Utilización de los residuos de carbón para la producción de concreto sostenible

El avance aborda dos grandes problemas medioambientales a la vez, haciendo uso de los residuos de la producción de carbón y reduciendo significativamente el impacto medioambiental de la producción de concreto.

Xianming Shi, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la WSU, y el estudiante de posgrado Gang Xu, han desarrollado un concreto fuerte y duradero que utiliza cenizas volantes como aglutinante y elimina el uso de cemento ambientalmente intensivo. Informan sobre su trabajo en la edición de agosto de la revista Fuel.

Reduce la demanda de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero

La producción de concreto tradicional, que se hace combinando cemento con arena y grava, contribuye entre cinco y ocho por ciento de las emisiones de gases de efecto invernadero en todo el mundo. Esto se debe a que el cemento, el ingrediente clave en el concreto, requiere altas temperaturas y una tremenda cantidad de energía para producirlo.

Las cenizas volantes, el material que queda después de que se quema el polvo de carbón, mientras tanto se ha convertido en un importante problema de gestión de residuos en los Estados Unidos. Más del 50 por ciento de las cenizas volantes terminan en vertederos, donde pueden lixiviarse fácilmente al medio ambiente cercano.

Aunque algunos investigadores han utilizado cenizas volantes en el concreto, no han sido capaces de eliminar los métodos de calentamiento intenso que tradicionalmente se necesitan para hacer un material fuerte.

"Nuestro método de producción no requiere el calentamiento ni el uso de cemento", dijo Xu.

Ingeniería molecular

Este trabajo también es significativo porque los investigadores están usando materiales de tamaño nanométrico para diseñar el concreto a nivel molecular.

"Para avanzar de manera sostenible en la industria de la construcción, necesitamos utilizar la capacidad "de abajo hacia arriba" de los nanomateriales", dijo Shi.

El equipo utilizó óxido de grafeno, un nanomaterial recientemente descubierto, para manipular la reacción de las cenizas volantes con el agua y convertir las cenizas volantes activadas en un material fuerte parecido al cemento. El óxido de grafeno reorganiza átomos y moléculas en una solución de cenizas volantes y activadores químicos como el silicato de sodio y el óxido de calcio. El proceso crea una cadena de moléculas de aluminato-calcio-silicato-hidrato con átomos fuertemente unidos que forman una red de polímeros inorgánicos más duraderos que el cemento (hidratado).

Ayuda a las aguas subterráneas, mitiga las inundaciones

El equipo diseñó el concreto de cenizas volantes para que sea permeable, lo que significa que el agua puede pasar a través de él para reponer el agua subterránea y mitigar el potencial de inundación.

Los investigadores han demostrado la resistencia y el comportamiento del material en parcelas de prueba en el campus de la WSU bajo una variedad de condiciones de carga y temperatura. Todavía están llevando a cabo pruebas de infiltración y recopilando datos utilizando sensores enterrados bajo el hormigón. Eventualmente esperan comercializar la tecnología patentada.

"Después de más pruebas, nos gustaría construir algunas estructuras con este concreto para servir como prueba de concepto", dijo Xu.

La investigación fue financiada por los Centros de Transporte Universitario del Departamento de Transporte de los Estados Unidos y la Oficina de Comercialización de la WSU.