VALORIZACIÓN DE RESIDUOS INDUSTRIALES EN LA …
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VALORIZACIÓN DE RESIDUOSINDUSTRIALES EN LA ELABORACIÓN DEMORTEROS SECOS
Prof. Dr. Luis Sánchez Granados
Dpto. Química Inorgánica Grupo FQM-175Universidad de Córdoba
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Los países desarrollados generan grandes cantidades de residuos dedistinta procedencia Indispensable una gestión medioambientaladecuada.
El sector de la construcción además de permitir digerir ingentescantidades de productos admite una gama intensa de calidades, lo quepermite confeccionar una gran panorámica de materiales.
Las características del proceso productivo para la fabricación de cementos,morteros y hormigones permite reciclar y valorizar varios tipos de residuoscon las condiciones técnicas y ambientales óptimas.
Ley 10/1998 de Residuos Estrategia de gestión de residuos: Prevenir,Reutilizar, Reciclar y otras formas de Valorización.
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MATERIALÁRIDOS PARAHORMIGÓN
ADICIÓN ALHORMIGÓN
MORTERO ÁRIDO LIGERO CEMENTO LADRILLOSAGUA PARAHORMIGÓN
Cenizas volantes de central térmicade carbón
Humo de sílice
Escorias dehorno alto
Granulada
Cristalizada
Escoria deacería dehornoeléctrico
Negra
Blanca
Residuos procedentes de lafabricación de hormigón preparado
Escombros de hormigón
Escombros de mampostería
Residuos deincineradoras urbanas
Cenizas volantes
Cenizas de hogar
Lodos dedepuradoras
Lodos
Cenizas deincineración
Neumáticos fuera de uso (NFU)
Utilización normal Utilización reducida pero con posibilidades reales Se ha realizado experimentación en laboratorio
APLICACIONES DE LOS RESIDUOS
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Otros residuos estudiados:
o Cascarilla de arrozo Residuos de vidrioo Residuos de la industria de la maderao Residuos cerámicoso Residuos industria papelerao Residuos de la industria de los plásticoso Residuos sólidos urbanoso Residuos de pinturaso Residuos sanitarioso Residuos de la industria azucarerao Residuos de catalizadoreso Residuos de ferroaleaciones
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VENTAJAS DEL EMPLEO DE RESIDUOS EN CONSTRUCCIÓN
Ventajas tecnológicas:o Aumento de las resistencias mecánicaso Aumento de la durabilidad frente al ataque de sulfatos y cloruroso Disminución del calor de hidratación
Ventajas económicas:o Sustitución de materias primas por los residuos de menor coste económico
Ventajas ecológicas:o Evita la ocupación de vertederoso Reducción de la explotación de canteraso Disminución del consumo energético y reducción de emisiones CO2
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APLICACIONES DEL MORTERO SECO
o Morteros para mampostería
o Enlucidos
o Adhesivos de azulejos
o Lechadas para azulejos
o Lechadas impermeabilizantes
o Morteros auto-nivelantes
o Morteros reparadores
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Materias primas en morteros
Aglutinantes Agregados Aditivos
* Aglutinantes minerales:
Cemento PortlandCemento de alúminaCementos especialesCal hidratadaYesoAnhidrita
* Aglutinantes poliméricos
SíliceCalizaDolomitaMarmolinaFílleres ligerosFílleres especiales
AntiespumantesAireantesRetardadoresAceleradoresEspesantesHidrofugantesPlastificantesSuperplastificantesPigmentos
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MATERIALES CALIZOS PROCEDENTES DE LA
INDUSTRIA ALIMENTARIA (CONCHAS MARINAS)
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COMPONENTES CONTENIDO / %
CaCO3 96
MgCO3 1.12
Humedad 0.79
NaCl < 0.1
Materia orgánica < 0.1
Fe2O3 95,36 ppm
El material calizo es proporcionado por la empresa Calizamar S.A.
