Placas de escayola modificadas con residuos metalúrgicos con propiedades estructurales y térmicas mejoradas. Determinación de la huella ecológica

Abstract

La concienciación ambiental ha transformado la forma de vivir y construir de la sociedad actual, impulsando la construcción sostenible como una respuesta clave para reducir impactos negativos en el medio ambiente. Este enfoque busca desarrollar nuevos materiales y técnicas que minimicen la producción de residuos, promuevan el reciclaje de materiales y reduzcan las emisiones de CO2, representando un área vital de investigación aplicada en el sector de la edificación. Con ese enfoque se desarrolla esta Tesis Doctoral, que se centra en el desarrollo de nuevos materiales derivados de la escayola que integran residuos inorgánicos, específicamente escorias blancas de la industria siderúrgica. Estos residuos, que de otra manera serían desechados y enviados a vertederos, se utilizan para mejorar las propiedades de los productos finales. El objetivo del producto final es reducir el uso de materia prima virgen y aprovechar desechos de otras industrias, lo que resulta en un menor impacto ambiental mediante la reutilización y la mejora de las características de los materiales desarrollados. El objetivo de esta Tesis es probar la viabilidad de fabricación y puesta en obra de placas prefabricadas de escayola a las que se les incorpora residuos de escorias metalúrgicas procedentes de altos hornos industriales. Para ello, se estudian y caracterizan las materias primas que componen las placas, así como las mezclas de yeso-residuos tanto en estado fresco como en estado endurecido. En estado fresco, se calcula la cantidad de agua que se necesita para obtener una buena trabajabilidad, se analizan los tiempos de fraguado y se calculan las densidades de las mezclas. Una vez que los materiales endurecen, se determinan propiedades la resistencia a flexión, la absorción por capilaridad, la resistencia al impacto, la microscopía óptica y el comportamiento térmico. Finalmente, y pensando en una futura aplicación en obras reales, se estudia la reacción al fuego de todas las dosificaciones, y se profundiza en los ensayos que validan el color final de los materiales, mediante colorimetría. La aplicabilidad de las placas prefabricadas se lleva a cabo mediante la comprobación de su aptitud al ser colocadas en un demostrador en el laboratorio. El prototipo utilizado pretende comprobar la robustez del material final, así como definir las técnicas constructivas que van ligadas a su puesta en obra, para confirmar su validez en obra real. Como último paso, se calcula el análisis de ciclo de vida (ACV), considerando la disminución de materiales naturales y el reaprovechamiento de recursos, y se evalúa la disminución del impacto y la huella ambiental en todas sus vertientes. Con los resultados obtenidos y de forma global, se demuestra la viabilidad de este tipo de residuos para la fabricación de placas prefabricadas de escayola para particiones interiores en edificación.

Environmental awareness has transformed the way society lives and builds today, driving sustainable construction as a key response to reduce negative impacts on the environment. This approach aims to develop new materials and techniques that minimize waste production, promote material recycling, and reduce CO2 emissions, becoming a crucial area of applied research in the construction sector. Having this focus, this Doctoral Thesis is developed, which focuses on the development of new materials obtained from plaster that incorporate inorganic waste, specifically white slag from the steel industry. These wastes, which would otherwise be discarded and sent to landfills, are used to enhance final products´ properties. The goal of the final product is to reduce the use of raw materials and utilize waste from other industries, resulting in lower environmental impact through reuse and improvement of material characteristics. The aim of this Thesis is to test the feasibility of manufacturing and implementing prefabricated plaster panels incorporating metallurgical slag wastes from industrial blast furnaces. To achieve this, the raw materials composing the panels are studied and characterized, as well as the gypsum-waste mixes in both fresh and hardened states. In the fresh state, the amount of water needed for good workability is calculated, setting times are analyzed, and mixture densities are determined. Once the materials have hardened, properties such as flexural strength, capillary absorption, impact resistance, optical microscopy, and thermal behavior are evaluated. Lastly, considering future realworld applications, fire reaction tests for all dosages are conducted, and color finality is validated using colorimetry. Prefabricated panels viability and usage is tested by verifying their suitability when placed in a demonstrator in the laboratory. The prototype aims to confirm final material robustness and define the construction techniques associated with its implementation to confirm its reliability in real applications. As a final step, a life cycle assessment (LCA) is conducted, considering the reduction in natural materials and reserves reuse, evaluating the decrease in impact and environmental footprint across all aspects. Overall, based on the results obtained, it is demonstrated the viability of using steel slag waste for manufacturing prefabricated plaster panels to be used on interior partitions in buildings.