VALORIZACIÓN DE RESIDUOSINDUSTRIALES EN LA ELABORACIÓN DEMORTEROS SECOS

Prof. Dr. Luis Sánchez Granados

Dpto. Química Inorgánica Grupo FQM-175Universidad de Córdoba

Los países desarrollados generan grandes cantidades de residuos dedistinta procedencia Indispensable una gestión medioambientaladecuada.

El sector de la construcción además de permitir digerir ingentescantidades de productos admite una gama intensa de calidades, lo quepermite confeccionar una gran panorámica de materiales.

Las características del proceso productivo para la fabricación de cementos,morteros y hormigones permite reciclar y valorizar varios tipos de residuoscon las condiciones técnicas y ambientales óptimas.

Ley 10/1998 de Residuos Estrategia de gestión de residuos: Prevenir,Reutilizar, Reciclar y otras formas de Valorización.

MATERIALÁRIDOS PARAHORMIGÓN

ADICIÓN ALHORMIGÓN

MORTERO ÁRIDO LIGERO CEMENTO LADRILLOSAGUA PARAHORMIGÓN

Cenizas volantes de central térmicade carbón

Humo de sílice

Escorias dehorno alto

Granulada

Cristalizada

Escoria deacería dehornoeléctrico

Negra

Blanca

Residuos procedentes de lafabricación de hormigón preparado

Escombros de hormigón

Escombros de mampostería

Residuos deincineradoras urbanas

Cenizas volantes

Cenizas de hogar

Lodos dedepuradoras

Lodos

Cenizas deincineración

Neumáticos fuera de uso (NFU)

Utilización normal Utilización reducida pero con posibilidades reales Se ha realizado experimentación en laboratorio

APLICACIONES DE LOS RESIDUOS

Otros residuos estudiados:

o Cascarilla de arrozo Residuos de vidrioo Residuos de la industria de la maderao Residuos cerámicoso Residuos industria papelerao Residuos de la industria de los plásticoso Residuos sólidos urbanoso Residuos de pinturaso Residuos sanitarioso Residuos de la industria azucarerao Residuos de catalizadoreso Residuos de ferroaleaciones

VENTAJAS DEL EMPLEO DE RESIDUOS EN CONSTRUCCIÓN

Ventajas tecnológicas:o Aumento de las resistencias mecánicaso Aumento de la durabilidad frente al ataque de sulfatos y cloruroso Disminución del calor de hidratación

Ventajas económicas:o Sustitución de materias primas por los residuos de menor coste económico

Ventajas ecológicas:o Evita la ocupación de vertederoso Reducción de la explotación de canteraso Disminución del consumo energético y reducción de emisiones CO2

APLICACIONES DEL MORTERO SECO

o Morteros para mampostería

o Enlucidos

o Adhesivos de azulejos

o Lechadas para azulejos

o Lechadas impermeabilizantes

o Morteros auto-nivelantes

o Morteros reparadores

Materias primas en morteros

Aglutinantes Agregados Aditivos

* Aglutinantes minerales:

Cemento PortlandCemento de alúminaCementos especialesCal hidratadaYesoAnhidrita

* Aglutinantes poliméricos

SíliceCalizaDolomitaMarmolinaFílleres ligerosFílleres especiales

AntiespumantesAireantesRetardadoresAceleradoresEspesantesHidrofugantesPlastificantesSuperplastificantesPigmentos

MATERIALES CALIZOS PROCEDENTES DE LA

INDUSTRIA ALIMENTARIA (CONCHAS MARINAS)

COMPONENTES CONTENIDO / %

CaCO3 96

MgCO3 1.12

Humedad 0.79

NaCl < 0.1

Materia orgánica < 0.1

Fe2O3 95,36 ppm

El material calizo es proporcionado por la empresa Calizamar S.A.

MÉTODO DE PREPARACIÓNo Lavado de las conchas marinas para retirarle el componente salinoo Tratamiento térmico a alta temperatura para eliminar la humedad y

materia orgánicao Molienda del producto calcinado

ANÁLISIS MORFOLÓGICO DE LOS AGREGADOS CALIZOS (SEM)

CaCO3 mineral (2 – 6 m )

CaCO3 biológico (hasta 14 m )

Componentes

/ %

Mortero

A

Mortero

B

Mortero

C

Mortero

D

Cemento 10 10 10 10

SiO2 78 78 78 78

CaCO3

Mineral

12 8 4 --

CaCO3

Biológico

-- 4 8 12

DOSIFICACIONES DE LOS MORTEROS

Sustitución gradual de CaCO3 mineral por CaCO3 biológico desde el mortero A (sinCaCO3 biológico) hasta el mortero D (sin CaCO3 mineral)

