresión >20 N/mm2): M028, ME528, ME1028
- M15: ME2028, ME3028, ME5028
- M10: ME4028
- M5: ME7528
- M2,5: ME10028
Según la Norma UNE-EN 998-1:2018 Morteros para revoco y enlucido, los
morteros se clasificarán en categorías según sus valores en resistencia a
compresión (N/mm2) y valores de absorción de agua por capilaridad
(kg/m2*min0.5) para las siguientes propiedades como se recoge en la tabla 19.
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Tabla 19: Clasificación de las propiedades del mortero endurecido
Propiedades Categorías Valores
Intervalo de resistencia a compresión a los 28 días
(N/mm2)
CS I 0,4 - 2,5
CS II 1,5 - 5
CS III 3,5 - 7,5
CS IV ≥ 6
Absorción de agua por capilaridad a 28 días
kg/(m2*min0,5)
W0 No especificado
W1 c ≤ 0,40
W2 c ≤ 0,20
Tanto el mortero control como casi todos los morteros aligerados con XPS se
encuentran en la categoría más alta CS IV para una resistencia a compresión ≥ 6
N/mm2, a excepción de ME10028 que se encuentra en la categoría CS I con una
resistencia a compresión entre 0,4 y 2,5.
En cuanto al coeficiente de absorción de agua por capilaridad, todos los morteros
se clasifican en W1 ‘c’ ≤ 0,50 kg/m2*min0.5 a excepción de las muestras M028 y ME528
que se clasifican en W2 ‘c’ ≤ 0,20 kg/m2*min0.5. La mayoría de morteros aligerados
con XPS son apropiados para todo tipo de tareas de revoque y enlucido.
Según la Norma UNE-EN 13813:2014 Mortero para recrecidos y acabados de
suelos, los morteros se clasifican según la resistencia a compresión
indicándose con la letra ‘C’ seguida de la clase de resistencia a compresión en
N/mm2 como se recoge en la tabla 4.15 y según la resistencia a flexión
indicándose con la letra ‘F’ seguida de la clase de resistencia a flexión en
N/mm2.
Tabla 20: Clases de resistencia a compresión para morteros recrecidos y acabados de suelos
Clase C5 C7 C12 C16 C20 C25 C30 C35 C40 C50 C60 C70 C80
Resistencia a
compresión (MPa)
5 7 12 16 20 25 30 35 40 50 60 70 80
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A partir de esta clasificación se recogen en la tabla 21 los requerimientos
exigidos válidos para muestras con porcentaje de residuo de espuma de poliestireno
a 28 días de curado destinados a morteros autonivelantes. Según la UNE-EN
13318:2014 “autonivelante” es la capacidad de un mortero fresco para extenderse de
forma natural y dar lugar a una superficie plana y horizontal.
Tabla 21: Usos de morteros autonivelantes según su clase
Requerimiento Clase
mínima Composición adecuada
Revestimiento flotante y soporte de polietileno ≥ C20 M0, ME5, ME10
Revestimiento flotante, soporte de hormigón y espesor ≥ 40 mm
≥ C12 M0, ME5, ME10, ME20, ME30, ME40, ME50
Revestimiento flotante, soporte de hormigón y espesor 30 - 40 mm
≥ C20 M0, ME5, ME10
Revestimiento adherido y soporte de polietileno ≥ C20 M0, ME5, ME10
Revestimiento adherido, soporte de hormigón y espesor ≥ 40 mm
≥ C12 M0, ME5, ME10, ME20, ME30, ME40, ME50
Revestimiento adherido, soporte de hormigón y espesor 5 - 40 mm
≥ C20 M0, ME5, ME10
Revestimiento calefactado (suelo radiante): Mortero Autonivelante
≥ C20 M0, ME5, ME10
Revestimiento sobre capa de separación, soporte de polietileno y espesor ≥ 40 mm
≥ C12 M0, ME5, ME10, ME20, ME30, ME40, ME50
Revestimiento sobre capa de separación, soporte de polietileno y espesor 30 - 40 mm
≥ C20 M0, ME5, ME10
Revestimiento visto y soporte de polietileno u hormigón
≥ C25 -
Para la mayoría de las utilidades como morteros autonivelantes se pueden usar
los morteros con XPS M0, ME5, ME10, ME20, ME30, ME40, ME50. Para algunas
aplicaciones en las que se requiere menor resistencia a compresión se pueden utilizar
todos los morteros a excepción de ME100 y sólo en un requerimiento específico las
muestras con resistencia a compresión mayor a 25 MPa.
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5. ESTUDIO ECONÓMICO
Además de estudiar la aptitud y durabilidad de las probetas con espuma de
poliestireno extruido, sería interesante realizar un estudio económico que garantice
una buena elección de este material como residuo aligerante para albañilería. El
empleo de estos materiales afecta directamente a la mejora y sostenibilidad de gestión
de residuos.
