Economía circular en el sector de la construcción. Aplicación a las conchas Acanthocardia tuberculata

Abstract

La gestión de residuos mediante su valorización en nuevos materiales de construcción es un tema central frente a los retos ambientales y sociales actuales. Es imprescindible que todos los sectores productivos implementen soluciones innovadoras que reduzcan la generación de residuos y optimicen su gestión de manera más eficaz, eficiente y sostenible. En particular, la reutilización de residuos procedentes de la industria conservera de productos del mar puede ofrecer alternativas novedosas que promuevan una Economía Circular y una construcción más sostenible. La presente Tesis Doctoral analiza diversas estrategias para reciclar residuos de conchas de molusco Acanthocardia tuberculata como filler o árido fino mediante su incorporación en morteros autocompactantes. El objetivo principal es evaluar la posibilidad de integrar este residuo como materia prima en dichos materiales, contribuyendo así al impulso del paradigma de la Economía Circular. El depósito de residuos de conchas en vertederos genera múltiples problemas, incluyendo el impacto ambiental debido a su lenta degradación y la emisión de olores por la descomposición de restos orgánicos adheridos. Además, representa una pérdida de recursos valiosos, como el carbonato de calcio de las conchas, que podrían ser aprovechados en sectores como la construcción o la agricultura. También existe el riesgo de contaminación del suelo y aguas subterráneas por lixiviación, junto con costos económicos y logísticos derivados del transporte y la gestión de estos desechos. Inicialmente, se llevó a cabo una caracterización fisicoquímica y microestructural exhaustiva de todas las materias primas utilizadas, incluidas las conchas de Acanthocardia tuberculata trituradas a tamaño de filler y arena. En un primer estudio se reemplazó filler calizo natural por filler procedente de la molienda de las conchas y se evaluó su efecto en las propiedades de los morteros autocompactantes en estado fresco y endurecido. Adicionalmente, se utilizaron técnicas avanzadas, tales como difracción de rayos X, análisis termogravimétrico y diferencial y microscopía electrónica de barrido, con la finalidad de analizar completamente la composición mineralógica y superficial de las conchas y de los morteros endurecidos. Posteriormente, se estudió el efecto de la sustitución de árido natural fino por árido reciclado procedente de la molienda de las conchas (fracción arena). En un primer estudio se fabricaron morteros autocompactantes usando filler calizo natural como referencia y en un segundo estudio se utilizó filler silíceo. Se evaluaron diferentes proporciones de sustitución de árido fino (0%, 50% y 100%) así como distintas relaciones de material polvo (filler + cemento) /arena (0.6, 0.7 y 0.8). En cuanto a las propiedades mecánicas y de durabilidad, los resultados demostraron que los morteros fabricados con árido reciclado fino de conchas presentan una leve reducción en la resistencia a la compresión, pero mantuvieron niveles aceptables de uso. En cuanto a durabilidad, mostraron una mejora significativa con respecto a los morteros fabricados con áridos naturales. Las propiedades de durabilidad se evaluaron a través de ensayos de porosimetría de mercurio, retracción y absorción de agua por capilaridad. El propósito de estos tres estudios fue emplear los áridos reciclados de conchas en combinación con diversos materiales (áridos y filler naturales de distinta procedencia), con el objetivo de que puedan ser utilizadas en diferentes ámbitos del sector de la construcción. Esta investigación demuestra que es posible reducir los residuos procedentes de industrias conserveras de productos del mar y cerrar ciclos productivos mediante la incorporación de estas en materiales de construcción. Con ello, se contribuye a la sostenibilidad del sector de la construcción al tiempo que se promueve el paradigma de la Economía Circular, proporcionando beneficios tanto ambientales como funcionales.

Waste management through its valorisation into new construction materials is a central topic in addressing current environmental and social challenges. It is essential for all productive sectors to implement innovative solutions that minimize waste generation and optimize its management in a more effective, efficient, and sustainable manner. Specifically, the reuse of waste from the seafood canning industry can provide novel alternatives that foster a Circular Economy and promote more sustainable construction practices. This Doctoral Thesis examines various strategies for recycling shell waste from Acanthocardia tuberculata seashells as filler or fine aggregate by incorporating it into self-compacting mortars. The primary objective is to evaluate the feasibility of integrating this waste as a raw material in these construction materials, thereby contributing to the advancement of the Circular Economy paradigm. The disposal of seashell waste in landfills generates multiple issues, including environmental impacts due to their slow degradation and odour emissions caused by the decomposition of organic residues adhered to the shells. Additionally, it represents a loss of valuable resources, such as calcium carbonate from the shells, which could be utilized in sectors like construction or agriculture. There is also a risk of soil and groundwater contamination through leaching, along with economic and logistical costs associated with the transportation and management of this waste. Initially, a comprehensive physicochemical and microstructural characterization was conducted for all raw materials used, including crushed Acanthocardia tuberculata seashells processed to filler size and sand. In a preliminary study, natural limestone filler was replaced with filler derived from ground seashells, and its effect on the properties of self-compacting mortars in both fresh and hardened states was evaluated. Additionally, advanced techniques such as X-ray diffraction, thermogravimetric and differential analysis, and scanning electron microscopy were employed to thoroughly analyse the mineralogical and surface composition of the shells and the hardened mortars. Subsequently, the effect of replacing natural fine aggregate with recycled aggregate derived from ground seashells (sand fraction) was investigated. In an initial study, self-compacting mortars were produced using natural limestone filler as a reference, and in a second study, silica filler was utilized. Different substitution ratios for fine aggregate (0%, 50%, and 100%) were evaluated, as well as varying powder (filler + cement) to sand ratios (0.6, 0.7, and 0.8). Regarding mechanical and durability properties, the results showed a slight reduction in compressive strength for mortars fabricated with recycled fine shell aggregate, while maintaining acceptable usability levels. In terms of durability, these mortars exhibited significant improvements compared to those made with natural aggregates. Durability properties were assessed through mercury intrusion porosimetry, shrinkage and water absorption by capillary tests. This research demonstrates that it is feasible to reduce waste from the seafood canning industry and close production cycles by incorporating these materials into construction products. In doing so, it contributes to the sustainability of the construction sector while promoting the paradigm of the Circular Economy, providing both environmental and functional benefits.