Diseño de materiales de baja resistencia controlada utilizando residuos de la industria del acero

Abstract

Els materials de baixa resistència controlada (CLSM) són farciments fluids, autonivellants i autocompactants (no requereixen de vibració ni compactació) que endureixen transformant-se en un sòlid amb suficient resistència per a substituir a farciments granulars compactats. Els baixos requisits resistents del material endurit permeten la incorporació de residus o subproductes industrials que no serien aptes per a la fabricació de formigons convencionals. El present treball de recerca estudia l'ús de l'escòria blanca d'acereria, subproducte industrial del procés d'afinament de l'acer, en la fabricació de CLSM com a mesura de revaloració d'un residu amb un ventall d'aplicacions molt limitat, que comporta en moltes ocasions a la seva acumulació en abocadors. Alhora que atén a criteris de sostenibilitat en estudiar el seu ús com a reemplaçament parcial de l'agregat natural i del ciment. Després de realitzar l'estudi experimental es va trobar que l'escòria blanca posseeix propietats puzolàniques que contribueixen a la resistència a llarg termini, però a curt termini no té suficient capacitat cimentant per al seu ús com a substitut parcial del ciment. Com a reemplaçament parcial a l'agregat fi natural comporta una reducció molt significativa de la fluïdesa per la seva elevada absorció, alhora que l'alt contingut de fins permet un augment del contingut d'aigua útil sense que es produeixi segregació, podent compensar la pèrdua de fluïdesa augmentant el contingut d'aigua. En relació a la durabilitat del material amb un curat convencional en cambra humida no es van observar indicis de deterioració o patologies, no obstant això, després de sotmetre les provetes a un procés accelerat de curat es va trobar que l'escòria té un efecte molt perjudicial sobre la durabilitat del material en ocasionar problemes d'estabilitat volumètrica per expansió, originats per la hidratació tardana de la periclasa que conté.

Los materiales de baja resistencia controlada (CLSM) son rellenos fluidos, autonivelantes y autocompactantes (no requieren de vibración ni compactación) que fraguan transformándose en un sólido con suficiente resistencia para substituir a rellenos granulares compactados. Los bajos requisitos resistentes del material endurecido permiten la incorporación de residuos o subproductos industriales que no serían aptos para la fabricación de hormigones convencionales. El presente trabajo de investigación estudia el uso de la escoria blanca de acería, subproducto industrial del proceso de afino del acero, en la fabricación de CLSM como medida de revalorización de un residuo con un abanico de aplicaciones muy limitado, que conlleva en muchas ocasiones a su acumulación en vertederos. A la vez que atiende a criterios de sostenibilidad al estudiar su uso como reemplazo parcial del agregado natural y del cemento. Tras realizar el estudio experimental se encontró que la escoria blanca posee propiedades puzolánicas que contribuyen a la resistencia a largo plazo, pero a corto plazo no tiene suficiente capacidad cementante para su empleo como substituto parcial del cemento. Como reemplazo parcial al agregado fino natural comporta una reducción muy significativa de la fluidez por su elevada absorción, a la vez que el alto contenido de finos permite un aumento del contenido de agua útil sin que se produzca segregación, pudiendo compensar la pérdida de fluidez aumentando el contenido de agua. En relación a la durabilidad del material con un curado convencional en cámara húmeda no se observaron indicios de deterioro o patologías, sin embargo, después de someter las probetas a un proceso acelerado de curado se encontró que la escoria tiene un efecto muy perjudicial sobre la durabilidad del material al ocasionar problemas de estabilidad volumétrica por expansión, originados por la hidratación tardía de la periclasa que contiene.

Controlled Low Strength Materials (CLSM) are fluid, self-levelling, self-compacting (no vibration or compaction required) fillers that set to a solid with sufficient strength to replace compacted granular fillers. The low strength requirements of the hardened material allow the incorporation of industrial waste or by-products that would not be suitable for the manufacture of conventional concretes. This research work studies the use of ladle furnace slag, an industrial by-product of the steel refining process, in the manufacture of CLSM as a means of revalorizing a waste with a very limited range of applications, which often leads to its accumulation in landfill sites. At the same time, it meets sustainability criteria by studying its use as a partial replacement for natural aggregate and cement. After carrying out the experimental study, it was found that ladle furnace slag has pozzolanic properties that contribute to long-term strength, but in the short term it does not have sufficient cementitious capacity to be used as a partial substitute for cement. As a partial replacement for natural fine aggregate, it has a very significant reduction in flowability due to its high absorption, while the high fines content allows an increase in the useful water content without segregation, and the loss of flowability can be compensated by increasing the water content. In relation to the durability of the material with conventional curing in a humid chamber, no signs of deterioration or pathologies were observed; however, after subjecting the specimens to an accelerated curing process, it was found that the slag has a very detrimental effect on the durability of the material by causing problems of volumetric stability due to expansion, caused by the late hydration of the periclase it contains.