Mortero mejorado con cenizas volantes de RSU inertizadas en forma de carbonatos.

Mortero mejorado con cenizas volantes de RSU inertizadas en forma de carbonatos que se refiere a un mortero mejorado con cenizas volantes de RSU inertizadas en forma de carbonatos.

El mortero que comprende cementos de aluminato de calcio, áridos silíceos y agua, en donde dichos áridos silíceos se encuentran parcialmente sustituidos por cenizas volantes, inertizadas en forma de carbonatos, procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos. Estas cenizas tienen normalmente un contenido en cloruros inferior al 1% en peso con respecto al peso total las cenizas. También se describen los métodos de fabricación de los mismos y otros materiales de construcción fabricados a partir de mortero.

Campo de la invención

La presente invención tiene dos objetivos principales: Por un lado, se consigue inmovilizar y encapsular dentro de una matriz de mortero, las cenizas volantes de Residuos Sólidos Urbanos inertizadas en forma de carbonatos (en adelante CVI-RSU). Por otro lado, se consigue sorprendentemente un mejor comportamiento físico y mecánico de los morteros de cemento compuestos a partir de mezclas a base de: Cemento de Aluminato de Calcio, áridos silíceos y CVI-RSU. La invención también se refiere a métodos de fabricación de estos morteros y a su uso como materiales de construcción.

Antecedentes de la invención

La patente de título "Mortero de fraguado hidráulico para juntas para superficies pavimentadas" ES 2 296 361 T3 (16.04.2008), recoge en su formulación la utilización de un 20-30% en peso de componentes de fraguado mineral/hidráulico (tales como cemento, microsílice, cenizas volantes y/o cal), pero en ningún caso menciona el origen de estas cenizas volantes que normalmente provienen de centrales térmicas.

La patente de título "Material cementoso con cenizas volantes", ES 2 220 971 T3 (16- 12-2004), se refiere a materiales cementosos con cenizas volantes que necesitan ser activadas químicamente mediante aglomerantes que comprenden silicatos alcalinos e hidróxidos alcalinos. Las cenizas utilizadas son de Clase F y se obtienen a partir de la combustión de carbones bituminosos y de antracita.

La solicitud de patente con título "Clinker using Steel sludge and municipal solid waste incineration fly ash and method for manufacturing the same" KR 20110091170 (11-08- 2011), tiene como propósito la manufactura de un clinker mediante la utilización de lodos provenientes de la elaboración de acero, mezclados con cenizas volantes de residuos sólidos urbanos. El método está basado en la combinación de un 20% a un 50% en peso de cenizas volantes de RSU, entre un 10% y un 30% en peso de yeso y un 100% en peso de lodos del acero. La mezcla obtenida se sintetiza a temperaturas entre 1000°C y 1300°C. Con esta invención, las cenizas volantes de RSU sólo se utilizan en la elaboración de una materia prima para la obtención de cementos.

La solicitud de patente con el título "Method for producing hydraulic binding agent in a form of activated fly ash, activated fly ash, hydraulic binding agent, sulfur or cement concrete, mineral-asphalt mixture and application of the activated fly ash" EP

2085366 (05-08-2009), establece un método encaminado a la preparación de un agente aglomerante hidráulico con la utilización de cenizas volantes activadas mediante su molienda en un molinillo electromagnético. La activación de las cenizas se produce durante la molienda de éstas en dicho molinillo durante un tiempo de entre 5 y 300 segundos. Los tamaños de las partículas de las cenizas utilizadas son: un 66% del total menor que 50pm, un 75% del total menor que 63pm y un 95% del total menor que 200pm. Las cenizas volantes utilizadas se obtienen de la combustión del carbón de calderas para calefacción.

La solicitud de patente con el título "Admixture for fly ash concrete" EP 2266929 (29- 12-2010), elabora un método para la producción de mezclas cementosas y hormigones con la incorporación de cenizas volantes mediante un tratamiento de introducción de aire. El método contempla la formación de una mezcla que incluye agua, cemento, cenizas volantes, áridos, otros materiales cementantes y una mezcla de productos químicos; todo ello agitado y con la incorporación de un agente aireante. Esta mezcla incorpora un material neutro, que no tiene utilidad en cuanto a la inclusión de aire, pero que interacciona preferentemente con las cenizas volantes y que sin su colaboración, éstas neutralizarían o anularían la inclusión de aire. Las cenizas volantes utilizadas cumplen la norma ASTM C618 sobre cenizas de la combustión del carbón para su uso en cementos.

La patente de nombre "Cemento geopolimérico a base de cenizas volantes y de gran inocuidad de uso" ES 2345572 T3 (27-09-2010), se basa en la obtención de un método para hacer inocuas las cenizas volantes de clase F y conseguir su utilización en combinación de cementos poliméricos, para poder ser utilizados en el campo de la construcción y de la ingeniería civil. La desactivación de las cenizas volantes se consigue gracias a la elaboración de una mezcla de: 10 a 15 partes en peso de una disolución de silicatos metálicos alcalinos no corrosivos, en los que la fracción molar M20/Si02 es menor a 0.78 (preferentemente menor a 0.69), y la fracción molar Si02/ M20 es mayor a 1.28 (preferiblemente mayor que 1.45), siendo M la denominación para el Na o K existente; 10 a 20 partes en peso de agua y 5 a 10 partes en peso de escoria de altos hornos con una superficie específica de menos de 400 m/kg, preferiblemente menos de 380 m/kg. Además se le añade a la mezcla de 50 a 100 partes en peso de ceniza volante de aluminosilicato de tipo F. Las cenizas volantes usadas provienen de la combustión del carbón.

