Recommendations and practical examples long-term (by 2050) in detail

Para minimizar los problemas asociados a la producción de Portland, surgen los cementos eco-eficientes.

La producción de cementos eco-eficientes implica un menor consumo energético e impacto ambiental, conservando o mejorando las propiedades que se tendrían empleando un cemento Portland convencional.

Ruth García Calle | 31 Se diferencian las siguientes posibilidades:

 Sustituciones en combustibles

 Sustitución de materias primas

 Incorporación de adiciones

 Cementos belíticos

 Cementos mineralizados

 Cementos alcalinos

1.2.1 Sustituciones en combustibles

El empleo de sustitutos parciales en los combustibles necesarios en la producción del cemento Portland como neumáticos usados, residuos de madera, disolventes o lodos de depuradora entre otros subproductos industriales es posible sin que se vea afectado el clínker. La sustitución de un 10% por mezclas de neumáticos y harinas realizada por Puertas y Blanco-Varela (2004) no tenía efecto alguno en las propiedades. Sin embargo, al sustituir el 20% por residuos de carbón de petróleo se observó un proceso de hidratación más largo (Trezza M.A. y Scian A.N., 2015).

De esta forma se consigue ahorrar grandes cantidades de combustibles fósiles. Durante 2011 en España, el uso de combustibles alternativos en los hornos de clínker, que alcanzó el 22,4% de sustitución, cubrió la demanda energética de 517000 viviendas (OFICEMEN).

1.2.2 Sustitución de materias primas

Estos nuevos materiales son fundamentalmente residuos. Así, la valorización de los residuos es importante ya que de otro modo deberían ser dispuestos en vertederos o incinerados. La sustitución de parte de la alimentación por otras materias primas, implica una menor explotación de los recursos no renovables. También, se genera una disminución del impacto ambiental y de las emisiones a la atmósfera.

Existe la posibilidad de incluir otros materiales de características similares a los de partida como sustitución de la arcilla y la caliza. Cuando el 39% de la alimentación estaba constituida por escoria de alto horno no se mantuvieron las mismas condiciones sino que se mejoraron (Puertas F. et al., 1987). El clinker obtenido cumplía las características necesarias pero en el proceso de cocción, la energía necesaria se veía disminuida y, con ello, las emisiones. Además, al no utilizar tanta materia prima, se consigue disminuir las explotaciones en canteras, disminuyendo, emisiones de partículas en procesos como las voladuras.

1.2.3 Incorporación de adiciones

Si se añaden elementos al cemento, se disminuye la relación clínker/cemento lo que consigue que sea necesaria una menor producción. Si se fabrica menor cantidad de clínker, también se tienen menor explotación de canteras, menores emisiones,…

Las adiciones son materiales inorgánicos, puzolánicos o hidráulicos están pensadas para mejorar las propiedades químico/físicas del cemento. Se detallan a continuación algunos ejemplos de materiales hidráulicos y materiales puzolánicos que se emplean actualmente.

32 | Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)

1.2.3.1 Materiales puzolánicos

Se trata de materiales capaces de reaccionar con productos originados en la hidratación del cemento Portland como la portlandita (CaOH). Presentan altos contenidos en sílice y alúmina.

1.2.3.1.1 Puzolanas naturales

Se trata de materiales que se pueden encontrar en la naturaleza como las rocas tobas o pómez o las tierras diatomeas. Estos materiales pueden reaccionar con la cal presente en el sistema hidratado del OPC y con el agua para dar lugar a productos similares a los de la hidratación del Portland.

1.2.3.1.2 Cenizas volantes

Las cenizas volantes son un subproducto industrial que si se añaden al cemento reaccionan con la cal que se produce en la hidratación del OPC formando cadenas de silicatos que ayudan en la fijación de la cal, mejorando la durabilidad pues evitan el ataque originado por aguas ácidas y, también, la lixiviación de aguas puras.

1.2.3.1.3 Metacaolín

Se obtiene de la deshidroxilación del caolín, a los 700-850ᵒC. Reacciona también con la cal generada en la hidratación dando lugar a productos similares a los de hidratación del Portland.

1.2.3.1.4 Humo de sílice

El humo de sílice es una adición necesaria cuando se requieren hormigones de alta durabilidad y resistencia. No se añaden nunca contenidos superiores al 10% y confiere al sistema de las siguientes propiedades:

 Mejores resistencias mecánicas

 Mayor cohesión

 Interfase árido-pasta más fuerte

 Menor porosidad y permeabilidad

Los tamaños de partícula tan finos para el humo de sílice hacen que actúe también como plastificante.

1.2.3.2 Materiales hidráulicos

Estos materiales tienen capacidad de generar productos mediante la reacción con agua.

1.2.3.2.1 Escorias vítreas de alto horno

Las escorias dan lugar a productos cohesivos en la reacción con agua. Las diferencias entre ellas residen en la composición y el proceso de enfriamiento que hayan sufrido. Como adiciones se prefieren las escorias con facilidad de vitrificación, básicas y con altos contenidos en cal y alúmina.

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1.2.3.3 Caliza

Añadir caliza supone añadir carbonato cálcico fundamentalmente. Su acción consiste en mejorar la trabajabilidad o la retención de agua.

1.2.4 Cementos belíticos

Los cementos belíticos toman su nombre del componente predominante, la belita (C2S). La producción de clínker requiere unas elevadas temperaturas para producir la reacción de belita a alita (C3S), energía térmica que se puede ahorrar al producirlos con mayores cantidades de la primera. La reducción en un 25% del factor de cal, supone un ahorro de energía calorífica del 18% (Gygi H., 1952).

Esta reducción del factor de saturación de la cal, relación entre el CaO (C) presente y Fe2O3 (F), Al2O3 (A) y SiO2 (S), óxidos con que se combina, implica una disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero. Se puede ver cómo por estequiometria se producen 3 moles de CO2 a partir de los 3 necesarios de CaCO3 para obtener los 3 de CaO presentes en la alita. En el caso de la belita, bajo el mismo razonamiento, sólo se emiten 2 moles de CO2 (García Díaz I., 2010). Esto también supone una disminución de las explotaciones al requerirse menores cantidades de caliza en el proceso.

La desventaja más importante que presenta el uso de cementos belíticos es que presentan bajas resistencias en edades cortas pues la hidratación del C2S es un proceso más lento que el del C3S.

1.2.5 Cementos mineralizados

Introducir fundentes o mineralizadores con las materias primas al horno para la formación del clínker ayuda, en el primer caso, a bajar la temperatura a la que se tiene fase líquida lo que supone un ahorro de energía y, en el segundo, a modificar el equilibrio de las fases, de modo que se favorezca la formación del C3S, en ambos casos. Se reducen también las necesidades combustible y, con ello, el impacto medioambiental.