PRODUCCIÓN DE ECOMATERIALES CON BASE EN RESIDUOS SÓLIDOS INDUSTRIALES Y ESCOMBROS DE CONSTRUCCIÓN

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1 PRODUCCIÓN DE ECOMATERIALES CON BASE EN RESIDUOS SÓLIDOS INDUSTRIALES Y ESCOMBROS DE CONSTRUCCIÓN Alejandro SalazarJ. Profesor Titular Universidad del Valle RESUMEN Se ha diseñado un material y desarrollado una tecnología para producir materiales de construcción de alta calidad y bajo costo, utilizando como materias primas residuos sólidos industriales y escombros de construcción. En todos los casos se cumple con las Normas Técnicas Colombianas definidas para este típo de producto. Se ha construido una planta piloto capaz de producir piezas por día en tres turnos. El flujo de fondos es positivo desde el primer año de operación, despues de pagar la inversión total requerida en 5 años incluidos los costos finsncieros. Esta tecnología es aplicable en cualquier lugar del mundo y podría mejorar su balance económico, sí se incluyera parcial o totalmente el costo que las empresas o las ciudades dejarían de gastar al disponer los residuos en estos materiales de construcción. La generación de empleo, el desarrollo de empresas productivas, la solución de problemas ambientales, contribuir a la solución del problema de vivienda de interés social, son aportes de este proyecto y ellos a su vez, son base para desarrollar procesos de paz. SUMMARY A material has been designed and developed a technology to produce high quality and low cost building materials, using as raw materials solid industrial and demolitions wastes. In all the cases it is fulfilled the defined Colombian Technical Norms for this products. A pilot plant has been built able to produce pieces per day in 3 shifts. The funds flow is positive from the first year of operation, after paying the total investment required in 5 years included the financial costs. If were included the costs that would leave of spending the companies or the cities when disposes the wastes in these building materials, it would improve the economic balance. The employment generation, the creation of productive companies, the solution to environmental problems, the contribution to the solution of the social interest housing problem, they are contributions of this project and they in turn, are base to develop peace processes. OBJETIVOS Diseño de materiales y elementos de alta calidad y bajo costo para uso en construcción de edificaciones. Desarrollo y/o adopción de tecnologías sencillas para fabricar materiales compuestos y elementos con base en residuos sólidos diversos. Diseñar y construir una empresa rentable de materiales de construcción que a la vez aporta soluciones ambientales. Buscar la colaboración de instituciones nacionales e internacionales para conseguir un ambiente más sano y limpio.