La solicitud de patente con nombre "Processing sulphur-containing residues and fly ash into cured granules, making cementless mortar and making a building block of such granules and mortar", (EP 0636592) (01-02-1995), define un método para procesar residuos con contenido en azufre y cenizas volantes. Estos residuos se mezclan con agua para obtener una pasta que, una vez seca, se machaca y se calienta para producir su curado. El porcentaje de cenizas volantes utilizados es inferior al 20% en peso del conjunto de la

mezcla. De la unión de este material con cal y otra serie de productos, se obtiene un mortero sin cemento. La mezcla tiene un máximo de 85% en peso del producto generado a partir de las cenizas volantes y, opcionalmente, una cantidad de áridos que no excederá en ningún caso el porcentaje de este producto. Además, se le añade entre un 6% y un 12% de cal y una proporción indeterminada de otros productos que mantengan el pH de la mezcla entre 12.8 y 13.4. De nuevo, las cenizas volantes utilizadas provienen de la combustión del carbón.

La solicitud de patente con nombre "Method for preparing light concrete by municipal solid waste incineration fly ash", CN 101531492 (16-09-2009), divulga un nuevo método para la preparación de un hormigón ligero con la incorporación de cenizas volantes de residuos sólidos urbanos. El hormigón ligero a base de cemento Portland tiene una composición de acuerdo a las siguientes proporciones: de 330 a 370 kg/m3 de cenizas volantes de RSU; de 450 a 475 kg/m3 de cemento Portland ordinario 52.5; de 325 a 340 kg/m3 de escorias granuladas hidráulicamente; de 350 a 370 kg/m3 de porcelana granulada; de 230 a 240 kg/m3 de escorias basálticas y de 2.7 a 2.9 kg/m3 de aditivos.

Breve descripción de la invención

Por los documentos citados es conocido el uso de Cenizas Volantes (CV) provenientes de la combustión del carbón en centrales térmicas, altos hornos y calderas de calefacción. Sólo en dos de los casos encontrados se han utilizado cenizas volantes provenientes de la incineración de Residuos Sólidos Urbanos (KR 20110091170 y CN 101531492). En ninguno de estos dos casos, se ha puesto de manifiesto ninguna técnica para intentar reducir el alto contenido en cloro, ni se han realizado ensayos para determinar el grado de lixiviación de metales pesados. Al tratarse de un Residuo Tóxico y Peligroso (RTP), su utilización hasta la fecha se ha visto imposibilitada al tener que cumplir una normativa especial.

Un primer aspecto de la invención se refiere a un mortero que comprende cementos de aluminato de calcio, áridos silíceos y agua, caracterizado porque dichos áridos silíceos se encuentran parcialmente sustituidos por cenizas volantes inertizadas en forma de carbonates, procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos (CVI-RSU). Mediante el método potenciométrico de determinación de cloruros, se tienen datos de que dichas CVI-RSU tienen un contenido en cloruros inferior al 1% en peso, con respecto al peso total de las cenizas de partida.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para la preparación de dicho mortero, que comprende mezclar cemento de aluminato de calcio,

agua, áridos silíceos y cenizas volantes inertizadas en forma de carbonatos procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos (CVI-RSU).

Un tercer aspecto de la invención es el uso de estos morteros para la fabricación de materiales de construcción o de ingeniería civil.

Otro aspecto se refiere a los materiales de construcción que comprende un mortero de la invención.

Breve descripción de las figuras

Figura 1: Tensión de rotura a compresión (N/mm2) de los morteros de Cementos de Aluminato... [Seguir leyendo]

1.- Mortero que comprende cementos de aluminato de calcio, áridos silíceos y agua, caracterizado porque dichos áridos silíceos se encuentran parcialmente sustituidos por cenizas volantes, inertizadas en forma de carbonatos, procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos.

2.- Mortero según la reivindicación 1 caracterizado porque las cenizas volantes inertizadas procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos sustituyen a los áridos silíceos hasta en un 90% en peso con respecto al peso total de los áridos silíceos.

3.- Mortero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la proporción cemento de aluminato de calcio:árido silíceo parcialmente sustituido está comprendida entre 0,1:1 y 1:0,1.

4.- Mortero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la proporción agua/cemento de aluminato de calcio se encuentran comprendida entre 0,1 y 1.

5.- Mortero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque dichas cenizas volantes, inertizadas en forma de carbonatos, procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos tienen un contenido en cloruros inferior al 1% en peso con respecto al peso inicial de las cenizas.

6.- Procedimiento para la preparación de un mortero tal y como se define en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende mezclar cemento de aluminato de calcio, agua, áridos silíceos y cenizas volantes, inertizadas en forma de carbonatos, procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos.

7.- Uso de un mortero tal y como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, para la fabricación de materiales de construcción o de ingeniería civil.

8.- Uso según la reivindicación 7 para la reparación en viales y pavimentos, para la confección de elementos prefabricados.

9.- Uso según la reivindicación 8 para la reparación de soleras industriales, pistas de aterrizaje o aparcamientos y para la confección de tuberías o canalizaciones de gran diámetro.

10.- Material de construcción que comprende un mortero tal y como se define en cualquiera

de las reivindicaciones 1 a 5.

11.- Material según la reivindicación 10 caracterizado porque es hormigón.