Desarrollo de hormigones prefabricados utilizando calcita biogénica activada mecano-químicamente

Abstract

El present Treball de Fi de Grau avalua la viabilitat d’emprar residus de closques d’ou com a addició parcial en formigons prefabricats amb l’objectiu de reduir el consum de clínquer. En aquest context, es va plantejar l’activació mecanoquímica del residu per incrementar-ne la reactivitat i minimitzar l’impacte negatiu de la seva incorporació. Finalment, es va avaluar l’efecte produït en alts percentatges de substitució. La metodologia experimental es va estructurar en fases de pretractament (esterilització i assecat en forn a 105 °C o mufla a 500 °C), activació mecànica (mòlta seca i humida amb variació de paràmetres), activació química (dissolucions tampó d’àcid acetat), i assaigs de caracterització (granulometria i calorimetria). Posteriorment, es va estudiar el comportament en formigó amb alt percentatge de substitució mitjançant assaigs de consistència i resistència a compressió als 3 i 7 dies d’edat. En aquesta fase, a causa de limitacions de la investigació, es va emprar únicament closca activada mecànicament.

Els resultats van identificar la mòlta seca de closca assecada en forn com el tractament més favorable, amb mides de partícula entre 3–8 μm i superfícies específiques de 3000–5000 m²/kg. La condició més eficient va correspondre a 600 rpm durant 15–30 min, amb una relació massa/boles de 21,25. En activació química, la dissolució tampó d’àcid acetat 0,1 M va accelerar el fraguat i va afavorir la hidratació. Tanmateix, en substitucions del 20 % amb closca activada mecànicament es va observar una major fluïdesa en estat fresc i una reducció propera al 50 % en la resistència a compressió respecte al formigó de referència, atribuïda a la baixa reactivitat del material i a efectes secundaris sobre la mescla. Es conclou que la closca d’ou activada mecanoquímicament presenta potencial com a addició accelerant del fraguat i millora de la treballabilitat, però tractada mecànicament no garanteix resistències adequades en substitucions elevades.

El presente Trabajo de Fin de Grado evalúa la viabilidad de emplear residuos de cáscaras de huevo como adición parcial en hormigones prefabricados con el objetivo de reducir el consumo de Clinker. En este contexto, se planteó la activación mecano-química del residuo para incrementar su reactividad y minimizar el impacto negativo de su incorporación. Finalmente, se evaluó el efecto producido en altos porcentajes de sustitución. La metodología experimental se estructuró en fases de pretratamiento (esterilización y secado en horno a 105 °C o mufla a 500ºC), activación mecánica (molienda seca y húmeda con variación de parámetros), activación química (disoluciones tampón de ácido acetato), y ensayos de caracterización (granulometría y calorimetría). Posteriormente, se estudió el comportamiento en hormigón con alto porcentaje de sustitución mediante ensayos de consistencia y resistencia a compresión a 3 y 7 días de edad. En esta fase, debido a limitaciones de la investigación, se empleó únicamente cáscara activada mecánicamente. Los resultados identificaron la molienda seca de cáscara secada en horno como el tratamiento más favorable, con tamaños de partícula entre 3–8 μm y superficies específicas de 3000–5000 m²/kg. La condición más eficiente correspondió a 600 rpm durante 15–30 min, con relación masa/bolas de 21,25. En activación química, la disolución tampón de ácido acetato 0,1 M aceleró el fraguado y favoreció la hidratación. No obstante, en sustituciones del 20 % con cáscara activada mecánicamente se observó una mayor fluidez en estado fresco y una reducción cercana al 50 % en la resistencia a compresión respecto al hormigón de referencia, atribuida a la baja reactividad del material y a efectos secundarios sobre la mezcla. Se concluye que la cáscara de huevo activada mecano-químicamente presenta potencial como adición acelerante del fraguado y mejoradora de la trabajabilidad, pero tratada mecánicamente no garantiza resistencias adecuadas en sustituciones elevadas.

The present Bachelor’s Thesis evaluates the feasibility of using egg shell waste as a partial addition in precast concrete with the aim of reducing clinker consumption. In this context, the mechanochemical activation of the residue was proposed in order to increase its reactivity and minimize the negative impact of its incorporation. Finally, the effect produced at high substitution rates was evaluated. The experimental methodology was structured in phases of pretreatment (sterilization and drying in an oven at 105 °C or muffle furnace at 500 °C), mechanical activation (dry and wet grinding with variation of parameters), chemical activation (buffer solutions of acetic acid), and characterization tests (particle size distribution and calorimetry). Subsequently, the behavior of concrete with a high substitution rate was studied through consistency and compressive strength tests at 3 and 7 days of age. In this stage, due to research limitations, only mechanically activated shell was used. The results identified dry grinding of oven-dried shell as the most favorable treatment, with particle sizes between 3–8 μm and specific surface areas of 3000–5000 m²/kg. The most efficient condition corresponded to 600 rpm for 15–30 minutes, with a mass-to-balls ratio of 21.25. In chemical activation, the 0.1 M acetic acid buffer solution accelerated setting and enhanced hydration. However, at 20% substitution with mechanically activated shell, greater fluidity in the fresh state and a reduction of approximately 50% in compressive strength compared to reference concrete were observed, attributed to the low reactivity of the material and secondary effects on the mix. It is concluded that mechanochemically activated egg shell shows potential as an additive to accelerate setting and improve workability, but mechanically treated alone it does not guarantee adequate strength at high substitution rates.