Resumen de Efecto de la incorporación de diferentes arcillas del sur de España en el desarrollo de sistemas cementantes de cenizas de biomasa de pinar y olivar-metacaolín activados alcalinamente

Dolores Eliche Quesada, Alexis Calero Rodríguez, Eduardo Bonet Martinez, Pedro J. Sánchez Soto, Luis Pérez Villarejo

• español

  El calentamiento global está ocasionado por la emisión de gases de efecto invernadero y es uno de los grandes problemas de la sociedad. La fabricación de cemento Portland conlleva la utilización de gran cantidad de recursos energéticos y el empleo de combustibles, lo que supone un impacto ambiental que afecta a diferentes áreas: la explotación de canteras, la emisión a la atmósfera de partículas y de elevadas cantidades de CO2. La búsqueda de nuevos cementos alternativos o denominados verdes es necesaria para limitar dichas emisiones. El cemento verde más prometedor es el cemento alcalino o cemento geopolimérico debido a sus propiedades y bajo impacto ambiental, siendo considerado el cemento del futuro. Se obtienen por la interacción química entre disoluciones fuertemente alcalinas y silicoaluminatos de origen natural, como las arcillas, o artificial como los subproductos industriales. El desarrollo de este material es ambientalmente sostenible, al emplear como materia prima subproductos y residuos industriales, requerir menor consumo de energía que el cemento Portland y reducir significativamente las emisiones de CO2. Con estos antecedentes, en esta investigación se ha estudiado el efecto de la incorporación como fuente de aluminosilicatos de diferentes arcillas de Bailén, tratadas térmicamente, en sistemas cementantes activados alcalinamente que emplean como materias primas metacaolín (MK) y el residuo cenizas de fondo de poda de pino y olivo (CFB). Como activador alcalino se ha utilizado una disolución de hidróxido de sodio (NaOH) en una concentración 8 M y silicato de sodio (Na2SiO3) en disolución. Además de los geopolímeros que contienen 33,33% de MK, un 33,33 % de CFB y un 33,33 % de diferentes arcillas, se ha preparado el geopolímero control que contiene MK y un 33,33% de CFB y que sólo contiene como precursor MK. Las relaciones molares Si / Al de los materiales activados alcalinamente varían desde 1.6 hasta 2.7 dependiendo de los precursores empleados. Los geopolímeros fueron curados en cámara climática a 60ºC en atmósfera saturada en agua durante 24 horas. Posteriormente, 313 fueron desmoldados y curados a temperatura ambiente durante 28 días. Tras el periodo de curado, los geopolímeros han sido caracterizados utilizando espectroscopía de infrarrojo por transformada de Fourier y difracción de rayos X. Se han determinado sus propiedades físicas, tales como densidad aparente, porosidad aparente y absorción de agua, propiedades mecánicas, como la resistencia a la compresión, y propiedades térmicas, como la conductividad térmica. Los resultados indican que la sustitución del 33,33 % en peso de MK por distintos tipos de arcillas produce un incremento en la densidad aparente, disminuyendo la porosidad aparente y la absorción de agua, de acuerdo con los datos de densidad real de los precursores. Con respecto a la resistencia a la compresión, todos los geopolímeros presentan mejores propiedades mecánicas que el geopolímero control, con valores de resistencia a la compresión mayor que el valor mínimo requerido estándar (10 MPa) para materiales de construcción aplicados con fines estructurales. Todos los geopolímeros presentan valores bajos de conductividad, entre 0,23 y 0,27 W/mk, lo cual les convierten en buenos materiales aislantes. Por tanto, se puede concluir que tanto las cenizas de fondo de biomasa como los distintos tipos de arcillas naturales de Bailén tratadas térmicamente son materias primas adecuadas para reemplazar al metacaolín en la fabricación de geopolímeros ya que los materiales de construcción obtenidos presentan unas adecuadas propiedades tecnológicas.

• English

  The global warming is caused by the emission of greenhouse gases and is one of the great problems of the society. The manufacture of Portland cement involves the use of a large amount of energy resources and the use of fuels, which implies an environmental impact that affects different areas: the exploitation of quarries, the emission to the atmosphere of particles and high amounts of CO2. The search for new alternative or green cements is necessary to limit such emissions. The most promising green cement is alkaline cement or geopolymeric cement due to its properties and low environmental impact, being considered the cement of the future. They are obtained by the chemical interaction between strongly alkaline solutions and silicoaluminates of natural origin, as clays, or artificial, as industrial by-products. The development of this material is environmentally sustainable, using as raw material byproducts and industrial wastes, it require less energy consumption than Portland cement and significantly reduces CO2 emissions. In this research, the effect of the incorporation as a source of aluminosilicates of different calcined clays of Bailén (Jaén, Spain) has been studied, in alkaline-activated cementing systems that use as base materials metakaolin (MK) and the residue, pine-olive pruning bottom ash (CFB). As an alkaline activator, a solution of sodium hydroxide (NaOH) in an 8 M concentration and sodium silicate solution (Na2SiO3) have been used. In addition to the geopolymers containing 33.33 wt % of MK, 33.33 wt % of CFB and 33.33 wt % of different clays, the control geopolymer containing MK and 33.33 wt % of CFB, and only MK as precursor has been prepared. The Si / Al molar ratios of alkaline-activated materials vary from 1.6 to 2.7 depending on the precursors used. The geopolymers were cured in a climatic chamber at 60 ° C in a saturated atmosphere of water for 24 hours. Subsequently, they were demoulded and cured at room temperature for 28 days. After the curing period, the geopolymers have been characterized using Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction. Physical properties, such as bulk density, apparent porosity and water absorption, mechanical properties such as compressive strength, and thermal properties, such as thermal conductivity, have been determined. 314 The results indicate that the replacement of 33.33 wt % of MK by different types of clays produces an increase in bulk density, decreasing apparent porosity and water absorption, according to the real density data of the precursors. With respect to compressive strength, all geopolymers have better mechanical properties than the control geopolymer, with compressive strength values greater than the minimum required standard value (10 MPa) applied for construction materials for structural purposes. All geopolymers have low thermal conductivity values, ranging between 0.23 and 0.27 W / mk, which make them good insulating materials. Therefore, it can be concluded that the biomass bottom ashes and the different types of calcined Bailén clays are suitable raw materials to replace the metakaolin in the manufacture of geopolymers, since the construction materials obtained have adequate technological properties.