Fotografía: Profesor Yimmy Silva, y la estudiante de Doctorado de Ingeniería UC, Claudia Burbano.
Como un desafío global, la gestión de residuos industriales ha aumentado en los últimos años con el fin de generar procesos más amigables y conscientes con el medioambiente. Al mismo tiempo, la producción de hormigón más sostenible y de alto rendimiento se ha convertido en uno de los desafíos más importantes relacionados con el entorno construido.
Si consideramos que Chile es uno de los principales exportadores de cobre en el mundo, y que la demanda de este material podría ir en aumento en los próximos años, valorizar uno de sus residuos, como la escoria de cobre (CS), se convierte en una gran oportunidad en cuanto a sustentabilidad.
En este contexto, académicos de la Pontificia Universidad Católica de Chile y miembros del Centro de Innovación del Hormigón UC, publicaron recientemente el artículo científico “Short- and long-term experimental performance of concrete with copper slag: Mechanical and physical properties assessment” vinculado al Fodecyt Iniciación 11221114, el cual presenta un estudio experimental sobre la influencia de la CS como material cementicio suplementario (MCS) en el desempeño físico y mecánico del hormigón tanto a corto como a largo plazo.
Sus autores son Yimmy Silva, académico de la Escuela de Construcción Civil UC, Claudia Burbano, estudiante de doctorado en Ingeniería Civil UC, Gerardo Araya-Letelier, académico de la Escuela de Construcción Civil UC, y Marcelo González, académico del Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción UC.
Escoria de cobre como MCS
La escoria de cobre (CS, por sus siglas en inglés) se ha utilizado prometedoramente como árido reciclado. La mayoría de los estudios realizados sobre su uso muestran una mejora en la trabajabilidad, atribuida a su baja absorción y a su superficie vítrea y lisa. Sin embargo, dada la gran cantidad producción de este material (por cada tonelada de cobre metálico, se generan entre 2 y 3 toneladas de CS), es crucial investigar su potencial como MCS. Explorar esta alternativa no solo permitiría una valorización efectiva de la CS, sino que también ofrecería una solución viable para mitigar el alto impacto generado en la fabricación del cemento.
En esta investigación, se incorporó CS como reemplazo parcial del cemento en cinco niveles: 0%, 10%, 20%, 30% y 50% en volumen. Se evaluó su desempeño tanto en estado fresco (asentamiento) como en estado endurecido (resistencia a la compresión, resistencia a la tracción indirecta, y resistencia a la flexión), y se analizó su porosidad y succión capilar (indicadores de durabilidad).
Propiedades de la Escoria de Cobre
A partir de las investigaciones que se están realizando, la CS podría utilizarse como MCS alrededor del 10% en hormigones de alto desempeño y entre un 10% - 20% en hormigones de baja resistencia. Estos porcentajes podrían variar dependiendo de las características de la CS.
“Al utilizar la escoria de cobre con un reemplazo del 10%, no afecta las propiedades a compresión, aunque si incrementa levemente la resistencia a la flexión”.
Claudia Burbano
Estudiante Doctorado UC
Por otro lado, la CS, al igual que otros MCS, este residuo puede presentar diferentes desempeños cuando se utiliza como reemplazo parcial del cemento, como son el efecto de dilución, efecto filler y puzolánico. En este último caso, las partículas de CS al reaccionar con la Portlandita, generan un gel que refina los poros de la pasta de cemento, produciendo una disminución en la permeabilidad y mejor desempeño en la resistencia. Además, para utilizar la CS como MCS, “se debe de someter a un proceso de molienda, en donde se obtiene partículas impalpables con forma irregulares y angulares, lo que podría favorecer la resistencia a la flexión, ya que generaría un mejor anclaje”, explica Claudia Burbano, estudiante de doctorado de Ingeniería UC.
"Una de las características destacadas de la escoria de cobre es su dureza y baja absorción. Un tratamiento mecánico, como el proceso de conminución, desempeña un papel importante en el consumo de Portlandita, mejorando su reactividad. Además, debido a su baja absorción y potencial reactividad, se podrían generar zonas de transición interfacial (ITZ) menos porosas, lo que favorece el desempeño del hormigón.
Cuando se utiliza como árido fino, su dureza y baja absorción facilitan el control de humedad. Esto significa que, con una menor cantidad de agua en comparación con un árido de alta absorción no saturado, se logra una mayor trabajabilidad sin aumentar el contenido de agua en la mezcla, lo cual mejora la resistencia mecánica".
Yimmy Silva
Académico UC
Proyecciones de la investigación
Para el académico Yimmy Silva, es importante tener claro las propiedades y comportamiento de cada uno de los materiales que constituye el hormigón, ya que se abre un abanico de alternativas sustentables que permitirá determinar cuál es el mejor diseño de mezcla según las necesidades del entorno, los recursos disponibles y los requerimientos específicos de cada proyecto.
Si se considera además que, cada uno de los residuos industriales disponibles poseen características físicas y químicas diferentes, su comportamiento puede otorgar diferentes beneficios, no solo como materiales aislados, sino también en hormigones ternarios, aliando materiales que puedan ser complementarios y potenciar sus propiedades. Adicionalmente, siempre es importante conocer el desempeño de nuevos materiales a corto y largo plazo, no solo en su desempeño mecánico, si no de durabilidad, ya que hormigones mas durables, favorecen la sustentabilidad generando así un menor impacto ambiental.
Si quieres conocer más sobre esta investigación, te invitamos a leer el siguiente artículo complementario “Exploring the Potential of Alternative Materials in Concrete Mixtures: Effect of Copper Slag on Mechanical Properties and Carbonation Resistance”.
Autora: Valeria F. Moraga D.