Estudios preliminares del cemento hidratado para su reutilización en geopolímeros

Abstract

[EN] The industry of construction is a huge waste producer. This work, developed from both materials and sustainability fields, pretends to evaluate the hydrated cement waste. The principal scope is to produce a new material manufactured from construction waste, fulfilling the next goals: help to close the life cycle of one of the components of concrete and make a new one binder whose new properties has less CO2 emissions. It was simulated a demolition waste under laboratory conditions from Hydrated and Carbonated Cement (HCC), which contains among other components, vitreous silica and alumina. In order to perform the synthetic manufacturing method, a forced carbonation process was realized, saturating that waste on two different atmospheres: a dry one, where relative humidity did not exceed 70% (Dry HCC), and other one with controlled low temperature of 5 1  ºC (Magallanes HCC), which permitted to decrease carbonation time from 15 days to 2 hours. On both situations, a fixiing process of CO2 was obtained. In order to determine the physicochemical properties of Dry HCC and of Magallanes HCC, as a geopolymer material, pastes and suspensions of calcium hydroxide with HCC were made. They were tested with thermogravimetry analysis and with pH and conductivity measurements which determines the capability of the HCC to fix the calcium hydroxide. It is shown that this material has a relative pozzolanic activity. In another aspect, pastes and mortars that were alkaline activated with sodium hydroxide (NaOH) and sodium silicate (Na2SiO3) were also studied. On Difraction of X-Rays (DXR) tests, it was observed that alkaline activated pastes from Dry HCC contains calcite and hydrotalcite, which was probably formed due to the alkaline medium. In addition, in alkali activated pastes from Magallanes HCC was detected a zeolitic compound like natrolite, which is another product from the evolution of NASH gel. In accordance to the Scanning Electro Microscopy (SEM), performed on activated pastes, the general microstructure had irregular formations, even though with laminar-crystal presences, which could be due to CASH formation. Additionally, the mechanical behaviour of the alkali activated Dry HCC mortars were analyzed, reaching compressive strengths of 14 MPa at 28 days, cured on wet chamber at 20ºC. Simultaneously, the Magallanes HCC reached compressive strengths of 20 MPa, at 7 days, cured on wet atmosphere, at 65 ºC. These results demonstrated that the material prepared from a HCC, that had a high content of CO2, had appropriated characteristics to be re-used as a construction material by an alkali activated binder.

[ES] La industria de la construcción es una gran generadora de residuos. Este trabajo, desarrollado desde el ámbito de los materiales y también desde el punto de vista de la sostenibilidad, pretende valorizar los residuos de cemento hidratado. Se persigue, a partir de residuos, fabricar un material que tenga un doble objetivo medioambiental: ayudar a cerrar el ciclo de vida de los materiales relacionados con hormigón y fabricar un nuevo conglomerante cuyas características puedan suponer menores emisiones de CO2. Se simuló en laboratorio un residuo de demolición, a partir del Cemento Hidratado y Carbonatado (CHC), el cual contiene, entre otros compuestos, sílice y alúmina vítreas; para ello se realizó un proceso de carbonatación acelerada, saturando con CO2 dicho residuo en dos tipos de ambientes; un ambiente seco, donde la HR no sobrepasaba el 70% (CHC Seco) y el otro un medio acuoso y frío con temperatura 5 1  ºC (CHC Magallanes), con el que se consigue disminuir el tiempo de carbonatación de 15 días a 2 h. En ambos casos se trata de una transformación con fijación de CO2. Para determinar las características fisicoquímicas y propiedades del CHC Seco y CHC Magallanes como material geopolimérico se procedió a realizar pastas y suspensiones de hidróxido cálcico/CHC ensayadas por análisis termogravimétrico (TG) y medidas de pH y conductividad eléctrica, donde se detecta la capacidad del CHC de fijar hidróxido cálcico. Queda demostrado, por lo tanto, que este material presenta cierta actividad puzolánica. En otro aspecto, también se estudiaron las pastas y morteros activados alcalinamente con hidróxido de sodio (NaOH) y silicato de sodio (Na2SiO3). En el ensayo difracción de rayos X (DRX) las pastas activadas alcalinamente a partir del el CHC Seco presentan calcita y hidrotalcita, probablemente este último formado por ese medio alcalino. Y en las pastas activadas a partir del CHC Magallanes se detecta un compuesto del tipo zeolítico como natrolita, que es otro producto de la evolución de los geles NASH. De acuerdo con la microscopia electrónica de barrido (SEM) realizada sobre las pastas activadas, la microestructura general es de aspecto irregular, aunque con presencia de cristaleslaminares, que podrían deberse a la formación de CASH. Adicionalmente se analizó el comportamiento mecánico de los morteros de CHC Seco activado alcalinamente, obteniendo resistencias a compresión de 14 MPa a 28 días curado en cámara húmeda a temperatura ambiente; paralelamente, con CHC Magallanes se obtuvo resistencias a compresión de morteros cercanas a 20 MPa a edades de 7d curadas en baño de 65 ºC. Estos resultados demuestran que el material proveniente de residuos relacionados con cemento hidratado, tras un proceso adicional para que esté convenientemente carbonatado, y por tanto con una cantidad significativa de CO2 fijado, posee características adecuadas para ser reutilizado como material de construcción a través de conglomerante de activación alcalina.