Nuevos concretos a partir de residuos de la construcción

La industria del cemento es una fuente importante de emisiones de CO2 a la atmósfera. Genera alrededor de 1.4 millones de toneladas al año, lo que representa 8% de la cantidad global de las emisiones.

Esto ocurre porque se consume una gran cantidad de energía durante la producción del cemento, el cual se genera a temperaturas mayores a los 1400 grados Celsius.

En el Instituto de Ingeniería de la UNAM, la doctora Tatiana Lilia Ávalos Rendón trabaja en la reutilización de residuos de construcción y demolición (RCD) para sustituir cemento portland en los materiales de construcción, lo cual es una opción para disminuir las altas emisiones de CO2 a la atmósfera.

En la Ciudad de México, cada día se producen alrededor de 7 mil toneladas de RCD. Además, el manejo de estos residuos se ha convertido en un problema ambiental y de salud, ya que no hay muchos lugares autorizados para su disposición final y terminan en las orillas de los ríos, algunos en basureros y otros más en terrenos baldíos o incluso en las calles.

La disposición inadecuada de estos residuos los convierte en nichos de fauna nociva, causa de enfermedades ocasionadas por el polvo y la contaminación, además de que si llueve pueden tapar los drenajes y también son contaminantes de los cuerpos de agua.

Frente a estas problemáticas, el grupo de investigación dirigido por la doctora Ávalos Rendón, especialista en ingeniería de materiales, ha elaborado propuestas para reutilizar estos residuos y generar nuevos materiales sustentables para la construcción.

• El cemento portland se utiliza comúnmente en la industria de la construcción y en su producción se generan altas cantidad de CO2 a la atmósfera. Es un material inorgánico finamente pulverizado de color grisáceo que en contacto con el agua tiene la propiedad de fraguar y endurecer. Fue patentado en 1824 por Joseph Aspdin, en Inglaterra.

Reciclar y separar el material

En la delegación Iztapalapa de la Ciudad de México existe la única planta de concreto reciclado. Esta planta recibe residuos de construcción y demolición que estén compuestos por concreto, morteros, tabiques, bloques, adocretos, arcillas, etcétera.

Los RCD son sometidos a un trabajo de separación en el que manualmente quitan otros tipos de elementos que también pudieran llevar, como madera, papel o vidrio, además de que pasan por bandas que separan el acero y otros residuos metálicos con electroimanes.

Una vez separados perfectamente, lo residuos son triturados y llevados a diferentes granulometrías. La planta de concreto reciclado genera dos productos importantes. Uno es el material de residuo proveniente de concreto hidráulico y otro conocido como residuo mezclado o “todo en uno”.

El primero está compuesto por residuos de concreto (proveniente de la demolición de edificios, casas, banquetas, sobrantes de concreto, etcétera). El segundo está integrado por residuos cerámicos, yeso, adoquines y tabique rojo, entre otros. Esta clasificación se hizo de acuerdo con la Norma Ambiental para la Ciudad de México NADF-007-NRAT-2013.

En el laboratorio de la doctora Ávalos Rendón trabajan con muestras de residuos de concreto hidráulico y del conocido como “todo en uno”.

Residuos como material de adición

Una vez que tienen el material lo caracterizan para saber qué fases minerológicas potenciales constituyen a estos residuos; a través de difracción de rayos X, identifican cuál es su composición química y, por medio de microscopia electrónica de barrido, conocen su morfología.

Asimismo, realizan pruebas mecánicas para saber si estos materiales presentan propiedades puzolánicas, es decir, que en presencia de humedad los RCD sean capaces de que al entrar en contacto con el agua y el hidróxido de calcio (producido por el cemento Portland hidratado) se endurezcan y la confiera resistencia al material.

Uno de los objetivos de este proyecto también es identificar si los RCD podrían ser utilizados como materiales adicionantes para sustituir parcialmente al cemento portland. Después de realizar el análisis de ambos residuos (el de concreto hidráulico y el “todo en uno”) encontraron que ambos muestran buenas propiedades puzolánicas. Por lo tanto, el siguiente paso de la investigación fue modificarlos físicamente.

“Se realizaron diversos experimentos considerando diferentes granulometrías o tamaños de grano de ambos RCD, pero se observó que cuando teníamos menor área superficial en los materiales las propiedades cementicias y de resistencia mecánica disminuían, por lo que fue necesario realizar la modificación de los materiales mediante tratamientos físicos”, explicó la doctora Ávalos Rendón.

Por lo tanto, disminuyeron el tamaño de la partícula a través del proceso de tamizado y en algunos casos tuvieron que triturar más el grano hasta que tuviera una apariencia similar a la ceniza. Posteriormente combinaron diferentes porcentajes de cemento portland con los residuos de construcción y demolición, como material sustituyente.

“Realizamos diferentes diseños de mezclas del nuevo concreto con diferentes porcentajes de RCD y cemento portland como materiales cementantes. Se mantuvieron las mismas cantidades de agua, de arena y de grava, y comparamos ya que teníamos un concreto solamente con cemento portland que era nuestro testigo y otros concretos con diferentes contenidos de cemento y RCD modificados físicamente. Los resultados y las resistencias que obtuvimos fueron muy buenos”, destacó.

La investigadora aclara que el puro RCD no sirve para la construcción, por lo que este proyecto consistió en agregarle al cemento portland una determinada cantidad de estos residuos para que actúen como un material puzolánico y genere un nuevo material, que sería sustentable porque está reincorporando un residuo al ciclo de producción dentro de la construcción.

Distintos usos

Otro posible uso que se le podría dar al material RCD es combinarlo con humo de sílice y cemento portland. Ya que se ha visto que se obtienen las mismas propiedades, aunque un inconveniente es que el humo de sílice es un producto más caro.

Además, se trabaja en la modificación química de los RCD y se les agrega un compuesto químico que se encargue de activar los materiales por diferentes tratamientos térmicos.

Existen muchos estudios utilizando RCD como grava y como arena, como agregado fino y grueso, pero utilizándolo como adición con previos tratamientos físicos y químicos, no hay estudios.

"Esta es la parte innovadora de lo que nosotros estamos haciendo, es decir, desarrollando nuevos materiales para la construcción que se generen a partir de residuos y en los cuales no se sacrifiquen tanto las propiedades mecánicas y de durabilidad. Los resultados obtenidos han sido muy buenos, pero aún nos falta realizar más estudios para determinar si estos materiales pueden aplicarse en concretos estructurales o no estructurales como morteros de albañilería, prefabricados, etcétera”.

Con estos trabajos, la doctora Ávila Rendón busca contribuir en la industria de la construcción, además de que son una opción para disminuir la huella de CO2 que se genera actualmente en esta industria.