Reutilización de residuos de cerámica sanitaria en la fabricación de morteros de activación alcalina: uso como árido y como matriz

Abstract

[EN] At present, the construction industry and all those associated with this, are challenged to become more sustainable and friendly to the environment industry. One of the main problems generated portland cement manufacturing is the emission of CO2 into the atmosphere happens during its manufacturing process. In recent decades there is an increasing awareness of this problem, so the scientific community tries to find various alternatives that pose less greenhouse gas emissions and the search for alternative materials portland cement. In search of alterative materials are called alkali activated cements and geopolymer materials that are able to offer similar services or even higher than those obtained by the portland cement. Many of the geopolymer being studied and developed worldwide are made by turning waste materials derived from various industrial sectors. Shares of recovery of waste arising as a viable way to give a more sustainable construction industry focus. The generation of solid waste from the ceramic industry causes a visual impact of environmental surroundings by large areas covered in landfills and due to the large volume of waste generated in this type of activity The possible use of such waste in manufacturing geopolymer open a door using the nearly 14 tons of waste per month that occur in this type of material. So far the only action of reuse of the material has been its use as a substitute for natural coarse aggregates, but the least used and studied fraction is the fraction 0/4 mm. Therefore, in this study it was decided to use this fraction as fine aggregate and by previous milling as precursor material in the process of alkali activation. Before knowing the behavior of the material in this type of geopolymeric matrices was necessary to characterize the starting material for this crushing and grinding operations for conditioning the material is performed, a geometric physical characterization, mechanical and recycled aggregates was performed sanitary ceramics. The precursor material, powder of sanitary ware, was also characterized physically and chemically through tests laser granulometry, X-ray fluorescence analysis, thermogravimetric, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and finally a test electrical conductivity and pH to assess their pozzolanic activity. For the manufacture of mortars alkali activation ground residue precursor material as sanitary ceramics, four types of fine aggregates were used, and as activating solution, a mixture of sodium hydroxide and sodium silicate. These mortars were cured under different conditions of humidity and temperature; reaching good values of compressive strength (37.9 MPa at 28 days of curing in thermal bath at 65°C for mortars manufactured entirely from waste sanitary ware). In a last step and as a preliminary to future research study, an activator solution made from a mixture of rice husk ash and sodium hydroxide to the alkali activation of sanitary ceramics, to eliminate the commercial silicate used more economical and environmentally costly. 46.1 Mpa resistors 7 days of curing in heat bath at 65°C were reached. The results obtained in this TFM open the door to the use of various waste materials to generate geopolymeric matrices of good mechanical performance.

[ES] En la actualidad la industria de la construcción y todas aquellas asociadas a esta, se enfrentan al reto de transformarse en una industria más sostenible y amigable con el medio ambiente. Uno de los principales problemas que genera la fabricación de cemento portland es la emisión de CO2 a la atmósfera que sucede durante su proceso de elaboración. En las últimas décadas existe cada vez una mayor concienciación sobre este problema, por lo que la comunidad científica trata de buscar diversas alternativas que supongan una menor emisión de gases contaminantes, así como la búsqueda de materiales alternativos al cemento portland. Dentro de la búsqueda de materiales alterativos encontramos los denominados cementos activados alcalinamente o geopolímeros, materiales que son capaces de ofrecer prestaciones similares o incluso superiores a las obtenidas por el cemento portland. Muchos de los geopolímeros que se están estudiando y desarrollando a nivel mundial están fabricados mediante la activación de materiales residuales derivados de diversos sectores industriales. Las acciones de valorización de los residuos surgen como un camino viable para dar un enfoque más sostenible a la industria de la construcción. La generación de residuos sólidos de la industria cerámica causa una impacto visual del entorno medioambiental por los grandes espacios que abarca en los vertederos y debido al gran volumen de residuos que se generan en este tipo de actividad La posible utilización de dichos residuos en la fabricación de geopolímeros abriría una puerta de uso a las casi 14 toneladas de residuos al mes que se producen de este tipo de material. Hasta el momento la única acción de reutilización del material ha sido su utilización como sustituto de los agregados gruesos naturales, sin embargo la fracción menos usada y estudiada corresponde a la fracción de 0/4 mm. Por ello, en este trabajo se ha decidido utilizar esta fracción como árido fino y también, mediante molienda previa, como material precursor en el proceso de activación alcalina. Antes de conocer el comportamiento del material en este tipo de matrices geopoliméricas fue necesario caracterizar el material de partida, para ello se realizaron operaciones de trituración y molienda para el acondicionamiento del material, se realizo una caracterización geométrica, mecánica y física de los áridos reciclados de cerámica sanitaria. El material precursor, polvo de cerámica sanitaria, también fue caracterizado física y químicamente a través de ensayos de granulometría laser, fluorescencia de rayos X, análisis de termogravimétrica, microscopia electrónica de barrido, difracción de rayos X, y finalmente un ensayo de conductividad eléctrica y pH para evaluar su actividad puzolánica. Para la fabricación de morteros de activación alcalina se utilizaron el residuo de cerámica sanitaria molido como material precursor, cuatro tipos de áridos finos, y como disolución activadora, una mezcla de hidróxido de sodio y silicato sódico. Dichos morteros fueron curados en diferentes condiciones de humedad y temperatura; alcanzando buenos valores de resistencia a compresión (37,9 Mpa a 28 días de curado en baño térmico a 65°C para morteros fabricados íntegramente por residuos de cerámica sanitaria). En una última etapa y como estudio preliminar a futuras líneas de investigación, se utilizó una solución

activadora fabricada a partir de una mezcla de ceniza de cascara de arroz e hidróxido sódico para la activación alcalina de la cerámica sanitaria, a fin de eliminar el silicato comercial, más costoso económica y medioambientalmente. Se alcanzaron resistencias de 46,1 Mpa a 7 días de curado en baño térmico a 65°C. Los resultados obtenidos en este Trabajo Final de Máster abren la puerta a la utilización de varios materiales residuales para la generación de matrices geopoliméricas de muy buenas prestaciones mecánicas.