MÉTODO DE PREPARACIÓNo Lavado de las conchas marinas para retirarle el componente salinoo Tratamiento térmico a alta temperatura para eliminar la humedad y
materia orgánicao Molienda del producto calcinado
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ANÁLISIS MORFOLÓGICO DE LOS AGREGADOS CALIZOS (SEM)
CaCO3 mineral (2 – 6 m )
CaCO3 biológico (hasta 14 m )
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Componentes
/ %
Mortero
A
Mortero
B
Mortero
C
Mortero
D
Cemento 10 10 10 10
SiO2 78 78 78 78
CaCO3
Mineral
12 8 4 --
CaCO3
Biológico
-- 4 8 12
DOSIFICACIONES DE LOS MORTEROS
Sustitución gradual de CaCO3 mineral por CaCO3 biológico desde el mortero A (sinCaCO3 biológico) hasta el mortero D (sin CaCO3 mineral)
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0
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902871
Dias de curado
Re
sis
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cia
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co
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resió
n /
N·m
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MorteroA
MorteroB
MorteroC
MorteroD
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LOS MORTEROS
Aumento de la resistencia de los morteros al hacerlo elcontenido de CaCO3 de origen biológico
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Mortero sin CaCO3 de origen biológico tras
28 días de curado
Mortero con CaCO3 de origen biológico tras
28 días de curado
SEM mortero con CaCO3 mineral y con CaCO3 biológico
La morfología acicular del CaCO3 biológico favorece elempaquetamiento proporcionando mayor resistencia al mortero
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0 15 30 45 60 75 900,0
0,5
1,0
1,5
T = 150 a 450 ºC
MorteroA
MorteroB
MorteroC
MorteroDPé
rdid
a d
e p
eso
/
%
Dias de curado
0 15 30 45 60 75 900,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
MorteroA
MorteroB
MorteroC
MorteroD
T = 450 - 490 ºC
Dias de curado
Pé
rdid
a d
e p
eso
/
%
SiO2·CaO·2.5 H2O SiO2·CaO + 2.5 H2O Ca(OH)2 CaO + H2O
0 15 30 45 60 75 900,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
Pé
rdid
a d
e p
eso
/
%
T > 600 ºC
Dias de curado
MorteroA
MorteroB
MorteroC
MorteroD
CaCO3 CaO + CO2
Tanto la reacción de hidratación delcemento como el posterior procesode carbonatación ocurren de formamás rápida y extensa en losmorteros con CaCO3 biológico.
ANÁLISIS TÉRMICO DE LOS MORTEROS
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0,01 0,1 1 10
0
2
4
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10
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14
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18
20
22
MorteroA
MorteroB
MorteroC
MorteroD
Po
rosid
ad
/ %
Tamaño de poro / m
El mortero D a los 28 días presenta menor cantidad de mesoporos y
macroporos que el mortero A Mayor resistencia.
POROSIDAD - DISTRIBUCIÓN TAMAÑO DE PORO
Vmacrop
(cm3/g)Vmesop
(cm3/g)
Mortero A28 días
0,0974 0,0063
Mortero D28 días
0,0970 0,0059
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NUEVAS FORMULACIONES DE MORTEROS
Componentes / % Mortero A Mortero E Mortero F
Cemento 10 9.5 9
SiO2 78 78 78
CaCO3 – Mineral 12 -- --
CaCO3 - Biológico -- 12.5 13
7 280,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0 MorteroA
MorteroE
MorteroF
Re
sis
ten
cia
a la
Co
mp
resió
n /
N·m
m-2
Dias de Curado
Posibilidad de disminución delcontenido en cemento con el usode CaCO3 biológico
Morteros más
económicos
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LODOS DE ASERRADO DE GRANITO
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Los lodos de granito estudiados proceden de la empresa Granitos de losPedroches S.A. (Grapesa).
Humedad de las muestras entorno al 20-28 % Necesario un proceso desecado hasta el 0-2 % para su empleo en morteros secos.
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Sample SiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O TiO2 P2O5 L.O.I
GS-1 61,76 13,38 6,85 0,08 1,87 5,90 2,35 3,45 0,50 0,16 2,89
GS-2 61,52 13,53 8,75 0,08 1,01 5,73 2,56 3,18 0,46 0,18 2,18
GS-3 61,93 12,80 12,41 0,11 0,73 4,59 2,54 3,59 0,31 0,18 0,02
GS-4 58,57 12,01 16,36 0,14 0,59 5,68 2,41 3,29 0,31 0,16 0,13
GS-5 51,98 10,50 27,89 0,22 0,58 3,44 2,02 2,99 0,27 0,15 0,01
COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL LODO
o Los elementos mayoritarios son Si, Al y Fe
o Fases minerales: cuarzo, feldespatos, micas, calcita, óxidos de hierro
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0,1 1 10 100 1000
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
a
Vo
lum
e (
%)
Particle Size (µm)
GS-1
GS-2
GS-3
GS-4
GS-5
0,1 1 10 100 1000
b
CaCO3 filler
GS-5
c d
GRANULOMETRÍA Y MORFOLOGÍA DEL LODO
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RESISTENCIA MECÁNICA DE LOS MORTEROS
0
1
2
3
4
5
6
7
Re
sis
ten
cia
a C
om
pre
sió
n /
N·m
m-2
Mortero A
Mortero B
Mortero C
Mortero D
0
1
2
3
4
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6
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Re
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ten
cia
a C
om
pre
sió
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Mortero A
Mortero E
Mortero F
Mortero G
Conforme aumenta el porcentajede sustitución de cemento por lodo(5, 10 y 15 %) se produce unadisminución de su resistenciamecánica.