0

2

4

6

8

10

902871

Dias de curado

Re

sis

ten

cia

a la

co

mp

resió

n /

N·m

m-2

MorteroA

MorteroB

MorteroC

MorteroD

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LOS MORTEROS

Aumento de la resistencia de los morteros al hacerlo elcontenido de CaCO3 de origen biológico

Mortero sin CaCO3 de origen biológico tras

28 días de curado

Mortero con CaCO3 de origen biológico tras

28 días de curado

SEM mortero con CaCO3 mineral y con CaCO3 biológico

La morfología acicular del CaCO3 biológico favorece elempaquetamiento proporcionando mayor resistencia al mortero

0 15 30 45 60 75 900,0

0,5

1,0

1,5

T = 150 a 450 ºC

MorteroA

MorteroB

MorteroC

MorteroDPé

rdid

a d

e p

eso

/

%

Dias de curado

0 15 30 45 60 75 900,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

MorteroA

MorteroB

MorteroC

MorteroD

T = 450 - 490 ºC

Dias de curado

Pé

rdid

a d

e p

eso

/

%

SiO2·CaO·2.5 H2O SiO2·CaO + 2.5 H2O Ca(OH)2 CaO + H2O

0 15 30 45 60 75 900,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

Pé

rdid

a d

e p

eso

/

%

T > 600 ºC

Dias de curado

MorteroA

MorteroB

MorteroC

MorteroD

CaCO3 CaO + CO2

Tanto la reacción de hidratación delcemento como el posterior procesode carbonatación ocurren de formamás rápida y extensa en losmorteros con CaCO3 biológico.

ANÁLISIS TÉRMICO DE LOS MORTEROS

0,01 0,1 1 10

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

MorteroA

MorteroB

MorteroC

MorteroD

Po

rosid

ad

/ %

Tamaño de poro / m

El mortero D a los 28 días presenta menor cantidad de mesoporos y

macroporos que el mortero A Mayor resistencia.

POROSIDAD - DISTRIBUCIÓN TAMAÑO DE PORO

Vmacrop

(cm3/g)Vmesop

(cm3/g)

Mortero A28 días

0,0974 0,0063

Mortero D28 días

0,0970 0,0059

NUEVAS FORMULACIONES DE MORTEROS

Componentes / % Mortero A Mortero E Mortero F

Cemento 10 9.5 9

SiO2 78 78 78

CaCO3 – Mineral 12 -- --

CaCO3 - Biológico -- 12.5 13

7 280,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0 MorteroA

MorteroE

MorteroF

Re

sis

ten

cia

a la

Co

mp

resió

n /

N·m

m-2

Dias de Curado

Posibilidad de disminución delcontenido en cemento con el usode CaCO3 biológico

Morteros más

económicos

LODOS DE ASERRADO DE GRANITO

Los lodos de granito estudiados proceden de la empresa Granitos de losPedroches S.A. (Grapesa).

Humedad de las muestras entorno al 20-28 % Necesario un proceso desecado hasta el 0-2 % para su empleo en morteros secos.

Sample SiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O TiO2 P2O5 L.O.I

GS-1 61,76 13,38 6,85 0,08 1,87 5,90 2,35 3,45 0,50 0,16 2,89

GS-2 61,52 13,53 8,75 0,08 1,01 5,73 2,56 3,18 0,46 0,18 2,18

GS-3 61,93 12,80 12,41 0,11 0,73 4,59 2,54 3,59 0,31 0,18 0,02

GS-4 58,57 12,01 16,36 0,14 0,59 5,68 2,41 3,29 0,31 0,16 0,13

GS-5 51,98 10,50 27,89 0,22 0,58 3,44 2,02 2,99 0,27 0,15 0,01

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL LODO

o Los elementos mayoritarios son Si, Al y Fe

o Fases minerales: cuarzo, feldespatos, micas, calcita, óxidos de hierro

0,1 1 10 100 1000

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

a

Vo

lum

e (

%)

Particle Size (µm)

GS-1

GS-2

GS-3

GS-4

GS-5

0,1 1 10 100 1000

b

CaCO3 filler

GS-5

c d

GRANULOMETRÍA Y MORFOLOGÍA DEL LODO

RESISTENCIA MECÁNICA DE LOS MORTEROS

0

1

2

3

4

5

6

7

Re

sis

ten

cia

a C

om

pre

sió

n /

N·m

m-2

Mortero A

Mortero B

Mortero C

Mortero D

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Re

sis

ten

cia

a C

om

pre

sió

n /

N·m

m-2

Mortero A

Mortero E

Mortero F

Mortero G

Conforme aumenta el porcentajede sustitución de cemento por lodo(5, 10 y 15 %) se produce unadisminución de su resistenciamecánica.