2 ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA (1) La utilización industrial, por síntesis directa, de los silicatos cálcicos hidratados, es casi tan reciente como el conocimiento de su naturaleza y propiedades. En muchos casos, hasta ahora, los avances industriales han seguido caminos empíricos completamente independientes de la investigación física y química fundamental. Con el conocimiento creciente de estos compuestos y una amplia comprensión de cómo influyen las condiciones de fabricación sobre cada silicato cálcico particular obtenido, hay muchas posibilidades de una amplia utilización. Actualmente, el silicato cálcico hidratado se produce en cantidades anuales de cientos de millones de toneladas. La mayor parte de esta gran producción anual está contenida en los morteros y hormigones, en virtud del fraguado y el endurecimiento de los cementos Portland u otros conglomerantes hidráulicos. Pero además de éstos, se obtienen directamente por síntesis, grandes cantidades en los procesos siguientes: Producción de elementos de construcción, ligados o cementados por el silicato cálcico, tales como ladrillos silicocalcareos, ladrillos de cal - flint, hormigones y morteros con base en cal y endurecidos al aire, placas prefabricadas para la construcción, y de igual modo todos aquellos productos endurecidos por síntesis hidrotérmica de un silicato, a partir de cal y la sílice. Producción de materiales aislantes ligados por silicato cálcico, empleando la síntesis hidrotérmica. Formación, como un producto de la reacción cal - arcilla, de suelos estabilizados con cal en la construcción de carreteras. Si se tienen en cuenta los procesos de endurecimiento y consolidación, es posible fabricar ladrillos similares a los silicocalcáreos de alta calidad, no sólo de arenas de cuarzo y cal, sino también a partir de otras materias primas tales como: arcillas calcinadas, puzolanas naturales o artificiales, residuos de cerámica roja o sanitaria, residuos industriales ricos en sílice, por una parte, y de cal grasa o productos residuales que la contengan, por otra. La cantidad de cal necesaria se ajusta a la granulometría del relleno o residuo que hace las veces de agregado. En este aspecto, se ha trabajado con el concepto de los mínimos vacíos que permite reducir la participación de la fase conglomerante sin alterar las propiedades físico-mecánicas del producto, mejorando notablemente su durabilidad. Para el amasado se emplea agua y con ventaja, agua calentada con energía solar. En este último caso, se consigue una interposición mejor entre la cal y la fracción que contiene la sílice fina y se evita la formación de grumos. Cuando se utilizan residuos que poseen sílice amorfa y estas fracciones tienen la finura adecuada, se tendrá un efecto combinado de reacción, pues trabajan a la vez la reacción puzolánica y la de síntesis hidrotérmica. Desde 1976 en el Departamento de Materiales de la Universidad del Valle y en la Corporación Construir dede 1997, se han realizando experiencias de laboratorio y de planta piloto para la producción de ladrillos y adoquines con base en residuos sólidos industriales. Hasta la fecha se han probado los siguientes materiales: residuos de cerámica roja de la producción de tejas y ladrillos, cenizas volantes y escorias gruesas de las carboeléctricas, escombros de construcción de la ciudad de Cali, residuo del apagado de la cal de la planta de potabilización de agua, arena del río Cauca, cenizas del bagazo de la caña de azucar de las centrales azucareras, residuos de plantas de tratamiento de 2

3 aguas residuales, polvos de plantas de trituración de agregados diabásicos. Los resultados en todos los casos satisfacen las normas que para el efecto hay en Colombia. Se han empleado tres métodos para el tratamiento hidrotérmico: un invernadero (temperatura media 42 ºC y humedad relativa mayor del 95%), una cámara de curado con agua caliente (temperatura de 95 ± 4 ºC) y un autoclave a 10.5 kg/cm 2. Para el confinamiento se han utilizado: una prensa manual CIMVA-RAM y varias prensas hidráulicas diseñadas para el efecto, aplicando presión entre los 50 y 280 kg/cm 2. TECNOLOGÍAS QUE SE HAN INCORPORADO La tecnología tiene como base, conseguir que las propiedades cementantes de algunos residuos aglutinen a otros residuos gruesos. Es importante tener en cuenta que no se emplea ni cemento portland ni calor de alta temperatura para aglutinar. Se trabaja con temperatura ambiente o con calor generado por energía solar. En planta piloto no se ha experimentado con autoclaves por considerar que esta técnica es más compleja y costosa en paises en vías de desarrollo. Las ventajas están en fabricar productos de alta calidad y bajo costo para desarrollar materiales de construcción para vivienda de interés social y a su vez contribuir a la solución de problemas ambientales haciendo uso de residuos sólidos. Es posible fabricar una amplia gama de productos tales como: ladrillos (bloques) de diferentes estilos, tamaños y formas; tejas; adoquines y tabletas para pisos; agregados de construcción tanto de peso normal como livianos, morteros secos para pega y revoques, estucos y productos de acabado así como la elaboración de elementos prefabricados estructurales. Las ciudades y las empresas incurren en altos costos de transporte y manejo para la disposición, y en la mayoría de los casos los sitios de disposición no satisfacen las condiciones requeridas para reducir al mínimo la contaminación y cumplir las normas ambientales. Esta tecnología es además, una alternativa de disposición económica que plantea solución a problemas de calidad ambiental. (2), (3) BENEFICIOS BASICOS DE ESTA TECNOLOGÍA (4) Se generan 17 empleos directos para una producción de piezas diarias en 3 turnos. Se producirá ladrillo cuyas dimensiones son: 24 x 12 x 8 cm con un 40% del volumen hueco. Los productos fabricados con base en esta tecnología se emplean en sistemas constructivos tradicionales. Esto significa, que se puede utilizar mano de obra con entrenamiento mínimo. Adicionalmente, se dará trabajo a pegadores de ladrillo y de pisos, recolectores, clasificadores y transportadores de escombros. En Colombia la inversión es de US $ 203, El precio final del ladrillo en 1999 es de US $ La inversión se paga en 5 años (intereses + capital) con un flujo positivo desde el primer año. El flujo de fondos estimado, después de pagar capital e intereses, es el siguiente: 1 año (US$) 2 año (US$) 3 año (US$) 4 año (US$) 5 año (US$) 6 año (US$) 28, , , , , ,