La sustitución del carbonato decalcio por lodo (20, 40 y 100 %)en el mortero provoca unaumento de su resistencia.
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Pigmento GS precursor Temperatura / ºC Tiempo / h KNO3 / % L*/a*/b*
P1 GS-5 700 4 - 67.1/4.5/11.8
P2 GS-5 700 24 - 67.0/4.7/11.8
P3 GS-5 700 24 3 66.8/4.7/11.9
P4 GS-5 800 4 - 66.9/4.3/11.5
P5 GS-5 800 24 - 67.4/4.6/11.4
P6 GS-5 800 24 3 68.2/4.7/11.6
P7 GS-5 900 4 - 66.4/4.7/11.2
P8 GS-5 900 24 - 60.8/5.9/11.3
P9 GS-5 900 24 3 56.1/2.5/6.9
P10 GS-1 700 4 - 68.1/3.7/13.0
P11 GS-1 900 24 3 60.6/4.8/10.7
TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS LODOS PARA LA OBTENCIÓN DE PIGMENTOS
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FOTOGRAFÍAS DEL LODO Y UNO DE LOS PIGMENTOS
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0
5
10
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20
25
a
Com
pre
ssiv
e S
trength
/ N
·mm
-2 Sample H
Sample I
Samples
Component H I
BL I 52.5 N 13.5 13.5
SiO2 -- --
Dolomite 77 77
CaCO3 filler 9.5 --
GS-pigment -- 9.5
MORTERO CON PIGMENTO
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RESIDUOS INDUSTRIALES PROCEDENTES
DE PLANTAS DE COGENERACIÓN DE
BIOMASA EN EL DISEÑO DE MORTEROS
CON BASE CEMENTO
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BIOMASA DEL OLIVAR
Subproductos susceptibles de valoración energética:
Orujo Orujillo Hueso de aceituna Poda de olivar
La energía se obtiene mediante un proceso de combustión de la biomasa que transcurreen distintas fases:
1. Secado de la biomasa (hasta 200 C),
2. Quema de volátiles con una combustión viva y turbulenta (200-800 C)
3. Combustión lenta de los sólidos (700-1100 C).
Cenizas volantes Escorias
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COMPONENTE %
Pérdida al fuego 3.41
Sulfatos (SO3) 0.15
Al2O3 16.13
Fe2O3 6.29
CaO 17.56
MgO 9.68
CaO libre 0.25
SiO2 31.95
Na2O 2.42
Cl- 1.32
K2O 10.84
COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS CENIZAS
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5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Q
Q
P
S
C Calcite
Q Quartz
S Sylvite
P Potlandite
C
Q
S
S
Lin
(C
ou
nts
)
2 - Theta - Scale
CARACTERIZACIÓN DE FASES CRISTALINAS (XRD)
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4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
CASH
Calcite
Portandite
460
550
3450
800
1050
1420
3640
3450
553
460
800
1085
Wave number (cm
-1
)
Cenizas Volantes Clase F, m=18 µm
Cia. Valenciana de Cementos Portland, S.A
Cenizas Biomasa Olivo, m=20 µm
Oleícola El Tejar
ESPECTROS FT-MIR
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0
1
2
3
4
5
6
1
Resis
ten
cia
Co
mp
resió
n / N
·mm
-2
Referencia
M-1
M-2
M-3
M-4
MORTERO DE ALBAÑILERÍA - M5: RESISTENCIA A COMPRESIÓN
Sustitución 10, 20, 30 y 40 % de cemento por cenizas
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0
1
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4
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6
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1
Resis
ten
cia
Co
mp
resió
n / N
·mm
-2
Referencia
M-5
M-6
M-7
M-8
M-9
MORTERO DE ALBAÑILERÍA - M5: RESISTENCIA A COMPRESIÓN
Sustitución 20, 40, 60, 80 Y 100 % de carbonato cálcico por cenizas
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CONCLUSIONES
o Los morteros admiten gran variedad de residuos sin alteraciónsustancial de sus propiedades originaleso Los residuos de morfología adecuada (forma y tamaño) sirven paraincrementar las resistencias mecánicas ahorro de cementoo Las propiedades cementantes de los residuos estudiados sondespreciableso El color de los morteros se puede conseguir también por valorizaciónde residuoso La aplicación industrial está sujeta a la disponibilidad de residuo(volumen de producción) y coste asociado a su valorización (proceso deadecuación y transporte)
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Equipo de Trabajo
Prof. Julián Morales (UCO)Prof. Luis Sánchez (UCO)Lda. Paloma Ballester (Grupo PUMA)Lda. Isabel Mármol (Grupo PUMA)