Hormigón Autocompactante Coloreado Sustentable: Diseño y Caracterización.

Abstract

La industria de elaboración de hormigón es responsable de un importante consumo de recursos naturales y de una significativa generación de contaminación ambiental, aunque también proporciona obras que contribuyen a una mejor calidad de vida de las personas. Esta investigación busca contribuir al diseño de hormigones que resulten más amigables con el medio ambiente, siguiendo el camino de la sustentabilidad. El hormigón es el material artificial más utilizado en el mundo, su producción anual ronda los cerca de 10 mil millones de toneladas a nivel mundial. Su uso prevalece sobre otros materiales históricamente importantes como la madera o la piedra en el urbanismo moderno (Bonnet et al., 2019). El cemento es uno de los principales componentes del hormigón; alrededor del 10-12% del volumen de hormigón está ocupado por este componente (Van Oss & Padovani, 2002). Las propiedades hidráulicas superiores del cemento son una ventaja de este material sobre otros materiales de unión, haciendo que sea empleado en la mayoría de los trabajos de construcción. El principal problema medioambiental relacionado con la industria del cemento se genera durante la producción de clínker (Nidheesh & Suresh Kumar, 2019). La elaboración de clínker produce: • Alto consumo de materias primas. La caliza y la arcilla, principales materias primas para el clínker, son recursos naturales abundantes, pero no renovables. De acuerdo con la European Commission (2010) el consumo medio normal de materias primas en 2010 era de 1,52 toneladas por tonelada de clínker producido. Si bien los consumos dependen de la calidad de la materia prima y de las características particulares de los cementos, estos no variaron significativamente con el paso de los años. Un estudio realizado en 2021 por el Grupo de Investigación del Convenio UIS-IDEAM expone los consumos por tonelada de clínker en función de la vía de fabricación; por vía seca el consumo es de 1,41 toneladas de caliza y 0,18 de arcilla mientras que por vía húmeda es de 1,47 toneladas de caliza y 0,21 de arcilla. • Elevado consumo de energía. Una planta de cemento típica consume 110-120 kWh de energía eléctrica y 3.000-6.500 MJ de energía térmica por tonelada de clínker 12 (Mejeoumov 2007, World Business Council for Sustainable Development 2014). Sin embargo, es necesario destacar que la demanda de energía en la producción de clínker ha disminuido significativamente en las últimas décadas, aplicando las mejoras técnicas disponibles para plantas nuevas es posible alcanzar valores de consumo de 2.900 a 3.300 MJ/t de clínker (European Commission, 2010). Por otra parte, de acuerdo con IEA (2023) entre el 2010 y el 2020, la intensidad media de energía térmica del clínker disminuyó un 0,2% anual y desde entonces se ha mantenido relativamente estable en torno a los 3600 MJ/t de clínker. Este descenso se sumó a un aumento de la intensidad eléctrica del sector, que alcanzó en torno a los 100 kWh/t de cemento en 2022. El escenario previsto considera que las intensidades medias de energía térmica y electricidad alcancen menos de 3.400 MJ/t de clínker y 90 kWh/t de cemento, respectivamente, para el año 2030. • Importante emisión de CO2. El cemento es la fuente de aproximadamente el 8% de las emisiones de dióxido de carbono del mundo, según el grupo de expertos Chatham House (Rodgers, 2018). De acuerdo con Pal (2018) la fabricación de cemento aporta alrededor del 7% de las emisiones de CO2 al medio ambiente generadas por el hombre. Estos valores demuestran la magnitud de influencia que tiene la producción de cemento en este aspecto. La industria del cemento se enfrenta a contratiempos de diversa índole; productivos, como la disminución de las materias primas y el agotamiento de las reservas de combustibles fósiles; socioeconómicos, tal como la demanda creciente de hormigones para viviendas, fábricas, etc.; una economía atenuada y los ecológicos, que se relacionan directamente con las amenazas al ecosistema. Este panorama lleva a que en la actualidad y desde hace varias décadas se traten de lograr técnicas sostenibles y más ecológicas en la industria del cemento. Por ejemplo, cada tonelada de Cemento Portland Normal (CPN) genera una cantidad de CO2 proporcional, por lo tanto, se hace foco en el reemplazo de CPN por sustitutos bajos en carbono (Makul, 2020; Maddalena, Roberts, & Hamilton, 2018). Así, son muy deseables los compuestos producidos usando materiales y desechos industriales disponibles localmente que se pueden mezclar con el CPN como sustituto para reducir el consumo de energía y las emisiones de CO2 (Alí & Jang, 2019). En definitiva, el empleo de cemento con alto contenido de adiciones y el aumento en la edad de diseño y en la vida útil de las estructuras, pueden transformar al hormigón en un material más sustentable (Bonavetti V. L., 2004). Por otro lado, es importante tomar en consideración los requerimientos que surgen en la sociedad actual, entre los que se distingue la necesidad de contar con un entorno vivencial más agradable. Una de las maneras de lograrlo es a través de la coloración de los 13 elementos constructivos que vemos a diario. El hormigón gris que conocemos, a pesar de ser funcional y de cumplir con los requerimientos técnicos, ciertamente puede no contribuir demasiado a la belleza del entorno. Esto ha conducido a la aparición del Hormigón Coloreado (HC). Las virtudes del HC en combinación con el Hormigón Autocompactante (HAC) abren nuevos campos de aplicación al hormigón, sumando a los beneficios en los aspectos estéticos las ventajas de fluidez y capacidad de llenado. El desarrollo del Hormigón Autocompactante Coloreado (HAC-C) se presenta como una alternativa de construcción fuera de lo tradicional, que puede resultar más económica como solución de terminación de superficies. Por todo lo expuesto, esta tesis propone la incorporación de desecho de perlita cruda como adición en el HAC-C, buscado disminuir el consumo de cemento, contribuyendo de esta manera a disminuir la contaminación ambiental originada durante la producción de clínker de cemento Portland y a contribuir con un entorno vivencial más agradable.