Utilización de residuos de procesos industriales en el hormigón

La búsqueda de alternativas a los efectos nocivos de ciertos materiales impulsa la investigación académica con resultados alentadores.

En este trabajo se estudiaron dos residuos plásticos industriales; una muestra de polipropileno reciclado y una muestra de polietileno reciclado, planteando su incorporación como agregado liviano en hormigón de cemento Pórtland. Los plásticos reciclados provienen de una fábrica de reciclados de la ciudad de Córdoba. El residuo industrial que se emplea como materia prima para reciclar es el scrap de la impresión de envoltorios de productos alimenticios y golosinas.

El objetivo es plantear alternativas para el aprovechamiento y utilización de estos residuos, verificando sus características y los requisitos que deben cumplir para hacerlos aptos para el nuevo uso. Con los residuos seleccionados se elaboraron hormigones y se realizaron evaluaciones de resistencia a compresión y tracción, deformabilidad, succión capilar y conductividad térmica.

Los valores obtenidos resultan alentadores y plantean una alternativa para alcanzar una solución técnica, además de contribuir a solucionar una problemática en materia de gestión ambiental, dándole valor agregado a residuos que actualmente no se comercializan. En la provincia de Córdoba se está llevando a cabo una gran discusión con respecto al tratamiento y disposición de los basurales a cielo abierto y de la basura en general. Si bien esta discusión es en el fondo alimentada por cuestiones políticas, a nadie escapa que es necesario brindar soluciones alternativas a la gestión de residuos que actualmente emplean los responsables de la recolección, disposición, tratamiento y eliminación de los desechos e incentivar el reciclado o reuso de los desperdicios.

Dentro de los residuos con posibilidades de reciclaje, los materiales plásticos generan cierto grado de dificultad ya que existe gran variedad de acuerdo al polímero con que se lo obtiene y la separación selectiva es escasa o nula(1). Los recicladores de residuos plásticos, en Córdoba, reciclan principalmente polietileno proveniente de bolsas y polipropileno (bidones, envases de helado, caños, perchas, etc). También existe la necesidad de reciclar o reutilizar otros materiales plásticos que tienen algún grado de complejidad, como por ejemplo los residuos de polipropileno del proceso industrial de impresión de envoltorios para sustancias alimenticias.

Estos presentan adiciones tales como selladores, solventes, tintas y otras sustancias utilizadas para conservar inalterables las características de los productos que envasan. Los materiales reciclados plásticos (polipropileno y polietileno) tienen una densidad relativamente baja, del orden de 0,9 g/cm3, pudiendo utilizarse como agregados livianos en el hormigón de cemento Pórtland, por lo que es esperable que contribuya a mejorar características de aislación térmica comparándolo con un hormigón convencional.

En la industria de la construcción, un material con estas características puede emplearse para ejecutar rellenos, contrapisos y hormigón liviano no estructural. Los envoltorios originales están constituidos por un film de polipropileno virgen, lámina base, que en una de sus caras posee un sellador, lo que posibilita la adhesión de las diferentes tintas que se utilizan para imprimir la propaganda del producto y otras características de información al consumidor.

La otra cara del film estará en contacto directo con el producto. El proceso de elaboración consiste en hacer pasar el film por un cilindro que tiene impreso el logotipo y datos del producto adicionándose cuatro tonalidades de tinta de manera continua. El scrap lo constituyen las piezas defectuosas, ya sea por puesta a punto de las máquinas al iniciar el proceso o fallas en la impresión por descalibración del equipo durante la impresión.

También se consideran las piezas devueltas que no satisfacen al cliente. La producción mensual actual de la empresa cuyo residuo se estudió es de 100 t, generándose en promedio un scrap cercano al 10 % de la producción.

Actualmente este residuo no es tratado en la empresa y se lo entrega sin cargo a recicladores o envía a un enterramiento sanitario en la vecina localidad de Bower, en donde se concentra toda la basura de la ciudad de Córdoba y algunas localidades aledañas. El procedimiento de reciclado del scrap industrial, tanto para el polietileno como para el polipropileno comprende:

1. selección manual,

2. aglomerado o agrumado,

3. extrusión,

4. granulado o molienda (con posible adaptación a rigidez, fluidez o color).

El sistema se inicia con una selección manual de las bolsas de polietileno; luego se alimenta con esta materia prima la trituradora, se realiza el aglomerado y desmenuzamiento mediante calor y chorro de agua; luego el material se transporta hasta un recipiente donde se distribuye y enfría. Una vez enfriado el material es introducido en la extrusora que lo ablanda y lo convierte en rolos de plástico. El material sale caliente y es transportado en un medio refrigerante, luego se lo introduce en un molino donde se tritura adoptando la forma y tamaño final para ser envasado y suministrado como materia prima.

Es importante mencionar que el reciclado de polietileno y polipropileno se comercializa y a partir del mismo se elaboran nuevos productos plásticos, pero en el caso particular del polipropileno proveniente de envoltorios el proceso de reciclado se dificulta, ya que las tintas y otras sustancias presentes en el material deterioran significativamente las piezas metálicas de las maquinarias y el producto final es un material bastante contaminado, no existiendo demanda de este producto para los usos habituales.

