Viabilidad de la aplicación de materiales reciclados y cenizas de biomasa en la fabricación de materiales tratados con cemento

Abstract

La presente Tesis Doctoral es una contribución al conocimiento y la investigación sobre el uso de áridos reciclados y cenizas de fondo procedentes de la combustión de biomasa para su uso en ingeniería civil. El interés en el uso de áridos reciclados procedentes de residuos de construcción y demolición (RCD) están en continuo crecimiento debido a su potencial frente a diversos usos, entre ellos como material tratado con cemento para capas estructurales de carretera. Por otro lado, la producción de energía eléctrica a partir de centrales termoeléctricas que emplean biomasa como combustible, origina principalmente dos residuos: Cenizas de fondo (CF) formadas por el material total o parcialmente quemado y cenizas volantes (CV), partículas arrastradas por la corriente de gases al exterior de la cámara de combustión. En el desarrollo de este trabajo, se evaluó en una primera etapa, el comportamiento físico, químico y mecánico de diferentes mezclas de materiales granulares reciclados tratados con cemento, con diferentes contenidos de sulfato y de esta manera poder establecer protocolos de aplicación en la fabricación de suelocemento. Posteriormente, se analizo la viabilidad técnica de las cenizas de fondo de biomasa de varias plantas de energía andaluzas y de esta manera, evaluar su potencial uso en obras de infraestructura civil. Se determinó que las cenizas de fondo biomasa poseen propiedades aceptables para ser utilizados como un material de relleno en el núcleo de terraplenes de carreteras de más de 5 m en altura sin medidas de precaución adicionales. Por último, se estudio la posibilidad de incorporar, en proporciones determinadas, cenizas de fondo de biomasa en diferentes mezclas con árido natural y árido reciclado para su uso en ingeniería civil, concretamente como suelocemento para base y subbase de carreteras. El análisis de las propiedades mecánicas fue muy positivo. Las características físicas, químicas y mecánicas han sido estudiadas de acuerdo a la normativa vigente, y los parámetros han sido comparados con las especificaciones técnicas impuestas por la regulación española. La concepción del residuo como recurso para incorporarlo de nuevo al sistema productivo es un reto clave y una obligación y la principal motivación para el desarrollo de la presente Tesis Doctoral. Por ello, la correcta gestión de estos subproductos industriales, es esencial para evitar los impactos negativos sobre los ecosistemas, la biodiversidad y la salud humana, sin olvidar el beneficio económico que supone esta práctica.

This PhD thesis is a contribution to knowledge and research on the use of recycled aggregates and bottom ash from the combustion of biomass for its use in civil engineering. The interest in the use of recycled aggregates from construction and demolition waste (CDW) is in continuous growth due to their potential for various uses, one of them being as a material treated with cement to road structural layers. Besides, the production of electrical energy from power plants that use biomass as fuel, mainly originates two residues: bottom ash (BA) ,formed by totally or partially burnt material, and fly ash (FA), particles entrained by the gas stream outside the combustion chamber. In order to develop this work, in a first stage, the physical, chemical and mechanical behavior of different mixtures of granular recycled materials treated with cement, with different levels of sulfate, is evaluated and thus it is possible to establish protocols for application in soil cement manufacturing. Subsequently, the technical feasibility of bottom ash from several biomass plants energy in Andalusia are analyzed in order to evaluate its potential use in civil infrastructure. It was determined that biomass bottom ash possesses acceptable properties for its use as a filler material in the nucleus of road embankments of more than 5 m in height without additional precautionary measures. Finally, the possibility of including, in certain proportions, biomass bottom ash in different mixes with natural aggregate and recycled aggregate for their use in civil engineering, specifically as soil cement for road base and sub base, was studied. The analysis of the mechanical properties showed positive values. The physical, chemical and mechanical properties have been studied in accordance with current regulations, and the parameters have been compared with the technical specifications imposed by the Spanish regulations. The concept of waste as a resource to enter again into the productive system is a challenge and an obligation as well as the main motivation for the development of this PhD thesis. Therefore, with the proper management of these industrial products, it is essential to avoid negative impacts on ecosystems, biodiversity and human health, not to mention the economic benefits that this practice entails.