Estudio y caracterización de geopolímeros a partir de ceniza volcánica para la obtención de materiales de construcción

Abstract

El cemento es usado como un aglutinante para la elaboración de materiales de construcción; sin embargo, la industria cementera es una de las que más generan contaminantes. En la producción del cemento se genera emisiones excesivas de CO2 (tn de CO2/ tn de cemento puzolánico producido) producto de la calcinación de piedra caliza y la combustión de combustible fósil. Considerando que la demanda de cemento tipo Portland se está incrementando, es que se busca tecnologías o materiales que puedan permitir la atenuación de la contaminación ocasionada en la industria del cemento. De esta manera, surge la idea del uso de la ceniza volcánica como material alternativo a usarse en la construcción, teniendo en cuenta que la ceniza volcánica es un material el cual se encuentra en abundancia en las zonas volcánicas de nuestro país y que no está siendo aprovechado. En la presente tesis se buscó conseguir un material que posea propiedades físicas y mecánicas que sean adecuadas para usarse como materia prima que sea menos contaminante y rentable para la industria de construcción, siendo la ceniza volcánica (proveniente del volcán Ubinas) el material evaluado. Se inició con la recolección y homogenización del tamaño de la ceniza proveniente de la ladera, base y cráter del volcán Ubinas. Con la finalidad de determinar si existe diferencia entre las zonas de recolección, se caracterizaron las muestras antes y después de ser molidas. Posteriormente, se elaboraron los morteros geopoliméricos usando como precursores a la ceniza volcánica y agregados a la arena local y arena standard en dos soluciones alcalinas activadoras (NaOH 12M y Na(OH)+Na2SiO3 12M) con un tiempo de curado de hasta 180 días. Además, se elaboró morteros de cemento donde se usó como precursor al cemento portland con arena local y agua. Finalmente, se realizó la caracterización física, química, mineralógica y estructural de los morteros geopoliméricos y de cemento, así como, se evaluó su comportamiento mecánico. Encontrándose que el tipo de solución alcalina activante y el uso de arena local o arena standard influyen en sus propiedades mecánicas, siendo la de NaOH y arena local con los cuales se obtuvo los mayores valores de resistencias de 27.49, 27.57 y 24.59 MPa a los 7, 14 y 28 días de ensayo, respectivamente. Dichos valores son más altos que los obtenidos al usar la solución activadora con adición de silicato de sodio; sin embargo, al usar arena standard fue con la solución con silicato de sodio con la cual vi se obtuvo valores de 38.84, 31.84 y 26.30 MPa a los 7, 14 y 28 días. Con el mortero de cemento se obtuvo resultados de 27.45, 28.03 y 29.36 MPa a los 7, 14 y 28 días de ensayo, respectivamente. Por lo tanto, las propiedades del mortero geopolimérico obtenido demostraron propiedades mecánicas elevadas pudiendo ser una buena alternativa ya que se ha obtenido valores mayores a los establecidos en la norma NTP 334.069:2017 (Cemento de albañilería o morteros).