Caracterización de compuestos eco-eficientes de yeso aligerado con residuo de poliestireno extruido (XPS)

Resumen

En España, el sector residencial es una de las actividades que menos ha evolucionado en los últimos años y que además tiene un mayor impacto ambiental, ya que contribuye en gran medida al consumo de recursos naturales y energía y a la generación de residuos. Una de las estrategias para modernizar este sector y a la vez reducir su impacto ambiental, es la actualización de los materiales tradicionales mediante el diseño de nuevos materiales eco-eficientes, que minimicen la explotación de recursos naturales, que ayuden a reducir el consumo de energía y que generan menor cantidad de residuos o ayuden a reducirlos. Por ello, el objetivo de esta Tesis Doctoral es ayudar a reducir el impacto ambiental del sector residencial mediante el diseño de un nuevo material eco-eficiente a partir de un compuesto de yeso al que se le incorpora residuo de poliestireno extruido proveniente de obras de construcción, con el propósito de obtener un material aligerado con propiedades térmicas mejoradas, a la vez que se reutiliza un residuo de construcción que de otra forma sería eliminado en vertedero o incinerado. Para el diseño de este material eco-eficiente se ha utilizado una metodología en la que se ha llevado a cabo un plan experimental para caracterizar los compuestos de yeso aligerados con residuo de poliestireno extruido. En este plan experimental se han incluido ensayos para determinar las propiedades físicas, mecánicas, frente al agua, térmicas y acústicas. Los resultados se han analizado estadísticamente mediante un análisis de la varianza y se han comparado con los resultados de otros compuestos de yeso aligerados. Por otra parte, se ha diseñado un índice de aligeramiento eco-eficiente que permite seleccionar los compuestos óptimos para una aplicación concreta. Una vez seleccionados los compuestos óptimos se ha evaluado su comportamiento térmico en sus aplicaciones para tres sistemas constructivos diferentes mediante simulación numérica. De los resultados obtenidos se ha observado que es posible aligerar los compuestos de yeso con residuo de poliestireno extruido, consiguiendo además mejorar el comportamiento térmico del compuesto final. De la comparación de las propiedades de este compuesto con compuestos de yeso aligerados con otros agregados, se ha observado que aunque en general la reducción de densidad de un compuesto de yeso conlleva considerables pérdidas de resistencia, en comparación con los otros agregados ligeros el compuesto de yeso aligerado con residuo de poliestireno extruido destaca porque la relación existente entre su reducción de densidad y la pérdida de dureza superficial, resistencia a flexión y adherencia superficial es bastante mejor que para el resto de agregados ligeros. Además, los compuestos con residuo de poliestireno extruido destacan por su elevada resistencia frente al agua y por su buena trabajabilidad en el amasado. Por otra parte, gracias al el índice de aligeramiento eco-eficiente se han obtenido los compuestos óptimos para tres aplicaciones: revestimiento, prefabricado para tabiques y prefabricado para falso techo. De su incorporación en tres sistemas constructivos mediante simulación numérica se ha observado que el uso del compuesto de yeso aligerado con residuo de poliestireno extruido permite aumentar la resistencia térmica de la envolvente de las viviendas. ----------ABSTRACT---------- In Spain, construction sector has not practicality evolved in the last years and it has a great environmental impact, as it contributes to the consumption of natural resources and energy and to the generation of waste. One of the strategies to modernize this sector and at the same time to reduce its environmental impact, is to update traditional materials by designing new eco-efficient materials that minimize the exploitation of natural resources, help reducing energy consumption and decrease waste generation. Therefore, the objective of this Doctoral Thesis is to help reducing the environmental impact of the construction sector by designing a new eco-efficient material from a gypsum composite with extruded polystyrene waste. With the purpose of obtaining a lightened material with improved thermal properties, while reusing a construction waste that would otherwise be disposed of in landfill or incinerated. For the design of this eco-efficient material a methodology has been used in which an experimental plan has been carried out to characterize lightweight gypsum composites with extruded polystyrene waste by their physical, mechanical, water resistance, thermal and acoustic properties. Results have been statistically analysed by analysis of the variance and have been compared with the results obtained by using other lightweight aggregates. On the other hand, an eco-efficient lightweight index has been designed to select the optimal eco-efficient lightweight composites for a specific application. Once the optimal composites have been selected, their thermal behaviour has been evaluated by numerical simulation in three different construction systems. From the results obtained, it has been observed that it is possible to reduce density and improve thermal behaviour of gypsum composites by incorporating extruded polystyrene waste. From the comparative analysis, it has been observed that in general the reduction of density of gypsum composite entails a considerable strength decrease. However, in comparison with other lightweight aggregates, gypsum composites with extruded polystyrene waste can be highlighted as their relationship between density reduction and the decrease of surface hardness, flexural strength and surface adhesion is much better than for the rest of the lightweight aggregates. In addition, composites with extruded polystyrene waste are notable for their high water resistance and good workability. The eco-efficient lightweight index has been used to obtain the optimal composites for three applications: plastering, partitions and false ceiling. These applications have been introduced in the three construction systems and thermal behaviour has been analysed through numerical simulation. From this, it has been observed that the use of lightweight gypsum composites with extruded polystyrene waste allows to increase thermal resistance of the building envelope.