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Evaluación y mejoramiento del desempeño como material cementante suplementario de un residuo de construcción y demolición (finos de excavación)

  • Autores: Hernan Gonzalo Yanguatin Botina
  • Directores de la Tesis: José Herney Ramírez Franco (dir. tes.), Jorge Iván Tobón (dir. tes.)
  • Lectura: En la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) ( Colombia ) en 2018
  • Idioma: español
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  • Resumen

    • En esta investigación se estudió la transformación de un residuo de excavación en un material cementante suplementario a partir de tratamientos térmicos, estableciendo la forma en que las características físicas y mineralógicas de este tipo de residuos influyen en su actividad puzolánica. De esta manera, se definió también un tratamiento mecánico para mejorar dicha actividad. La fase experimental inició con la toma de cinco muestras de arcillas residuales excavadas, que fueron caracterizadas química, física y mineralógicamente mediante fluorescencia de rayos X, granulometría laser, área superficial específica, difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y análisis termogravimétrico. Estas arcillas con un contenido de caolinita entre el 18% y el 42%, se calcinaron a 550 °C, 650 °C y 750 °C, con tiempos de residencia de 1 y 3 horas. La evaluación del efecto de estos tratamientos sobre el área superficial específica - BET de cada arcilla, mediante un experimento factorial de 2 factores (temperatura y tiempo) en un diseño de bloques completos al azar sin replica; mostró que ambos efectos fueron significativos con un nivel de confianza del 90%. Para cada tratamiento fue calculado el grado de deshidroxilación de las arcillas y la relación con las variables que presentan un efecto significativo, esto se determinó a partir de un modelo de regresión lineal múltiple. El modelo muestra que los mejores tratamientos térmicos corresponden a la calcinación a 550 °C por 1 hora y 650 °C por 3 horas, teniendo en cuenta también su efecto sobre las características físicas y la composición mineralógica. Posteriormente en un segundo muestreo y para la validación de estos tratamientos, se tomaron cinco arcillas excavadas con contenidos de caolinita entre el 20% y el 60%, evaluando el efecto sobre la superficie específica Blaine, el diámetro promedio de partícula, la distribución granulométrica y su composición mineralógica. La actividad puzolánica se evaluó en pastas de cal mezclada con cada arcilla calcinada, determinando el porcentaje de fijación de hidróxido de calcio, después de 7 y 28 días de hidratación. En morteros de cemento tipo A (moderado contenido de C3A) mezclado con cada una de las arcillas calcinadas se determinó su resistencia a la compresión a 7 y 28 días de curado, mientras que en pastas mezcladas con cemento tipo B (bajo contenido de C3A) se llevó a cabo el ensayo de Frattini a edades de 2, 7 y 28 días. Las arcillas excavadas calcinadas a 650 °C mezcladas con cal, presentaron los mayores porcentajes de fijación de Ca(OH)2; y estas mismas arcillas calcinadas y mezcladas con el cemento tipo B, muestran el desarrollo de actividad puzolánica tanto a 7 como a 28 días. Para estudiar el efecto de la temperatura de calcinación, el tiempo de curado y el tipo de muestra sobre la fijación de hidróxido de calcio, la reducción de [CaO] según Frattini y sobre la resistencia a la compresión de las arcillas calcinadas, se utilizó un experimento factorial de 2 factores en un diseño de bloques completos al azar sin replica. De igual forma, mediante un modelo de regresión lineal múltiple se determinaron cuáles son las características físicas y mineralógicas que tienen efectos significativos sobre la actividad puzolánica de las arcillas calcinadas. Para mejorar esta actividad puzolánica, las arcillas calcinadas fueron molidas mecánicamente durante 10 y 30 minutos; para luego ser mezcladas con el cemento tipo B en una proporción 1:5, y llevar a cabo el test de Frattini. Los resultados mostraron que a 7 días de edad, la mayor actividad puzolánica corresponde a las arcillas calcinadas a 650 °C y molidas durante 10 minutos. Luego estas mismas arcillas se mezclaron con el cemento tipo B en morteros, para determinar su resistencia a la compresión; los morteros con arcillas calcinadas cuyo contenido de caolinita fue superior al 50%, alcanzaron una resistencia mayor que la muestra control. Nuevamente, mediante un modelo de regresión lineal múltiple se determinaron cuáles características físicas y mineralógicas tuvieron efectos significativos sobre la actividad puzolánica de las arcillas calcinadas y molidas. Se concluye que la calcinación a 550 °C y 650 °C de arcillas residuales excavadas permite su uso como material cementante suplementario, cuya actividad puzolánica está determinada por el contenido de caolinita, la fase amorfa, la superficie Blaine y la temperatura de calcinación. El mejoramiento de esta actividad se logra con una molienda mecánica adicional a la activación térmica, en cuyo caso se encuentra determinada por el contenido de caolinita, su grado de orden, la fase amorfa y la superficie Blaine; obteniendo diferentes grados de reactividad para satisfacer restricciones de uso y costo energético.

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