Caracterización fisicoquímica y aplicaciones de yeso con adición de residuo plástico de cables mediante criterios de economía circular

Résumé

La toma de conciencia ambiental está generando un nuevo concepto de organización social pues se está modificando desde la forma de vivir y consumir, hasta el modo de desplazarse de un sitio a otro. Es en esta nueva forma de pensar de la sociedad donde tiene cabida la construcción sostenible que, de algún modo, tiene como finalidad el minimizar todos los posibles impactos ambientales causados por la industria de la construcción. Una forma de conseguirlo es a través del estudio y desarrollo de materiales y técnicas que permitan una disminución del uso de recursos naturales, la reducción de generación de residuos y/o su reutilización y la minoración de emisiones de CO2. La reutilización, el reciclaje o la valoración de los residuos, por tanto, desempeñan un papel primordial que pasa por un cambio de actitud en el modelo de economía lineal predominante y real hacia un modelo de economía circular. La economía circular levanta los cimientos de un nuevo paradigma de diseño inteligente basado en el cierre del ciclo de vida de los productos, como ocurre en la naturaleza. Para las empresas de materiales de construcción, la incorporación de residuos en los llamados "materiales tradicionales" es una alternativa que debe aprovecharse, en línea con el objetivo establecido en la actual Directiva Marco de Residuos 2008/98/CE. En este sentido, se realiza esta Tesis Doctoral con el objetivo de contribuir al desarrollo sostenible mediante el diseño de un nuevo material más eficiente. Se trata de un compuesto de matriz de yeso/escayola al que se añaden cargas de residuos plásticos procedentes del reciclaje de cables que, de otra manera, serían enviados a vertedero o incinerados. El propósito es obtener un material con propiedades mejoradas con el que reducir la cantidad de materia prima utilizada (piedra de aljez y agua) y reutilizar el residuo plástico tal cual se obtiene de la empresa de reciclaje, logrando, con ello, uno de los propósitos de la mencionada Directiva. Para el diseño del compuesto y previo análisis de otras investigaciones, se ha utilizado una metodología basada en la caracterización de la materia prima y la comprobación de viabilidad y caracterización de las mezclas yeso-residuo plástico planteadas tanto en estado fresco como en estado endurecido. Asimismo, y una vez seleccionado el compuesto óptimo, se ha realizado una propuesta de la aplicación más adecuada y el estudio de su impacto ambiental. Para la constatación de la hipótesis, se ha diseñado y desarrollado un plan experimental basado en cuatro fases en las que se han realizado ensayos para determinar propiedades químicas, físicas, mecánicas, térmicas y de comportamiento ante la acción de agua y de fuego, así como una simulación energética del compuesto incluido en dos sistemas constructivos. Los resultados finales muestran compuestos con densidad y propiedades higrotérmicas similares al compuesto de referencia de yeso que no incorpora residuo, resistencias mecánicas ajustadas a normativa, mucho más elásticos, con mejor adherencia superficial, mayor dureza superficial y una excelente mejora en el comportamiento ante la acción del agua. Además el coeficiente de conductividad térmica obtenido es menor que el de la referencia y presenta un aceptable comportamiento frente a la acción del fuego debido al recubrimiento de yeso. Por otra parte, del análisis de la viabilidad de su fabricación también se deduce que se consigue reducir entre un 25-30% la utilización de los recursos naturales empleados (aljez y agua), así como la reutilización del 100% del residuo plástico siguiendo con ello el criterio de economía circular. Environmental awareness is generating a new concept of social organization as it is changing the way people live, their consumption habits, and how they travel from one place to another. This new form of social thinking that encompasses sustainable building seeks to minimize all possible environmental impacts caused by the construction industry. One way to achieve this is through the study and development of materials and techniques with a view to decreasing the use of natural resources, minimising CO2 emissions, and reducing or reusing waste. The reuse, recycling or evaluation of waste therefore plays a primary role that implies a change of attitude in the prevailing linear economy model towards a circular economy. The circular economy paves the way for a new paradigm of intelligent design based on closing the circle at the end of a product’s life, as occurs in nature. For construction material companies, the incorporation of waste into so-called "traditional materials" is an alternative that must be used, in line with the objective established in the current Waste Framework Directive 2008/98/EC. Therefore, the objective of this Doctoral Thesis is to contribute to sustainable development by designing a new more efficient material. It is a gypsum/plaster matrix compound to which plastic waste is added from the recycling of cables that would otherwise be sent to landfills or incinerated. The purpose of this is to obtain a material with improved properties, to reduce the amount of raw material used (gypsum and water) and reuse the plastic waste, as it is obtained from the recycling Company, to fulfil one of the purposes of the aforementioned Directive. After an analysis of prior studies, a methodology was developed based on the characterisation of the raw material as well as the verification of the viability and the characterisation of the gypsum-plastic waste mixtures presented in both their fresh and hardened states. Once the best compound was selected, a proposal was also made for the most appropriate application and the study of its environmental impact. To confirm this theory, an experimental plan based on four phases was designed and developed in which tests were carried out to determine chemical, physical, mechanical, thermal characteristics and the material’s resistance to water and fire. A simulation of energy consumption of the compound included in two construction systems was also carried out. The results show that the compounds have a similar density and hygrothermal properties as the reference gypsum compound that does not incorporate waste. Additionally they have a mechanical resistance that complies with regulations, a much greater elasticity and better surface adhesion, greater surface hardness and higher water resistance. The thermal conductivity coefficient obtained is also lower than that of the reference value and presents sufficient fire resistance due to its gypsum coating. A viability analysis of the manufacturing process also shows that it is possible to reduce the amount of natural resources used by 25-30% (gypsum and water) and to reuse 100% of the plastic waste based on the principle of circular economy.