Nuevos horizontes para las arcillas como materiales cementantes suplementarios

IRASSAR, E.F.

Mar del Plata

Jornada; 3ras Jornadas Nacionales de Investigación Cerámica (JONICER); 2017

ATAC - INTEMA

La producción de cemento Portland genera ~0.85 ton de CO2 (50% debido a la descomposición de la caliza) y requiere ~3.5 GJ por ton. En las próximas décadas, la producción de materiales de construcción crecerá para satisfacer la demanda de infraestructura y viviendas de la población. Las estrategias para prolongar los recursos minerales y energéticos, y disminuir las emisiones de CO2 en la industria del cemento deben ser viables en los países en desarrollo. El informe de la UNEP [1] indica que los materiales basados en clinker portland dominarán el desarrollo de la construcción debido su economía de escala, el nivel de optimización del proceso, la disponibilidad de materias primas y la confiabilidad de sus productos. Las tecnologías alternativas (cementos de belita-ye?elemita-ferrita, silicato de calcio o silicato de magnesio) requieren de una investigación más profunda. Para los próximos 30 años, las soluciones más viable son: a) el aumento del uso materiales cementiceos suplementarios (SCM) de baja energía y emisión como reemplazo parcial del clinker Portland y, b) el uso más eficiente del clinker Portland en morteros y hormigones. En Argentina, la producción de cemento alcanzó 12.2 Mt (289 kg/hab) en 2015 y la región pampeana se produce más del 50% del cemento y se consume ~ 4.3 Mt/año. Actualmente, los cementos contienen ~20% de SCM, principalmente filler calcáreo, escorias granuladas de alto horno y puzolanas. El porcentaje de filler calcáreo está limitado por tratarse de un SCM no activo. El volumen de escoria de alto horno proveniente de la producción de acero se reduce debido al incremento del reciclado y el uso de puzolanas naturales está limitado por su localización lejana en la cordillera. El desarrollo de nuevos SCM, especialmente arcillas calcinadas, se ha convertido en una de las opciones más importante para la industria. En la Provincia de Buenos Aires, la disponibilidad de arcillas (illita, esmectita, clorita y caolinita) se encuentra en la zona SO del sistema de Tandilia y los yacimientos provienen de la meteorización de las rocas o de distintos ambientes marinos costeros con cuarzo y otras impurezas (feldespatos, óxido de hierro, anatasa, carbonatos). Las caolinitas de bajo grado han sido ampliamente estudiadas y probadas como SCM, pero no son abundantes en la región para su uso masivo en la industria del cemento. La actividad puzolánica de más de 15 arcillitas bonaerenses compuestas principalmente por illita fue evaluada. La transformación térmica de estas arcillas involucra cuatro reacciones principales: a) deshidratación, b) deshidroxilación, c) colapso estructural y d) formación del vidrio o recristalización dependiendo de los minerales asociados. La temperatura de activación (900?1100 °C) está en concordancia con el colapso estructural y el comienzo de la formación del vidrio, y es mayor que la correspondiente a la deshidroxilación completa. Para un 25% de remplazo, estas arcillas calcinadas presentan actividad puzolánica a partir de los 14 días según el ensayo de Frattini, mientras que su índice de resistencia es mayor a 0.80 a los 7 días y alcanza un valor cercano a 1.00 a los 90 días. La incorporación de arcillas calcinadas no presenta demanda de agua en estado fresco y reducen el calor liberado durante la hidratación del cemento. La hidratación del cemento con arcilla transcurre sin cambios significativos de los principales compuestos de hidratación, consumiendo parcialmente el CH y contribuyendo a la evolución de la fase AFm de hemicarbonato a monocarboaluminatato. La actividad puzolánica causa una reducción de la porosidad que contribuye a mejorar la resistencia mecánica y la durabilidad frente al ataque de sulfatos. El elevado contendido de álcalis de este tipo de arcilla calcinada contribuye al desarrollo de la hidratación sin causar problemas adicionales debido a la reacción álcali-agregado. Los estudios preliminares muestran que las arcillas illiticas tiene un nuevo horizonte como materiales suplementarios del cemento.