Cabe indicar que un estudio de mercado realizado en la ciudad de Buenos Aires por Gabriel Díaz(2), demostró que las empresas que utilizan scrap de plásticos no sólo exigen una clasificación 100% perfecta sino que prefieren utilizar scrap proveniente de fábricas y no procedentes de residuos domiciliarios, ya que los residuos plásticos que proceden de una industria determinada tienden a ser homogéneos y no presentan problemas especiales para su reciclaje.

Existe en la actualidad un remanente de residuos plásticos cuyo destino final es la incineración, la utilización como combustible alternativo o la disposición en enterramientos sanitarios, siendo esta última opción la menos deseada, pero la de mayor uso en la práctica. El problema a solucionar es minimizar el riesgo ambiental, directo e indirecto, dándole valor a los plásticos residuales. Esto hace necesario plantear alternativas para su aprovechamiento y utilización en otros fines para los que no han sido pensados originalmente, verificando las características y requisitos que deben presentar para el nuevo uso(3) y (4).

En este trabajo se presenta un estudio sobre dos tipos de residuos plásticos industriales: polipropileno reciclado y polietileno reciclado, planteando su incorporación como agregado liviano en hormigón de cemento Pórtland de uso no estructural o para paneles, entre otros.

PROGRAMA EXPERIMENTAL

Para el desarrollo del plan experimental se diseñaron dos mezclas de hormigón incorporando los tipos de agregados reciclados mencionados. Se evalúan las propiedades de los materiales y de las mezclas en estado fresco, tales como consistencia, aspecto superficial, grado de terminación; y en estado endurecido propiedades mecánicas y elásticas, y propiedades vinculadas a la durabilidad y conductividad térmica.

MATERIALES

Cemento: Se utilizó cemento Pórtland fillerizado CPF40 producido por una cementera local, normalizado (IRAM 50000).

Agua: Se utilizó agua potable extraída de la red domiciliaria, que cumple normativa vigente (IRAM 1601).

Agregado fino: Se utilizó una arena gruesa extraída de las márgenes del Río Primero (Suquia). Los resultados de ensayos de caracterización se presentan en la Tabla 1.

Agregados reciclados: Los estudios de caracterización de agregados reciclados plásticos se realizaron siguiendo los patrones establecidos para agregados de masa normal. Se identificaron los materiales reciclados del siguiente modo: reciclado de polietileno (RPO), reciclado de polipropileno (RPP).

RPO: Reciclado de polietileno, se obtiene reciclando bolsas plásticas en desuso, según el procedimiento mencionado anteriormente (Foto 1). En la Tabla 2 se indican sus propiedades físicas; los tamaños de las partículas son uniformes, el 100% pasa el tamiz N°4 y el 80% queda retenido en el Tamiz N°8, por lo que la distribución granulométrica está fuera de las curvas límites especificadas en IRAM 1627. Este material es comercializado como materia prima para ser reutilizada como polietileno destinado a la fabricación de diversos elementos plásticos como botellas de detergente y de aceites de automóviles, tuberías, juguetes, etc.

RPP: Reciclado de polipropileno, scrap del proceso productivo de impresión de film de polipropileno; es reciclado empleando el proceso antes indicado (Foto 2).

Durante el proceso de tamizado se observa dificultad de separar las partículas por tamaño, ya que las más pequeñas quedan adheridas al tamiz. El análisis granulométrico muestra un exceso de partículas finas pasantes por el Tamiz N°4, el Tmáx. del agregado es 3/8”; el agregado excede los límites establecidos en Norma IRAM 1627. En la Tabla 3 se indican las propiedades físicas de este material.

DOSIFICACIÓN

Se dosificaron dos mezclas, Hormigón I y Hormigón II (Tabla 4), con las mismas proporciones de materiales, variando únicamente el tipo de agregado reciclado incorporado en cada una. Se utilizó un bajo contenido de cemento, próximo a los 200 kg/ m3, con el objetivo de conseguir economía y debido a que no son determinantes elevados niveles de resistencia mecánica en estos hormigones, para los usos propuestos.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Hormigón en estado fresco

Al realizar el ensayo de asentamiento, los hormigones I y II presentaron falta de cohesión, pero con un buen nivel de terminación; el hormigón I presentó mejor cohesión que el hormigón II; el asentamiento medido se determinó en 13 cm; la masa de la mezcla se mostró homogénea, sin segregación de los materiales componentes y sin presencia de exudación de agua; se determinó un asentamiento de entre 6 y 7 cm para el hormigón II. Las mezclas se presentaban homogéneas, sin exudación de agua.

Hormigón en estado endu recido Se moldearon probetas de 10×20 cm para determinar la resistencia a compresión y tracción por compresión diametral y de 15×30 cm para determinar módulo elástico; se compactaron mediante varillado. Luego de moldeadas las probetas, a las 24 horas, se desmoldaron y se colocaron en pileta de curado; a los 7 días se retiraron de curado y se dejaron secar al aire, en ambiente de laboratorio hasta la fecha de ensayo de 14 días.

