UNIVERSITAT POLITÈCNICA VALÈNCIA
 
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Autor/a: Alba Font Pérez

Defensa:2016

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El hormigón celular tradicional (HCT) es un conglomerante a base de cemento portland, al que se adiciona un reactivo inorgánico, generalmente aluminio en polvo, que en contacto con el agua de amasado, se oxida liberando gas hidrógeno. El resultado es un material cuya configuración interna de microburbujas de aire, atrapadas en estado fresco, queda estabilizada tras un tratamiento de curado acelerado mediante autoclave. Se trata de un material de baja densidad y resistencia mecánica moderada, que permite reducir las cargas en elementos con poco requerimiento estructural. Además, su estructura alveolar le confiere propiedades aislantes, lo que resulta de gran interés desde el punto de vista de la eficiencia energética. Por contra, este tipo de hormigones requiere de elevadas cantidades de cemento portland, caracterizado por importantes emisiones de CO2 que resultan en la producción del Clinker. El término “geopolimérico” hace referencia al desarrollo de nuevos conglomerantes de activación alcalina, que permiten una reducción de la huella de carbono hasta niveles de un 80%. Se trata de precursores minerales procedentes, en algunos casos, de residuos industriales, que se activan mediante una disolución de elevada alcalinidad, resultando matrices cementantes estables. Este tipo de nuevos conglomerantes supone una alternativa de interés tanto desde el punto de vista medioambiental como económico frente al cemento portland. Por otra parte, el uso de polvo de aluminio comercial como reactivo inorgánico generador de burbujas también supone un elevado impacto económico y medioambiental, derivado de su proceso de obtención y tratamiento. Surge, así, la necesidad de proponer alternativas ecológicas, como es el tratamiento y uso de aluminio metálico residual. En el presente trabajo, se lleva a cabo el desarrollo de nuevos hormigones celulares geopoliméricos (HCG) en base a los conceptos de ecoeficiencia energética y sostenibilidad. Para ello, se emplea catalizador gastado del craqueo catalítico (CT) y escoria de alto horno (E), como materias primas en la elaboración de conglomerantes activados alcalinamente y, con el fin de generar la estructura celular de las matrices, se emplean dos tipos de residuo: a) papel de aluminio doméstico (PA); y b) virutas residuales de aluminio metálico procedente de procesos industriales (M). En primer lugar, se introduce el procedimiento correspondiente al diseño del material, determinación de la metodología de amasado y dosificación de los componentes. Para ello, se ha empleado aluminio comercial como aireante, y se ha elaborado materiales de referencia con cemento portland (C), residuo de catalizador (CT) y escoria de alto horno (E). Una vez solventados estos aspectos previos, se ha incorporado el aluminio reciclado en los sistemas celulares, tanto tradicional, como geopolimérico. Para ello ha sido necesario abordar los siguientes aspectos: a) idear un pretratamiento de molienda para que los residuos de aluminio tengan un tamaño adecuado para garantizar la reacción de aireación; y b) estudiar el efecto del aluminio alternativo en las matrices cementicias mediante la determinación de densidad natural y resistencia mecánica a la edad de 7 días. Adicionalmente, se ha estudiado la microestructura de las muestras, mediante termogravimetría (TG) y microscopía electrónica de barrido (SEM). A continuación, se ha procedido a la incorporación del aluminio reciclado en el proceso de molienda del catalizador gastado de craqueo catalítico. Se ha realizado una caracterización físico-química de la mezcla resultante y se ha incorporado como VI materia prima compuesta en el proceso de amasado. El hormigón celular resultante, deja de manifiesto una notable mejoría en el rendimiento del aluminio, al compararlo con los resultados obtenidos mediante el pretratamiento de ambos residuos por separado. La configuración interna de los hormigones celulares resulta un aspecto de suma importancia para el desarrollo de sus propiedades, tanto físicas como mecánicas y térmicas. Es por ello que se ha llevado a cabo una meticulosa caracterización de la red porosa de las muestras, complementando ensayos hídricos con microscopia óptica, microscopía electrónica de barrido (SEM) y metodologías computerizadas. Los resultados evidencian las diferentes configuraciones de red porosa que pueden adquirir, en función de dos factores: a) la tipología de aluminio empleado; b) el momento en que el aluminio es adicionado a las mezclas. Durante todo el procedimiento experimental, se ha controlado la reacción de aireación y el proceso de expansión del material. Además, se ha ideado un método de ensayo para la medición indirecta de la generación de hidrógeno resultante del uso de los distintos tipos de aluminio estudiados. Estos aspectos son determinantes para comprobar la efectividad del reactivo empleado, así como de gran utilidad, para fabricar hormigones celulares con una densidad preestablecida. Para terminar, en esta tesina queda demostrado el compromiso medioambiental que se asume con el desarrollo de los nuevos conglomerantes celulares geopoliméricos (HCG), mediante el cálculo de la huella de carbono, asociada al análisis de su ciclo de vida, en el proceso de obtención de constituyentes y producción del hormigón. En resumen, se puede concluir que la fabricación de hormigones celulares geopoliméricos (HCG) basados en residuo de catalizador (CT) y de escoria de alto horno (E) es factible y que requiere menor cantidad de polvo de aluminio que los tradicionales (HCT). Se ha demostrado que es posible sustituir el polvo de aluminio comercial por residuos de aluminio (papel de alumino o virutas), y que la molienda conjunta del precursor con el aluminio residual presenta resultados muy ventajosos. Desde el punto de vista medioambiental, se ha demostrado que estos hormigones celulares geopoliméricos presentan una menor huella de carbono, tanto en relación con las materias primas como en relación con el curado de los hormigones.