4 Creación de nuevas empresas para clasificación de materiales, elaboración de ladrillos, pisos, adoquines, etc. La tecnología puede seguir funcionando tanto con los escombros de construcción generados por la actividad constructora de una ciudad o región, como con muchos residuos sólidos industriales tales como: escorias de carbón, cenizas de bagazo de la combustión de la caña de azúcar, residuos de las industrias ladrilleras, residuos de la industria papelera, residuos del apagado de cal en las plantas de potabilización de agua, residuos de las siderúrgicas, etc. Es una manera de desarrollar materiales de construcción para contribuir, en muchas zonas pobladas del país y del mundo, a la solución de viviendas, sin utilizar cemento y sin necesidad de emplear calor, garantizando la calidad establecida por normas locales e internacionales. Los ladrillos que se consiguen, poseen dimensiones estables; textura, color y terminados óptimos y uniformes; resistencia mecánica que cumple normas. Todo esto garantiza un muro de excelente calidad a la vista, tanto para divisiones como estructural, que no requiere de acabado superficial. Desarrollo de una cultura para el uso de residuos sólidos industriales y escombros de construcción en la producción de materiales de alta calidad y bajo costo. Difusión de una tecnología aplicable en cualquier parte del país y del mundo, tanto en el caso de eventos telúricos, como en el uso de los residuos sólidos minerales que diariamente producen y recolectan todas las ciudades, en sus áreas industriales y urbanas. Este tipo de proyectos con su enfoque integral, en el cual se pasa por la generación del conocimiento, la creación de fuentes de empleo, la generación de riqueza, el planteamiento y el desarrollo de soluciones a problemas sociales y ambientales, establecen necesariamente las bases para contribuir de manera decidida al desarrollo social para la paz. MATERIALES, PROCESO, CALIDAD DE PRODUCTOS Materiales: Se recolectaron residuos sólidos provenientes de diferentes fuentes. Se distinguen básicamente dos tipos de materiales, los que trabajan como agregados y los aglomerantes o cementantes. Se diferenciaron de la siguiente manera: materiales conglomerantes!"materiales con base en óxido de calcio!"materiales con base en óxido de silicio materiales de relleno o agregados!"cenizas gruesas de carbón!"residuos de la industria cerámica!"escombros sólidos inorgánicos de construcción!"otros residuos sólidos industriales El proceso tecnológico aplicado consiste en: adecuación de materias primas: 4

5 !"trituración, clasificación y molienda de materiales conglomerantes!"trituración, clasificación y molienda de materiales de relleno sistema de dosificación por peso o por volúmen sistema de mezclado por tandas o batch sistema de confinamiento (prensa hidráulica que aplique 180 kg/cm 2 por unidad) sistema de curado!"por invernadero!"por agua caliente con energía solar Descripción del proceso: Se inicia con la recepción de materias primas. Estas se introducen a un proceso de clasificación y reducción de tamaño. Los materiales molidos finamente, se almacenan bajo techo o en silos, los triturados gruesos se dispondrán en patios de almacenamiento. Si es necesario, se realiza en estos patios una prehomogenización. Los materiales gruesos son más del 80% del material total requerido. La cal apagada se dispondrá en tanques con el fin de transformarla en un material de alta dispersión, esto puede tomar desde 24 horas hasta 6 días, dependiendo del sistema agitación utilizado. Cada material se analiza y evalúa periódicamente para garantizar la homogeneidad de las materias primas y de las mezclas y con ello la calidad de los productos. Se procede a dosificar los materiales, sea por peso o por volúmen, en un mezclador en donde se adiciona el agua necesaria. Esta mezcla se lleva a una tolva que alimenta los moldes de la prensa. El ladrillo recién confinado se manipula manualmente y se pasa al proceso de curado hidrotérmico en un invernadero, donde la temperatura media es de 45 C y la humedad relativa es mayor del 95 %. En la etapa de curado el elemento permanece entre 48 y 100 horas, dependiendo del tipo de material empleado como cementante. Es importante tener en cuenta las diferencias existentes entre las distintas clases de materias primas según su origen, puesto que ello afecta la calidad final de los productos. Es necesario hacer un diseño de mezcla típico dependiendo de las materias primas a trabajar. Calidad. Resultados alcanzados: Las normas técnicas Colombianas (NTC) tienen las siguientes especificaciones: TIPO DE LADRILLO NTC 451 (Cerámico) Resistencia a compresión mín. (kf/cm 2 ) % Absorción máx. NTC 922 (Sílico calcáreo) Resistencia a compresión mín. (kf/cm 2 ) % Absorción máx. I II III

