Desarrollo de materiales cementantes de baja huella de carbono para aplicaciones en la industria de la construcción y adaptación para fabricación aditiva en arquitectura de bajo impacto ambiental

Resumen

Resumen de la tesis: El uso de cementos de baja huella de carbono alternativos al cemento Pórtland tradicional se postula como una solución viable para la reducción efectiva de las emisiones de efecto invernadero. Estos cementos, a su vez, permiten el empleo de residuos como materia prima, lo que implica un mejor comportamiento medioambiental, posibilitando la economía circular en la construcción. Por otro lado, el empleo de tecnologías como la fabricación aditiva habilita una mejora significativa de los procesos constructivos, posibilitando una reducción significativa de consumos y con ello, la mejora medioambiental de la industria de la construcción. Es por ello por lo que este trabajo aborda, por un lado, el desarrollo de mecanismos alternativos a los materiales cementantes tradicionales que impliquen una reducción de la huella de carbono y el estudio de su producción a partir de residuos, poniendo especial foco en aquellos aptos para una implantación en el mercado de la construcción. Por otro lado, dado el papel que puede desempeñar la fabricación aditiva en el futuro de la construcción, se estudia viabilidad reológica de los materiales desarrollados y su adaptación para la impresión 3D. Esta Tesis Doctoral consta de tres campañas experimentales principales. Por un lado, se ha llevado a cabo el desarrollo de cuatro mecanismos alternativos al cemento Pórtland tradicional, discriminando las formulaciones que no cumplían los requisitos de aplicación a gran escala inmediata y seleccionando aquellas que presentaban mejores características de cada uno de los mecanismos, a continuación se ha evaluado las emisiones de gases de efecto invernadero de cada formulación desarrollada, cuantificando las emisiones de dióxido de carbono equivalente, y finalmente, se ha adaptado cada material para su empleo en fabricación aditiva en construcción. El desarrollo de los mecanismos alternativos al cemento Pórtland ha tenido como objetivo la reducción de los contenidos de clínker en los cementos, cuya compatibilidad con las normativas actuales y los requisitos del material permitieran su aplicación. Los cuatro mecanismos alternativos con los que se han desarrollado los cementos de esta Tesis han sido: cementos activados alcalinamente, cementos sobresulfatados, cementos híbridos con activación alcalina y cementos de arcillas calcinadas. En el caso de los cementos activados alcalinamente, al encontrarse fuera de norma, pero presentar muy buenas prestaciones y un excelente comportamiento ambiental, se decidió llevar a cabo una campaña experimenta demostrativa, construyendo un prototipo a escala real de la fachada de un edificio con el material desarrollado. La modelización y simulación de los ciclos de vida se ha llevado a cabo mediante la herramienta de cálculo de ACV SimaPro 9.4.0.2 PhD, con el empleo de la base de datos Ecoinvent v.3.8 (2021). Se han estudiado las etapas A1-A3 en el análisis de ciclo de vida empleando el método de cálculo IPCC 2021 Global Warming Potential 100. La adaptación de los materiales para impresión 3D se ha llevado a cabo mediante la incorporación de aditivos modificadores de la tixotropía. Se ha cuantificado la modificación de la viscosidad mediante ensayos reológicos y se ha adaptado el contenido de cada aditivo a los requerimientos de cada fórmula. Las fórmulas se han probado e iterado en una impresora 3D de hormigón hasta alcanzar las dosificaciones viables para fabricación aditiva. Se han producido piezas demostrativas mediante impresión 3D con cada uno de los materiales. Se ha demostrado la viabilidad técnica, el encaje normativo y la mejora ambiental de las fórmulas alternativas al cemento Pórtland tradicional desarrolladas, así como la viabilidad para su aplicación en construcciones realizadas mediante fabricación aditiva. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/