Multifuncionalidad de hormigones con adición de arcillas
- Autores: Ana María Martínez Serrano
- Directores de la Tesis: José A. Tenorio Ríos (dir. tes.), Carmen Andrade Perdrix (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat d'Alacant / Universidad de Alicante ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Pedro Garcés Terradillos (presid.), Miguel Ángel Sanjuán Barbudo (secret.), Amparo Moragues (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería de Materiales, Estructuras y Terreno: Construcción Sostenible por la Universidad de Alicante
- Materias:
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- Resumen
INTRODUCCIÓN Es evidente que en la actualidad nos encontramos inmersos en un grave problema como es el cambio climático, resultado este del aumento desmesurado de gases de efecto invernadero en la atmósfera. El cual afecta directamente al sector de la construcción, tanto es así que actualmente, se considera que la industria del cemento Portland representa entorno a un 7% del CO2 emitido a nivel mundial. Esto ha implicado que la industria cementera evalúe las posibles medidas a implementar para asegurar cero emisiones para el año 2050.
Creando así de forma urgente la necesidad de reducir las emisiones de CO2. Para ello se están estudiando los procesos para la producción de clínker, cemento, hormigón, así como los procedimientos de construcción y descarbonatación de aquellos materiales con base cemento tanto durante como después de su vida útil. Como respuesta a esto se está reduciendo de forma drástica la proporción de clínker en el cemento, reduciendo así la producción del mismo.
Esta tendencia en la reducción de la proporción de clínker utilizado se originó en los años 70, momento en que empezaron a utilizar las adiciones minerales para reemplazar el clínker, entre las que se encuentran las cenizas volantes, escorias de alto horno y otros subproductos industriales que en ese momento se acumulaban como desechos. Sin embargo, el uso de estas adiciones se encuentra bastante limitado en la actualidad puesto que las industrias originarias de los mismos han visto restringida su actividad por el mismo motivo que la producción de clínker.
Con el uso de estas adiciones no solo se consigue una reducción de la proporción de clínker utilizado y la consiguiente contribución a la reducción de las emisiones de CO2 sino también la mejora de las propiedades del propio cemento Portland.
Por ello es necesario el uso de nuevas estrategias tecnológicas puesto que las utilizadas hasta el momento son insuficientes de manera que sea posible alcanzar niveles de carbono neto cero, objeto a cumplir en el año 2050. Es así como surge el interés de estudiar el uso de otro tipo de adiciones minerales innovadoras, que permitan la reducción de gases de efecto invernadero sin alterar el comportamiento y prestaciones del cemento. Estas adiciones son arcillas de tipo laminar que se adicionan al cemento directamente, es decir, no necesitan precalcinación, concretamente se ha trabajo con hidrotalcitas, bentonitas y materiales de cambio de fase. Se trata de un enfoque novedoso puesto que hay pocos estudios entorno al uso de estas arcillas en el hormigón para aplicaciones estructurales.
DESARROLLO TÉCNICO Para alcanzar el objetivo general de esta tesis doctoral el cual se dirige hacia la obtención de nuevos materiales cementantes multifuncionales con menor contenido de clínker se han realizado los siguientes ensayos.
Inicialmente se estudió la compatibilidad de hidrotalcitas, bentonitas y materiales de cambio de fase de forma independiente con el cemento, valiéndonos para ello de estudios de las fases cristalinas mediante difracción de rayos X. También se estudiaron las resistencias a flexión y comprensión, con el fin de garantizar que el hecho de sustituir diferentes proporciones de clínker por estas adiciones no alteraba el comportamiento resistente de los nuevos materiales cementantes.
Tras estos ensayos de compatibilidad de los nuevos materiales con el cemento, se eligió el 10% como porcentaje de sustitución que no comprometía el comportamiento resistente de los nuevos materiales cementantes. Se estudió la durabilidad de los materiales resultantes de la sustitución del 10% del clínker por hidrotalcitas y bentonitas con los siguientes ensayos.
Ensayo de resistencia a sulfatos --> Método Koch Steineger Ensayo de resistencia a cloruros --> Método Integral Acelerado Ensayos de carbonatación natural y acelerada Por último se ensayaron los materiales resultantes tanto de la adición como del dopado con PCM: Ensayos de flexión y compresión para estudiar el comportamiento resistente de los nuevos materiales resultado de la adición del 10 y 20% de PCM.
Ensayos de calorimetría y conductividad térmica para los nuevos materiales resultado del dopado de diferentes cementos con parafina (PCM).
CONCLUSIONES De los estudios realizados durante esta tesis doctoral se puede concluir que tanto Bentonitas como Hidrotalcitas son compatibles con el cemento, puesto que no modifican las fases cristalinas del mismo así como tampoco perjudican la resistencias mecánicas del mismo. El comportamiento frente al ataque de sulfatos es positivo, obteniendo materiales cementantes más resistentes a este agente agresivo que el cemento Portland sin adición, excepto la hidrotalcita cálcica que no es resistente a sulfatos y por ello dejamos de trabajar con ella- No perjudica las resistencias mecánicas. En lo referente a la resistencia a los iones cloruros, con la adición de hidrotalcita magnésica y bentonita, se consigue reducir el coeficiente de difusión de los mismos.
Para la resistencia a carbonatación, se observa que con la adición de hidrotalcitas magnésicas y cálcicas no empeora el comportamiento del frente de carbonatación, lo cual es muy positivo puesto que el uso de adiciones suele ir de la mano de un empeoramiento del comportamiento frente a la carbonatación.
En cuanto a los estudios desarrollados con los materiales de cambio de fase (PCM), es posible dopar directamente el cemento con PCM, se ensayan varios tipos de cementos, e incorporarlos a la fases anhidras de los mismos. También es posible dopar las arcillas con PCM. Además el uso de PCM nos permite aumenta la capacidad calorífica y por tanto la inercia térmica del hormigón.
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