Huella de carbono de sistemas conglomerantes: Cemento Portland / Ceniza volante / Cal hidratada

Abstract

[ES] La sustitución de Cemento Portland por Cenizas Volantes es una práctica bien conocida que resulta beneficiosa por varios motivos: 1. Se reduce la cantidad de Cemento Portland, lo que supone un ahorro económico y energético. 2. Se hace uso de un residuo, la ceniza volante, que de otra forma habría que gestionar. 3. Se reducen las emisiones de CO2, ya que se emplea menos Cemento Portland, producto que tiene asociada una elevada huella de carbono. Conseguir una importante reducción de huella de carbono de estas mezclas, implica que los porcentajes de sustitución de cemento por cenizas volantes sean elevados. Esto conlleva la necesidad de la adición de cal hidratada, a fin de compensar el posible agotamiento del hidróxido cálcico de la mezcla. De esta forma, se favorecen las reacciones puzolánicas y la producción de nuevos productos de reacción que aporten la adecuada resistencia mecánica al material preparado. La fabricación industrial de la cal hidratada también lleva asociada emisiones de CO2, por lo que es necesario optimizar la composición del sistema ternario Cemento Portland/Ceniza Volante/Cal Hidratada a fin de conseguir un conglomerante con buenas prestaciones mecánicas y la mínima huella de carbono posible. Los objetivos del trabajo son: 1. Calcular la Huella de carbono asociada a la preparación de sistemas conglomerantes Cemento Portland/Ceniza Volante/Cal Hidratada. 2. Optimizar la composición del sistema Cemento Portland/Ceniza Volante/Cal Hidratada para encontrar aquella que, manteniendo unas buenas prestaciones mecánicas, consiga la mínima cantidad de CO2 emitido en su preparación. 3. Proponer alternativas más sostenibles a este sistema, mediante el empleo de cal generada como residuo de otros procesos industriales. El plan de trabajo es el siguiente: - Búsqueda bibliográfica de trabajos que hayan estudiado sistemas similares. - Estudiar el proceso de fabricación de la cal y la huella de carbono asociada a su fabricación. - Partiendo de un conglomerante Cemento Portland/Ceniza Volante al que se le añade un porcentaje de Cal Hidratada con respecto al total de Cemento Portland/Ceniza Volante, de manera que la cal se agote debido a las reacciones puzolánicas, estudiar cómo varían las emisiones de CO2 en función de los porcentajes de cal añadida, comparándolo con el Cemento Portland puro. - Variar las proporciones de sustitución de la Ceniza Volante junto a las de Cal Hidratada y estudiar las emisiones de CO2 del sistema ternario Cemento Portland/Ceniza Volante/Cal Hidratada, comparándolo con el Cemento Portland puro. - Localizar industrias de las que se pueda extraer la cal como residuo de otros procesos industriales. - Una vez realizado este estudio para conglomerantes de sistemas ternarios Cemento Portland/Ceniza Volante/Cal Hidratada, estudiar las emisiones de CO2 para hormigones que empleen estos mismos sistemas conglomerantes.

[EN] The replacement of Portland Cement by Fly Ash is a well-known practice that is beneficial for several reasons: 1. The amount of Portland Cement is reduced, which represents an economic and energy saving. 2. Use is made of a residue, fly ash, which would otherwise have to be managed. 3. CO2 emissions are reduced, since less Portland Cement is used, a product that has a high carbon footprint associated with it. Achieving a significant reduction in the carbon footprint of these mixtures implies that the percentages of substitution of cement for fly ash are high. This entails the need for the addition of hydrated lime, in order to compensate for the possible depletion of calcium hydroxide from the mixture. In this way, pozzolanic reactions and the production of new reaction products that provide adequate mechanical resistance to the prepared material are favored. The industrial manufacture of hydrated lime is also associated with CO2 emissions, so it is necessary to optimize the composition of the ternary system Portland Cement / Fly Ash / Hydrated Lime in order to achieve a binder with good mechanical performance and the lowest possible carbon footprint. . The objectives of the work are: 1. Calculate the carbon footprint associated with the preparation of Portland Cement / Fly Ash / Hydrated Lime binder systems. 2. Optimize the composition of the Portland Cement / Fly Ash / Hydrated Lime system to find the one that, while maintaining good mechanical performance, achieves the minimum amount of CO2 emitted in its preparation. 3. Propose more sustainable alternatives to this system, through the use of lime generated as a waste from other industrial processes. The work plan is as follows: - Bibliographic search of works that have studied similar systems. - Study the lime manufacturing process and the carbon footprint associated with its manufacture. - Starting from a Portland Cement / Fly Ash binder to which a percentage of Hydrated Lime is added with respect to the total Portland Cement / Fly Ash, so that the lime is exhausted due to pozzolanic reactions, study how the emissions of CO2 as a function of the percentages of lime added, comparing it with pure Portland Cement. - Vary the replacement rates of Fly Ash together with Hydrated Lime and study the CO2 emissions of the ternary Portland Cement / Fly Ash / Hydrated Lime system, comparing it with pure Portland Cement. - Locate industries from which lime can be extracted as a waste from other industrial processes. - Once this study has been carried out for binders of ternary systems Portland Cement / Fly Ash / Hydrated Lime, study the CO2 emissions for concretes that use these same binder systems.