El estudio económico de un mortero de cemento se refiere a una valoración
cuantitativa del coste del mortero. A continuación se detalla el desglose del coste de
las materias primas a pie de obra, ya que la confección de la mezcla y la colocación
en obra de los morteros es independiente del usuario.
Los precios de los materiales se han consultado en las diversas empresas
suministradoras de las materias primas utilizadas en la realización de estos morteros
de cemento aligerados, que incorporan XPS como agregado. El precio unitario de
cada material no incluye el coste de transporte hasta la obra, y se considera el precio
del agua suministrada por una acometida de agua municipal. Todas las materias
primas llegan listas para su uso. El coste de la espuma de poliestireno extruido incluye
únicamente el precio de la trituración de la espuma que se realiza en el punto de
producción del residuo, por lo que se suministra triturada al tamaño adecuado para su
uso.
Las densidades de las materias primas para calcular el precio por volumen a
partir del precio por tonelada son:
Tabla 22: Densidad de las materias primas
Densidad (g/cm3) Densidad (t/m3)
Cemento 2,84 2,84
Arena 1,80 1,80
Espuma 0,04 0,04
Agua 1,00 1,00
Aditivo 1,03 1,03
Para conocer el porcentaje que ocupa cada materia prima se calcula el volumen
en función de la masa que pese dicha materia prima y su densidad. Se repite este
María del Carmen Lillo León Valorización de residuos de espumas poliméricas en materiales de construcción
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cálculo para el cemento, arena, espuma, agua y aditivo. Una vez que se tienen todos
los volúmenes, se suman y se obtendrá el volumen total.
Con una simple equivalencia se puede obtener el porcentaje que ocupa cada
componente mediante el volumen que ocupa y el volumen total. Tales datos se
recogen en las tablas 23-32:
Tabla 23: Coste de las materias primas
€/t Densidad (t/m3) €/m3
Cemento 96,81 2,84 274,94
Arena 14,75 1,80 26,55
Espuma 29,39 0,039 1,15
Agua 1,27 1,00 1,27
Aditivo 3.738,9 1,03 3.851,07
Tabla 24: Precio por metro cúbico de mortero 0% XPS
M0 Porcentaje (%) Coste (€/m3) Precio (€/m3)
Cemento 13,98 274,94 38,44
Arena 66,17 26,55 17,57
Espuma 0,00 1,15 0,00
Agua 19,83 1,27 0,25
Aditivo 0,02 3.851,07 0,77
Precio total 57,03
Tabla 25: Precio por metro cúbico de mortero 5% XPS
M5 Porcentaje (%) Coste (€/m3) Precio (€/m3)
Cemento 13,98 274,94 38,44
Arena 63,01 26,55 16,17
Espuma 3,39 1,15 0,04
Agua 19,83 1,27 0,25
Aditivo 0,02 3.851,07 0,77
Precio total 55,67
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Tabla 26: Precio por metro cúbico de mortero 10% XPS
M10 Porcentaje (%) Coste (€/m3) Precio (€/m3)
Cemento 13,98 274,94 38,44
Arena 59,55 26,55 15,81
Espuma 6,54 1,15 0,08
Agua 19,83 1,27 0,25
Aditivo 0,02 3.851,07 0,77
Precio total 55,35
Tabla 27: Precio por metro cúbico de mortero 20% XPS
M20 Porcentaje (%) Coste (€/m3) Precio (€/m3)
Cemento 13,98 274,94 38,44
Arena 52,94 26,55 14,06
Espuma 13,31 1,15 0,15
Agua 19,83 1,27 0,25
Aditivo 0,02 3.851,07 0,77
Precio total 53,67
Tabla 28: Precio por metro cúbico de mortero 30% XPS
M30 Porcentaje (%) Coste (€/m3) Precio (€/m3)
Cemento 13,98 274,94 38,44
Arena 46,32 26,55 12,3
Espuma 19,86 1,15 0,23
Agua 19,83 1,27 0,25
Aditivo 0,02 3.851,07 0,77
Precio total 51,99
Tabla 29: Precio por metro cúbico de mortero 40% XPS
M40 Porcentaje (%) Coste (€/m3) Precio (€/m3)
Cemento 13,98 274,94 38,44
Arena 39,70 26,55 10,54
Espuma 26,40 1,15 0,30
Agua 19,83 1,27 0,25
Aditivo 0,02 3.851,07 0,77
Precio total 50,3
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Tabla 30: Precio por metro cúbico de mortero 50% XPS
M50 Porcentaje (%) Coste (€/m3) Precio (€/m3)
Cemento 13,98 274,94 38,44
Arena 33,09 26,55 8,79
Espuma 33,17 1,15 0,38
Agua 19,83 1,27 0,25
Aditivo 0,02 3.851,07 0,77
Precio total 48,63
Tabla 31: Precio por metro cúbico de mortero 75% XPS
M75 Porcentaje (%) Coste (€/m3) Precio (€/m3)
Cemento 13,98 274,94 38,44
Arena 19,85 26,55 5,27
Espuma 59,57 1,15 0,69
Agua 19,83 1,27 0,25
Aditivo 0,02 3.851,07 0,77
Precio total 45,42
Tabla 32: Precio por metro cúbico de mortero 100% XPS
M100 Porcentaje (%) Coste (€/m3) Precio (€/m3)
Cemento 13,98 274,94 38,44
Arena 0,00 26,55 0,00
Espuma 79,34 1,15 0,88
Agua 19,83 1,270 0,25
Aditivo 0,02 3.851,07 0,77
Precio total 40,34
Los porcentajes de cemento, agua y aditivo se mantienen constantes para todas
las mezclas por lo que su precio también. El aditivo es el componente más caro,
seguido del cemento y la arena.