Las probetas que se ensayaron a 28 días se extrajeron de la cámara de curado una semana antes de la fecha de ensayo, debido a que las probetas presentaban gran contenido de humedad en su interior. Sobre los hormigones en estudio se determinó la densidad obteniéndose los siguientes resultados: Hormigón I = 1,10 g/cm3 y Hormigón II = 1.40 g/cm3.

Propiedades mecánicas: en la Figura 1 se muestran los resultados de resistencia a compresión a 14 y 28 días, promedio de por lo menos tres valores para cada edad y cada tipo de hormigón. La evolución de la resistencia a compresión es muy similar entre los hormigones I y II. El hormigón I presenta un mejor comportamiento resistente a compresión. En la Figura 2 se presentan los resultados de resistencia a tracción por compresión diametral para las mezclas en estudio a la edad de 28 días. Frente a las solicitaciones de tracción se constata un mejor comportamiento del Hormigón I con respecto al II. Esta variación de resistencia puede deberse a las características propias del RPP, que está constituido por materiales heterogéneos y de escasa resistencia.

Propiedades elásticas: el módulo de elasticidad fue determinado según norma ASTM C 469 a la edad de 28 días, para el Hormigón I, que reporta mejores resistencias mecánicas; los valores obtenidos fueron del orden de 3 GPa.

Propiedades térmicas: la determinación de la conductividad térmica en muestras de cada hormigón se realizó en el CECOVI, UTN Facultad Regional Santa Fe; se emplearon probetas prismáticas de 10,5 ± 0,5 cm de lado y 5 cm de altura. En la Tabla 5 se presentan los resultados obtenidos. Comparando los valores de conductividad térmica presentados por la norma IRAM 11601 con los medidos en estas experiencias surge que estos hormigones tienen menor conductividad térmica que un hormigón convencional y capacidad de aislación térmica similar a una teja. De los dos hormigones estudiados el que reporta mejor aislación térmica es el Hormigón II. Si bien se corrobora la hipótesis inicial de este trabajo es necesario profundizar aún más este estudio.

SUCCIÓN CAPILAR

Luego de observar la lenta eliminación del agua dentro de la masa de hormigón se realizó el ensayo para determinar la capacidad y la velocidad de succión capilar de agua del hormigón endurecido según norma IRAM 1871. Es necesario destacar que esta norma es recomendada para agregados y hormigones de masa y densidad normal, no existiendo normalización respecto de hormigones elaborados con los agregados empleados en este trabajo. Se ensayaron tres probetas de 10 cm de diámetro y 5 cm de altura aserrados de probetas cilíndricas de 10 x 20 cm. Previo al ensayo, la superficie lateral fue sellada con pintura impermeabilizante. La cantidad de agua absorbida se obtuvo como ganancia de masa a los 15 minutos, 30 minutos, y luego cada media hora, hasta las 6 horas.

También se determinó a las 24 horas(5). La succión capilar es un parámetro que permite establecer condiciones de transporte de líquido dentro de la masa del material y a partir de allí establecer parámetros de durabilidad(6). La succión obtenida a las 24 horas en el Hormigón I (0,493 g/cm2) resulta menor que en el Hormigón II (0,686 g/cm2); este comportamiento podría atribuirse a que el tamaño de las partículas de los agregados de polietileno reciclados es menor y proporciona una estructura más cerrada, por lo que es esperable que su comportamiento relacionado con la durabilidad sea mejor; se considera necesario realizar estudios complementarios referidos a la porosidad del material.

CONSIDERACIONES FINALES

A partir de los estudios realizados se concluye que la incorporación de residuos plásticos reciclados contribuye a mejorar las propiedades de aislación térmica y disminuye la densidad del hormigón. En los productos elaborados se ha encontrado un buen comportamiento frente a la succión de agua y se obtuvieron propiedades mecánicas y elásticas acordes para el uso planteado. Además cabe realizar las siguientes consideraciones atendiendo al desarrollo futuro en el uso de estos materiales:

Por tratarse de un nuevo material, la metodología empleada y contrastación de los resultados se han realizado con la normativa vigente para hormigones convencionales, destacándose la importancia y la necesidad de un avance en el desarrollo de estudios para la elaboración de normas, reglamentos y recomendaciones específicas para hormigones con agregados reciclados plásticos.

Un aspecto a considerar es la disponibilidad en stock de los materiales reciclados para contar con continuidad en la provisión. También es necesario garantizar la homogeneidad del material reciclado para minimizar una variación significativa en las propiedades finales de las mezclas. Estos aspectos sólo son posibles con la regulación y normalización de los mismos.

Finalmente, cabe destacar que es necesario incentivar el aprovechamiento, reciclado o reutilización de los residuos plásticos, ya que es un material de uso masivo cuya descomposición natural puede tardar varias generaciones. En tal sentido, la metodología empleada y los resultados obtenidos permitirían transferir la experiencia para reutilizar residuos plásticos peligrosos, por ejemplo, bidones de agroquímicos, silo bolsas y también residuos plásticos urbanos.