6 Absorción: Aunque hay diferencias ocasionadas por las distintas composiciones de los ladrillos, todos se encuentran dentro del rango establecido por la norma. Ladrillo macizo Nº % de absorción en base seca , , , , , , ,30 Resultados de las pruebas de resistencia mecánica de ladrillos elaborados con diferentes residuos sólidos. Para este ejemplo y en todos los casos, se trabajó utilizando como conglomerante una mezcla de cal de alta dispersión con polvo de cerámica roja y como agregados o rellenos: residuos de concreto (1), mezcla de pedazos de cerámica roja con residuos de concreto (2), cenizas gruesas de carbón (3), mezcla por peso de escombros de construcción y cenizas gruesas de carbón (4), mezcla por volúmen de escombros de construcción y cenizas gruesas de carbón (5), pedazos de cerámica roja (6). Los resultados se muestran en la Figura Nº 1. FIGURA Nº 1: % DE ADICIÓN DE CAL V.S. RESISTENCIA DE ECOLADRILLOS ELABORADOS CON DISTINTOS RESIDUOS SÓLIDOS Resistencia a la Compresión (kg/cm 2 ) % Cal FABRICACIÓN DE ECOLADRILLOS A continuación se muestran una serie de fotografías de la planta piloto para producir 1000 piezas por hora: 6

7 Foto Nº 1: Vista de la Planta. Foto Nº 2: Vista Sistemas desempolvado. Foto Nº 3: Trituración de Materiales. Foto Nº 4: Prensa Funcionando. Foto Nº 5: Ecoladrillos. Foto Nº 6: Muro de Prueba de Ecoladrillos. Foto Nº 1: Vista de la Planta. Foto Nº 2: Vista Sistemas Desempolvado. 7

8 Foto Nº 3: Trituración de Materiales. Foto Nº 4: Prensa Funcionando. 8

9 Foto Nº 5: Ecoladrillos. Foto Nº 6: Muro de Prueba de Ecoladrillos. 1 Salazar, A., "Aglomerantes alternativos con base en residuos sólidos industriales y agroindustriales. Resultados y perspectivas", Conferencia Internacional Ecomateriales y Hábitat Sostenible, Habana, Noviembre de

10 2 3 4 Salazar, A., Los materiales en el ámbito de la Ingeniería. Producción de materiales de construcción reciclando desechos industriales y escombros de construcción". Libro. Oficina de Publicaciones, Facultad de Ingeniería, Universidad del Valle, Junio Salazar, A., et Al, "Informe Final Fase II del Estudio Utilización y/o Disposición de Residuos Sólidos de la Combustión del Carbón en las Centrales Térmicas de Paipa, Zipaquirá, Guajira y Tasajero", Contrato Icel - Univalle 5854, Cali, Octubre de 1993, Libro. Salazar, A., et Al, Informe final proyecto producción de materiales de construcción de alta calidad y bajo costo con base en residuos industriales y escombros de construcción, Contrato de I&D Colciencias Univalle Fundación Fénix, Octubre de