Influencia de la carbonatación en las propiedades del hormigón con árido reciclado

Abstract

El presente Trabajo Fin de Máster se enmarca en el contexto de la economía circular y en la necesidad de reducir el impacto ambiental del sector de la construcción, especialmente asociado a la fabricación de hormigón. Con el fin de avanzar hacia soluciones más sostenibles, este estudio analiza la viabilidad técnica y ambiental de fabricar hormigones estructurales mediante la incorporación de áridos reciclados (AR) y su tratamiento por carbonatación acelerada (ARC), el uso de cementos con menor contenido en clínker y la aplicación de curados combinados con vapor de agua y dióxido de carbono. El desarrollo experimental se ha dividido en dos fases. La primera estudia cómo influye el tiempo de curado de carbonatación de 1 o 2 días sobre el comportamiento del hormigón de las diferentes mezclas fabricadas con sustituciones de 50% y 60% de árido reciclado y árido reciclado carbonatado utilizando dos tipos de cemento (CEM I 52,5R y CEM II/B-M 42,5R). En la segunda, se fabrican los mismos hormigones a la primera fase, y se les aplica un curado al vapor seguido de un día de exposición al CO₂. En total, se evalúan parámetros en estado fresco (trabajabilidad) y en estado endurecido (densidad, absorción, retracción, resistencia a compresión y resistencia frente a la carbonatación), comparándolos siempre con un hormigón de referencia sin áridos reciclados, además de la comparación entre los distintos tipos de curados para cada mezcla y la diferencia entre el uso de AR y ARC con el mismo porcentaje de sustitución. Los resultados confirman que la carbonatación de los áridos reciclados mejora notablemente sus propiedades físicas, y que su uso en hormigones permite obtener mejores prestaciones en cuanto a retracción, absorción y comportamiento frente a la carbonatación. Asimismo, el curado combinado con vapor y CO₂ contribuye a densificar la microestructura y mejorar la resistencia mecánica a 28 días. La combinación de estos tratamientos ha permitido optimizar el rendimiento del material sin comprometer su durabilidad. En conjunto, los resultados obtenidos avalan la viabilidad técnica y ambiental del uso de árido reciclado al 50 %, siempre que se combine con un proceso de curado adecuado como el curado combinado (vapor + CO₂). En particular, la mezcla HAR50-II(S+C), elaborada con cemento CEM II/B-M, ha demostrado el comportamiento más equilibrado en cuanto a resistencia mecánica, retracción, durabilidad y resistencia frente a la carbonatación, destacándose como la solución óptima del estudio. Esta formulación permite reducir significativamente el impacto ambiental del hormigón sin comprometer sus prestaciones técnicas, posicionándola como una alternativa idónea para su aplicación en elementos prefabricados estructurales dentro del marco de una construcción circular y sostenible.

This Master's Thesis is framed within the context of the circular economy and the need to reduce the environmental impact of the construction sector, especially in relation to concrete manufacturing. In order to move towards more sustainable solutions, this study analyses the technical and environmental feasibility of manufacturing structural concrete by incorporating recycled aggregates (RA) and treating them by accelerated carbonation (AC), using cements with lower clinker content and applying combined curing with water vapour and carbon dioxide. The experimental development has been divided into two phases. The first phase studies how a carbonation curing time of 1 or 2 days influences the behaviour of concrete from different mixtures manufactured with 50% and 60% recycled aggregate and carbonated recycled aggregate substitutions using two types of cement (CEM I 52.5R and CEM II/B-M 42.5R). In the second phase, the same concretes as in the first phase are manufactured and subjected to steam curing followed by one day of exposure to CO₂. In total, parameters are evaluated in the fresh state (workability) and in the hardened state (density, absorption, shrinkage, compressive strength and resistance to carbonation), always comparing them with a reference concrete without recycled aggregates, as well as comparing the different types of curing for each mixture and the difference between the use of RA and CAR with the same percentage of substitution. The results confirm that the carbonation of recycled aggregates significantly improves their physical properties and that their use in concrete allows for better performance in terms of shrinkage, absorption and behaviour against carbonation. Likewise, curing combined with steam and CO₂ contributes to densifying the microstructure and improving mechanical strength at 28 days. The combination of these treatments has made it possible to optimise the performance of the material without compromising its durability. Overall, the results obtained support the technical and environmental viability of using 50% recycled aggregate, provided that it is combined with an appropriate curing process such as combined curing (steam + CO₂). In particular, the HAR50-II(S+C) mixture, made with CEM II/BM cement, has demonstrated the most balanced performance in terms of mechanical strength, shrinkage, durability and resistance to carbonation, standing out as the optimal solution in the study. This formulation significantly reduces the environmental impact of concrete without compromising its technical performance, positioning it as an ideal alternative for use in prefabricated structural elements within the framework of circular and sustainable construction.