Economia circular en el sector de la recerca: fabricació d'un ciment a partir dels residus del propi laboratori.
Tutor / Supervisor
Student
Llompart Cosialls, Laura
Document type
Bachelor thesis
Date
2024
rights
Restricted access - confidentiality agreement
Publisher
Universitat Politècnica de Catalunya
UPCommons
Abstract
Portland cement is the main binder used in the construction sector, with a global production that exceeds 4.000 million tons per year, which comprehend the 8% of anthropogenic carbon dioxide emissions (CO2), the main greenhouse gas associated with the climate crisis. For this reason, both science and industry are researching for different ways to reduce these emissions or to find substitutive materials. One of the innovative strategies is LC3, a combined cement made from clinker exclusively designed for Portland cement, metakaolin (calcined clay) and calcareous filler (limestone) which allows CO2 emissions to be reduced by 40%. The main objective of this work is to come up with a new manufactured LC3 technology cement using, as raw material, waste disposals generated within the material's laboratory, and compare it with the properties of commercial Portland cement, taking into account the principals of circular economy. The process involves two experimental phases. In the first one, it is evaluated the optimal proportion of gypsum for the LC3 matrix. Once this proportion is obtained, in the second phase, a fraction of the limestone filler content is replaced by waste obtained from the laboratory. A bending test is also carried out to evaluate the mechanical properties of the specimens obtained. In addition, a study of the microstructure is carried out by using electron microscopy, X-ray diffraction and water absorption analysis. The results shows that an additional gypsum content between 0% and 2% is favorable for the development of mechanical properties of LC3 cement, presenting higher flexural modulus values than pure 100% Portland cement. The introduction of 50% of waste into the LC3 matrix can contribute to improve the material's mechanical properties over the time. This research provides information for a wider study focused on the production of a construction material, specifically a fiber-cement reinforced with textile fibers and manufactured with an LC3 matrix and waste. It is concluded that the matrix is suitable for adding fibers as a reinforcement.
El ciment Pòrtland és el principal aglomerant utilitzat en el sector de la construcció, amb una producció mundial que supera els 4.000 milions de tones anuals. A causa d'això, és el responsable del 8% de les emissions antropogèniques de diòxid de carboni (CO2), el principal gas de l'efecte hivernacle associat a la crisi climàtica. Per aquest motiu, tant la ciència com la indústria exploren diferents maneres de reduir aquestes emissions o de trobar materials substitutius. Una de les estratègies innovadores és el LC3, un ciment combinat elaborat a partir del clínquer exclusivament dissenyat per a ciment Pòrtland, metacaolí (argila calcinada) i filler calcari (pedra calcària) que permet reduir en un 40% les emissions de CO2. El present treball té com a objectiu investigar la fabricació d'un ciment de tecnologia LC3 utilitzant els residus procedents de la trituració de les provetes elaborades en el laboratori de materials com a matèria primera i comparar-lo amb les propietats del ciment Pòrtland, tenint en compte els principis de l'economia circular. En el procés, es duen a terme dues fases experimentals. En la primera fase, s'avalua quina proporció de guix és la més idònia per a la matriu LC3. Una vegada obtinguda aquesta proporció, en la segona fase, es substitueix part del contingut de filler calcari per residu obtingut del laboratori de materials. Per tal d'avaluar les propietats mecàniques de les provetes obtingudes, es porta a terme un assaig de flexió. També es realitza un estudi de la microestructura mitjançant microscòpia electrònica, difracció de raigs X i una anàlisi de l'absorció d'aigua. Els resultats indiquen que un contingut addicional de guix entre el 0% i el 2% és favorable per al desenvolupament de les propietats mecàniques per al ciment LC3, presentant valors del mòdul de ruptura superiors als del ciment 100% Pòrtland. A més, la incorporació del 50% de residu en la matriu LC3 pot contribuir a millorar les propietats mecàniques del material amb el pas del temps. La recerca realitzada aporta dades per a l'elaboració d'un estudi més ampli enfocat en la producció d'un material per a la construcció, concretament un fibrociment reforçat amb fibres de residus tèxtils i fabricat amb una matriu LC3 i residu. Es conclou que la matriu és adequada per a afegir-hi fibres com a reforç.
El cemento Portland es el principal aglomerante utilizado en el sector de la construcción, con una producción mundial que supera los 4.000 millones de toneladas anuales. Debido a esto, es el responsable del 8% de las emisiones antropogénicas de dióxido de carbono (CO2), el principal gas de efecto invernadero asociado a la crisis climática. Por este motivo, tanto la ciencia como la industria exploran diferentes formas de reducir estas emisiones o de encontrar materiales sustitutivos. Una de las estrategias innovadoras es el LC3, un cemento combinado elaborado a partir del clínquer exclusivamente diseñado para cemento Portland, metacaolín (argila calcinada) y filler calcáreo (piedra calcárea) que permite reducir en un 40% las emisiones de CO2. El presente trabajo tiene como objetivo investigar la fabricación de un cemento de tecnología LC3 utilizando los residuos procedentes de la trituración de las probetas elaboradas en el laboratorio de materiales como materia prima y compararlo con las propiedades del cemento Portland, teniendo en cuenta los principios de la economía circular. Durante el proceso, se realizan dos fases experimentales. En la primera fase, se evalúa qué proporción de yeso es la más idónea para la matriz LC3. Una vez obtenida esta proporción, en la segunda fase, se sustituye parte del contenido de filler calcáreo por residuo obtenido del laboratorio de materiales. Para evaluar las propiedades mecánicas de las probetas obtenidas, se lleva a cabo un ensayo de flexión. También se realiza un estudio de la microestructura mediante microscopía electrónica, difracción de Rayos X y un análisis de la absorción de agua. Los resultados indican que un contenido adicional de yeso de entre el 0% y el 2% es favorable para el desarrollo de las propiedades mecánicas para el cemento LC3, presentando valores del módulo de flexión superiores a los del cemento 100% Portland. La incorporación del 50% de residuo a la matriz LC3 puede contribuir a mejorar las propiedades mecánicas del material con el paso del tiempo. La investigación realizada aporta datos para la elaboración de un estudio más amplio enfocado en la producción de un material para la construcción, concretamente un fibrocemento reforzado con fibras de residuos textiles y fabricado con una matriz LC3 y residuo. Se concluye que la matriz es adecuada para añadir fibras como refuerzo de esta.