La variación del precio dependerá de la espuma y de la arena. A mayor cantidad
de arena, mayor es el precio. Por lo tanto, el empleo del residuo XPS abaratará el
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coste del mortero obteniendo precios más bajos para porcentajes de sustitución más
altos.
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6. CONCLUSIONES
El objetivo de este TFG es estudiar la viabilidad de introducir espuma de
poliestireno extruido en morteros de cemento Portland como sustituto de la arena. Así
se ofrece una salida a un material residual y se obtienen materiales de construcción
más sostenibles.
Las conclusiones más importantes a destacar son:
La densidad aparente de los morteros, tanto para 7 como 28 días de curado,
disminuye a medida que se incrementan las cantidades del residuo. Por tanto,
a mayor porcentaje de XPS, menor densidad aparente. Además, se observa
que en las probetas con mayor tiempo de curado esta reducción es mayor,
obteniendo desde el menor porcentaje de sustitución (5% en volumen) hasta el
mayor porcentaje de sustitución (100% en volumen) una reducción de la
densidad del 51,78%. Según la norma UNE-EN 998-2:2018 el único mortero
que se puede clasificar como ligero con una densidad menor a 1.300 kg/m3 y
28 días de curado sería ME100. En cuanto a la influencia del tiempo de curado
se observa un ligero incremento de la densidad aparente a medida que se
incrementa el tiempo de curado, debido a una mayor proporción de silicatos
sódicos hidratados formados a tiempo de curado de 28 días. En cuanto a la
influencia de la adición de aditivo se extrae como conclusión que su empleo
disminuye la densidad aparente de los morteros.
Los resultados obtenidos en el ensayo a flexión determinan para ambos
tiempos de curado que la tendencia de la resistencia a flexión de los morteros
es decreciente a medida que se incorporan cantidades crecientes de residuo.
Así para los morteros tras 28 días de curado, el valor obtenido para las probetas
control es de 6,10 MPa, y el obtenido para la probeta con 100% de sustitución
de arena por XPS es de 0,81 MPa, lo que supone una disminución del 86,78%.
Con adiciones de residuo superiores al 50% la resistencia a flexión se reduce
notablemente. En concordancia con los datos de densidad aparente, se da una
mayor resistencia a flexión para mayores tiempos de curado. La influencia del
aditivo para ambos tiempos de curado disminuye los valores de resistencia a
flexión respecto a la no adición de aditivo.
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La gran disparidad entre los datos obtenidos para el ensayo de absorción de
agua por capilaridad indican que no van a ser representativos y no van a seguir
una tendencia clara, ya que el residuo empleado no es XPS puro, sino que se
emplea una mezcla heterogénea de parte reciclada que puede contener
aditivos y parte pura. No se puede predecir cuál sería el comportamiento de las
probetas frente a este ensayo.
La propiedad mecánica de resistencia a compresión experimenta un
progresivo deterioro con la sustitución creciente de arena por espuma de
poliestireno extruido para ambos tiempos de curado. En los morteros tras 7 días
de curado esta disminución del M0 al ME100 alcanza el valor del 96,65%.
Respecto a la influencia del tiempo de curado, se puede observar que la
resistencia a compresión de los morteros, en general, es superior a mayores
tiempos de curado (28 días). La inclusión de aditivo tiene un efecto negativo
sobre la resistencia a compresión de las probetas tras 7 y 28 días de curado.
El precio final del mortero depende tanto del coste de la materia prima como de
la cantidad de cada componente que se ha añadido. Conforme aumenta el
porcentaje de residuo de poliestireno extruido el precio del mortero es menor.
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