La sustitución del carbonato decalcio por lodo (20, 40 y 100 %)en el mortero provoca unaumento de su resistencia.

Pigmento GS precursor Temperatura / ºC Tiempo / h KNO3 / % L*/a*/b*

P1 GS-5 700 4 - 67.1/4.5/11.8

P2 GS-5 700 24 - 67.0/4.7/11.8

P3 GS-5 700 24 3 66.8/4.7/11.9

P4 GS-5 800 4 - 66.9/4.3/11.5

P5 GS-5 800 24 - 67.4/4.6/11.4

P6 GS-5 800 24 3 68.2/4.7/11.6

P7 GS-5 900 4 - 66.4/4.7/11.2

P8 GS-5 900 24 - 60.8/5.9/11.3

P9 GS-5 900 24 3 56.1/2.5/6.9

P10 GS-1 700 4 - 68.1/3.7/13.0

P11 GS-1 900 24 3 60.6/4.8/10.7

TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS LODOS PARA LA OBTENCIÓN DE PIGMENTOS

FOTOGRAFÍAS DEL LODO Y UNO DE LOS PIGMENTOS

0

5

10

15

20

25

a

Com

pre

ssiv

e S

trength

/ N

·mm

-2 Sample H

Sample I

Samples

Component H I

BL I 52.5 N 13.5 13.5

SiO2 -- --

Dolomite 77 77

CaCO3 filler 9.5 --

GS-pigment -- 9.5

MORTERO CON PIGMENTO

RESIDUOS INDUSTRIALES PROCEDENTES

DE PLANTAS DE COGENERACIÓN DE

BIOMASA EN EL DISEÑO DE MORTEROS

CON BASE CEMENTO

BIOMASA DEL OLIVAR

Subproductos susceptibles de valoración energética:

Orujo Orujillo Hueso de aceituna Poda de olivar

La energía se obtiene mediante un proceso de combustión de la biomasa que transcurreen distintas fases:

1. Secado de la biomasa (hasta 200 C),

2. Quema de volátiles con una combustión viva y turbulenta (200-800 C)

3. Combustión lenta de los sólidos (700-1100 C).

Cenizas volantes Escorias

COMPONENTE %

Pérdida al fuego 3.41

Sulfatos (SO3) 0.15

Al2O3 16.13

Fe2O3 6.29

CaO 17.56

MgO 9.68

CaO libre 0.25

SiO2 31.95

Na2O 2.42

Cl- 1.32

K2O 10.84

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS CENIZAS

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Q

Q

P

S

C Calcite

Q Quartz

S Sylvite

P Potlandite

C

Q

S

S

Lin

(C

ou

nts

)

2 - Theta - Scale

CARACTERIZACIÓN DE FASES CRISTALINAS (XRD)

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

CASH

Calcite

Portandite

460

550

3450

800

1050

1420

3640

3450

553

460

800

1085

Wave number (cm

-1

)

Cenizas Volantes Clase F, m=18 µm

Cia. Valenciana de Cementos Portland, S.A

Cenizas Biomasa Olivo, m=20 µm

Oleícola El Tejar

ESPECTROS FT-MIR

0

1

2

3

4

5

6

1

Resis

ten

cia

Co

mp

resió

n / N

·mm

-2

Referencia

M-1

M-2

M-3

M-4

MORTERO DE ALBAÑILERÍA - M5: RESISTENCIA A COMPRESIÓN

Sustitución 10, 20, 30 y 40 % de cemento por cenizas

0

1

2

3

4

5

6

7

1

Resis

ten

cia

Co

mp

resió

n / N

·mm

-2

Referencia

M-5

M-6

M-7

M-8

M-9

MORTERO DE ALBAÑILERÍA - M5: RESISTENCIA A COMPRESIÓN

Sustitución 20, 40, 60, 80 Y 100 % de carbonato cálcico por cenizas

CONCLUSIONES

o Los morteros admiten gran variedad de residuos sin alteraciónsustancial de sus propiedades originaleso Los residuos de morfología adecuada (forma y tamaño) sirven paraincrementar las resistencias mecánicas ahorro de cementoo Las propiedades cementantes de los residuos estudiados sondespreciableso El color de los morteros se puede conseguir también por valorizaciónde residuoso La aplicación industrial está sujeta a la disponibilidad de residuo(volumen de producción) y coste asociado a su valorización (proceso deadecuación y transporte)

Equipo de Trabajo

Prof. Julián Morales (UCO)Prof. Luis Sánchez (UCO)Lda. Paloma Ballester (Grupo PUMA)Lda. Isabel Mármol (Grupo PUMA)