Comportamiento físico-mecánico y durabilidad de mezclas basadas en cemento portland y lodos del destintado del papel activados térmicamente

Abstract

Durante las últimas décadas, en consonancia con las nuevas políticas de desarrollo sostenible, el sector cementero viene utilizando diferentes subproductos industriales (cenizas volantes, humo de sílice y escorias de procesos siderúrgicos, principalmente) como adición activa en la elaboración de cementos comerciales. Semejante práctica obedece, principalmente, a la necesidad de conciliar aspectos medioambientales, inherentes a la producción de clínker (reducción de impactos asociados a emisiones de CO2 y explotación de recursos naturales), con aspectos puramente financieros y de mercado. En este contexto, se siguen abordando investigaciones dirigidas a obtener nuevas adiciones puzolánicas a partir de subproductos industriales diferentes a los tradicionalmente utilizados por la industria cementera. Uno de los enfoques más recientes se centra en el estudio de adiciones activas al cemento, obtenidas a partir de la activación térmica controlada de lodos procedentes de procesos de fabricación de papel a partir de papel reciclado. La activación térmica del lodo papelero, en un rango de temperaturas comprendidas entre 650ºC y 750ºC, produce un material puzolánico altamente reactivo. El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral es generar conocimiento sobre las propiedades físico-mecánicas y durabilidad de mezclas basadas en cemento Pórtland con lodos de destintado del papel activados térmicamente a 700ºC y 2 horas. Para alcanzar tal propósito, se estableció un plan de trabajo articulado en torno a cuatro capítulos experimentales. En primer lugar, se determinan las características físico-químicas y mineralógicas de los materiales: cemento tipo 1, arena silícea normalizada y lodos de destintado del papel activados a 700ºC. Estos últimos presentan una superficie específica mayor que el cemento Pórtland. Desde el punto de vista mineralógico, están formados, básicamente, por calcita, metacaolinita, y otros filosilicatos como el talco, pirofilita o clorita. La cantidad de carbonato cálcico en el lodo calcinado prevalece sobre el resto de minerales, estimando su porcentaje en masa en torno al 60%. El contenido en metacaolinita en el producto calcinado ronda el 25%. En segundo lugar, se estudian las propiedades en estado fresco (trabajabilidad, tiempos de fraguado, estabilidad de volumen y retracción en fresco) de mezclas de cemento con 0%, 5%, 10% y 20% de lodo papelero activado térmicamente. A medida que se incorpora mayor cantidad de lodo de destintado del papel activado a 700 ºC en las mezclas de cemento, se producen los siguientes efectos en las matrices resultantes: pérdida lineal de la trabajabilidad, aumento de la demanda de agua de consistencia normal, reducción de los tiempos de principio y final de fraguado, así como una disminución de la retracción durante el período previo al fraguado. En tercer lugar, se investigan las propiedades físico-mecánicas (resistencias a flexión y compresión, módulo de deformación longitudinal, retracción total de secado y deformación por fluencia) en estado endurecido, de morteros normalizados de cemento elaborados con lodos papeleros activados térmicamente. La incorporación de lodo papelero calcinado influye de la siguiente manera: ganancia de resistencia a compresión, reducción significativa del tamaño de poro medio para sistemas con 20% de lodo papelero calcinado, invariabilidad en el módulo de deformación longitudinal, incremento en la retracción de secado, así como una reducción en la deformación y coeficiente de fluencia para niveles del 20% de lodo papelero calcinado. En cuarto lugar, se abordan aspectos de durabilidad. Se investiga la efectividad del lodo papelero activado a 700ºC ante ciclos severos de hielo-deshielo y ataque selenitoso o en presencia de yeso. La incorporación de esta adición mineral proporciona mejoras de resistencia ante fenómenos de hielo-deshielo y una mayor susceptibilidad ante ataque selenitoso. En la fabricación de cementos binarios se recomienda limitar en torno al 10% el porcentaje de sustitución de clínker por lodo papelero calcinado a 700ºC. Asimismo, se pueden utilizar sustituciones superiores al 10% en aplicaciones donde se requieran prestaciones especiales.