cómo una alternativa concreta puede reducir las emisiones, el uso de recursos y los desechos
Los materiales de construcción y la construcción generan alrededor del 20% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. Gran parte de estas emisiones se deben al proceso poco respetuoso con el medio ambiente de producir cemento Portland ordinario, que se utiliza ampliamente en materiales de construcción como el hormigón y la argamasa.
La producción de cemento Portland genera alrededor de 2600 millones de toneladas de dióxido de carbono (CO₂) al año, más del 7% de las emisiones globales anuales. Las emisiones de cemento se han duplicado en los últimos 20 años. Y durante los próximos 40 años, se espera que la construcción duplique la superficie construida en todo el mundo.
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Cada tonelada de cemento producido también utiliza alrededor de 1,6 toneladas de materias primas, incluidos combustibles y otros recursos. La producción de hormigón también utiliza grandes cantidades de agregados como arena y grava. Esto requiere operaciones de explotación de canteras que consumen mucha energía y agotan los recursos naturales no renovables: el mundo se está quedando sin arena para la construcción.
Los problemas de emisiones y agotamiento de los recursos obligan a sustituir adecuadamente el cemento Portland y los áridos naturales. Nuestra investigación muestra que es posible desarrollar materiales de construcción más sostenibles, reforzados con fibras naturales. Los subproductos industriales y los materiales de desecho se pueden usar para reemplazar el cemento y los agregados, lo que reduce las emisiones, el agotamiento de los recursos y los desechos.
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El reciclaje reduce los residuos
El reciclaje de materiales de desecho en la construcción puede ayudar a reducir los impactos ambientales de la producción de hormigón y mortero y la eliminación de materiales de desecho en vertederos.
Estos materiales incluyen subproductos industriales (cenizas volantes y escoria de alto horno), residuos de vidrio y escoria de plomo. Las cenizas volantes provienen de las centrales eléctricas de carbón. La escoria de alto horno es un subproducto de la producción de hierro y acero.
Un nuevo tipo de material ecológico, el geopolímero, ha recibido una atención significativa como reemplazo del hormigón convencional. Un geopolímero es una sustancia artificial dura y duradera. La producción de geopolímeros produce hasta un 90 % menos de emisiones de CO₂ que el hormigón convencional.
Las propiedades del vidrio de desecho y la escoria de plomo los hacen adecuados para su uso en la fabricación de geopolímeros.
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El refuerzo de fibras naturales es sostenible
El acero u otras fibras sintéticas se han utilizado ampliamente como material de refuerzo para mejorar las propiedades mecánicas del geopolímero. Sin embargo, las fibras de acero son caras y se corroen en entornos hostiles.
La alternativa sintética, las fibras minerales, como el alcohol polivinílico y el polipropileno, se producen utilizando antioxidantes y aminas. Este proceso convierte a estas fibras en un material no ecológico.
Las fibras naturales obtenidas de plantas son una alternativa viable a las fibras sintéticas no renovables, corrosivas y caras. Las fibras naturales son renovables, ecológicas, no corrosivas, baratas y abundantes. Estas propiedades hacen de las fibras naturales un material sostenible.
¿Qué encontró el estudio?
Cualquier sustituto del concreto y el mortero que se usa hoy en día debe al menos coincidir con sus propiedades de ingeniería, como resistencia y durabilidad. Nuestro estudio evaluó la producción y el desempeño de geopolímeros elaborados con residuos de vidrio y escoria de plomo en lugar de arena natural. Utilizamos una combinación de cenizas volantes y escoria granulada de alto horno como aglutinantes en lugar de cemento Portland.
Estos geopolímeros se reforzaron con diferentes tipos de fibras naturales como fibra de coco, ramio, sisal, cáñamo, yute y bambú.
Nuestros resultados experimentales mostraron que los geopolímeros que contienen arena de vidrio residual tienen mayor resistencia y absorben menos agua que los que contienen escoria de plomo y arena natural. La absorción de agua reduce la durabilidad del hormigón.
Los geopolímeros preparados con escoria de plomo muestran una menor contracción por secado que los geopolímeros elaborados con arena de vidrio residual y escoria de plomo. La retracción por secado también reduce la durabilidad, ya que provoca grietas en el hormigón antes de que soporte cualquier tipo de carga.
Encontramos que los geopolímeros con 1% de ramio, cáñamo y fibra de bambú tienen mayor resistencia a la compresión y a la tracción que los geopolímeros no reforzados. Esto significa que el geopolímero reforzado resiste la rotura cuando se aprieta (bajo carga de compresión) y cuando se separa (bajo carga de tensión). La mayor resistencia de las mezclas reforzadas con fibras naturales se debe al efecto puente de las fibras dentro del geopolímero.
Nuestro estudio también muestra que los geopolímeros reforzados con fibra de ramio, cáñamo y bambú se contraen menos que los geopolímeros no reforzados.
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¿Qué sigue?
Los próximos pasos en esta investigación incluirían el estudio de:
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El desarrollo de hormigón sostenible nos proporcionará un material de construcción de próxima generación que mejora en gran medida la eficiencia de los recursos del sector al tiempo que reduce sus emisiones y otros impactos ambientales.