Prefabricados de cemento aligerados con residuos poliméricos industriales
- Autores: Sara González Moreno
- Directores de la Tesis: Verónica Calderón Carpintero (dir. tes.), Raquel Arroyo Sanz (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Burgos ( España ) en 2025
- Idioma: español
- Número de páginas: 182
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Ramírez de Arellano Agudo (presid.), Ángel Rodríguez Sáiz (secret.), Juan Manuel Manso Villalaín (voc.), Madelyn Marrero Meléndez (voc.), Mercedes del Río Merino (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería y Tecnologías Industrial, Informática y Civil por la Universidad de Burgos
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RIUBU
- Resumen
- español
La presente investigación tiene como objetivo principal evaluar la viabilidad técnica y ambiental de utilizar residuos industriales de poliuretano como sustitutos del árido en la producción de prefabricados de cemento, centrándonos en adoquines, bloques y baldosas aligeradas. Esta alternativa pretende promover la economía circular en el sector de la construcción, reduciendo el consumo de recursos naturales y minimizando los residuos enviados a vertederos.
El estudio se estructura en una fase experimental exhaustiva que incluye la caracterización de las materias primas, el diseño de mezclas con diferentes dosificaciones y la fabricación de prototipos. Todos los ensayos siguen normas europeas para evaluar propiedades físico-mecánicas clave como densidad aparente, dureza superficial, resistencia a compresión y flexión, comportamiento hídrico, resistencia al desgaste, reacción al fuego, permeabilidad al vapor de agua, y conductividad térmica, así como para pruebas de envejecimiento acelerado frente a ciclos de hielo-deshielo y cristalización salina. Las pruebas se han llevado a cabo tanto en muestras de referencia como en aquellas con elevados porcentajes de residuos de polímero como sustituto del árido.
Los resultados muestran una reducción significativa en la densidad, facilitando su manejo y transporte, sin comprometer otras propiedades como la resistencia mecánica y frente al fuego requeridas por la normativa vigente. El análisis del ciclo de vida (ACV) determina que la inclusión de estos subproductos reduce la huella de carbono, evidenciando una menor emisión de gases de efecto invernadero y optimizando el consumo energético.
Como parte del proyecto, se ejecuta un demostrador real instalando los adoquines y bloques bajo condiciones operativas en situación real de prestación. Los resultados confirman la funcionalidad y durabilidad de estos materiales. Asimismo, se ha llevado a cabo una prueba piloto en colaboración con una empresa para evaluar la viabilidad técnica y el rendimiento de las baldosas de cemento con residuos de poliuretano. Se obtienen piezas siguiendo los procesos de mezclado, moldeado y compactado directamente en fábrica, presentando resultados muy prometedores con mejoras en resistencia, adherencia, desgaste y durabilidad.
En resumen, esta Tesis Doctoral aporta soluciones innovadoras y aplicadas para el aprovechamiento de residuos industriales de base polimérica, destacando el potencial de esta estrategia para reducir el impacto ambiental del sector de la construcción, alineándose con los principios de la economía circular y la gestión responsable de materiales.
- English
The present research aims to evaluate the technical and environmental feasibility of using industrial polyurethane waste as a substitute for aggregate in the production of cement-based precast elements, focusing on pavers, blocks, and lightweight tiles. This alternative seeks to promote circular economy practices in the construction sector by reducing the consumption of natural resources and minimizing the volume of waste sent to landfills.
The study is structured into a comprehensive experimental phase that includes raw material characterization, mix design with different dosages, and prototype manufacturing. All tests adhere to European standards to evaluate key physical-mechanical properties such as bulk density, surface hardness, compressive and flexural strength, water behavior, wear resistance, fire reaction, water vapor permeability, and thermal conductivity. Additionally, accelerated aging tests were conducted to assess resistance to freeze-thaw cycles and salt crystallization. These tests were performed on both reference samples and those incorporating high percentages of polymer waste as aggregate replacement.
The results demonstrate a significant reduction in density, facilitating handling and transportation without compromising other properties such as mechanical strength and fire resistance required by current regulations. A life cycle assessment (LCA) confirms that incorporating these by-products reduces the carbon footprint, showing lower greenhouse gas emissions and optimized energy consumption.
As part of the project, a real-scale demonstrator was executed, installing pavers and blocks under operational conditions in a real-world performance scenario. The results confirm the functionality and durability of these materials. Additionally, a pilot test was carried out in collaboration with a company to evaluate the technical feasibility and performance of cement tiles with polyurethane waste. Pieces were manufactured using factory-based mixing, molding, and compacting processes, showing very promising results with improvements in strength, adhesion, wear resistance, and durability.
In summary, this Doctoral Thesis provides innovative and practical solutions for the utilization of polymer-based industrial waste, highlighting the potential of this strategy to reduce the environmental impact of the construction sector. It aligns with the principles of the circular economy and responsible waste management.
- español
