Efecto de la incorporación de diferentes arcillas del sur de España en el desarrollo de sistemas cementantes de cenizas de biomasa de pinar y olivar-metacaolín activados alcalinamente

Resumen

El calentamiento global está ocasionado por la emisión de gases de efecto invernadero y es uno de los grandes problemas de la sociedad. La fabricación de cemento Portland conlleva la utilización de gran cantidad de recursos energéticos y el empleo de combustibles, lo que supone un impacto ambiental que afecta a diferentes áreas: la explotación de canteras, la emisión a la atmósfera de partículas y de elevadas cantidades de CO2. La búsqueda de nuevos cementos alternativos o denominados verdes es necesaria para limitar dichas emisiones. El cemento verde más prometedor es el cemento alcalino o cemento geopolimérico debido a sus propiedades y bajo impacto ambiental, siendo considerado el cemento del futuro. Se obtienen por la interacción química entre disoluciones fuertemente alcalinas y silicoaluminatos de origen natural, como las arcillas, o artificial como los subproductos industriales. El desarrollo de este material es ambientalmente sostenible, al emplear como materia prima subproductos y residuos industriales, requerir menor consumo de energía que el cemento Portland y reducir significativamente las emisiones de CO2. Con estos antecedentes, en esta investigación se ha estudiado el efecto de la incorporación como fuente de aluminosilicatos de diferentes arcillas de Bailén, tratadas térmicamente, en sistemas cementantes activados alcalinamente que emplean como materias primas metacaolín (MK) y el residuo cenizas de fondo de poda de pino y olivo (CFB). Como activador alcalino se ha utilizado una disolución de hidróxido de sodio (NaOH) en una concentración 8 M y silicato de sodio (Na2SiO3) en disolución. Además de los geopolímeros que contienen 33,33% de MK, un 33,33 % de CFB y un 33,33 % de diferentes arcillas, se ha preparado el geopolímero control que contiene MK y un 33,33% de CFB y que sólo contiene como precursor MK. Las relaciones molares Si / Al de los materiales activados alcalinamente varían desde 1.6 hasta 2.7 dependiendo de los precursores empleados. Los geopolímeros fueron curados en cámara climática a 60ºC en atmósfera saturada en agua durante 24 horas. Posteriormente, 313 fueron desmoldados y curados a temperatura ambiente durante 28 días. Tras el periodo de curado, los geopolímeros han sido caracterizados utilizando espectroscopía de infrarrojo por transformada de Fourier y difracción de rayos X. Se han determinado sus propiedades físicas, tales como densidad aparente, porosidad aparente y absorción de agua, propiedades mecánicas, como la resistencia a la compresión, y propiedades térmicas, como la conductividad térmica. Los resultados indican que la sustitución del 33,33 % en peso de MK por distintos tipos de arcillas produce un incremento en la densidad aparente, disminuyendo la porosidad aparente y la absorción de agua, de acuerdo con los datos de densidad real de los precursores. Con respecto a la resistencia a la compresión, todos los geopolímeros presentan mejores propiedades mecánicas que el geopolímero control, con valores de resistencia a la compresión mayor que el valor mínimo requerido estándar (10 MPa) para materiales de construcción aplicados con fines estructurales. Todos los geopolímeros presentan valores bajos de conductividad, entre 0,23 y 0,27 W/mk, lo cual les convierten en buenos materiales aislantes. Por tanto, se puede concluir que tanto las cenizas de fondo de biomasa como los distintos tipos de arcillas naturales de Bailén tratadas térmicamente son materias primas adecuadas para reemplazar al metacaolín en la fabricación de geopolímeros ya que los materiales de construcción obtenidos presentan unas adecuadas propiedades tecnológicas.