Edificación y obra pública
En el campo de la edificación y obra pública, las escorias negras podrían utilizarse en la industria del cemento (como aporte de hierro al clínker o como adición) y como árido para hormigón.
Utilización en cementera de escorias negras
En España, se ha realizado como experiencia piloto, el reciclaje de las escorias negras introduciéndolas en cementeras como aporte de hierro, silicio y cal al horno rotativo en el proceso de fabricación del clínker. La conclusión del estudio es que esta aplicación parece no presentar ninguna limitación desde el punto de vista técnico ni medioambiental(1). El control de la calidad medioambiental de las escorias en esta aplicación, se realiza mediante la determinación de metales presentes en el clínker elaborado y en las partículas en suspensión emitidas por la chimenea.
En la composición química del clinker con escorias, los únicos elementos que sufren cambios son el cromo y el manganeso (que aumentan considerablemente su porcentaje). No obstante, y dado que la legislación española no recoge limitaciones para dichos elementos y que su presencia en el cemento no representa problemas para la calidad técnica de dicho material, no se precisa tenerlos en cuenta.
La dosificación adecuada del material, en base a la composición química, con objeto de obtener un producto final de características iguales al obtenido con la utilización de materia prima convencional, se estima aproximadamente en un 4%, sin aparecer problemas de calidad técnica del producto final(1).
Otros estudios(18) han obtenido que cementos con un contenido de escorias entre el 15-30% pueden cumplir los requisitos establecidos para los cementos de categoría resistente 42.5, mientras que con un contenido de escorias del 45% pueden satisfacer los requisitos establecidos para los cementos de categoría resistente 32.5. Estos cementos presentan una menor demanda de agua, por lo que mejora su trabajabilidad, aunque presentan un mayor tiempo de fraguado.
Así mismo podría pensarse en la utilización de estas escorias como adición en mezclas con cementos para fabricación de hormigones y otros derivados, para lo cual como punto de partida pueden tomarse como referencia las especificaciones pedidas a otras adiciones.
Utilización de escorias negras como árido para morteros
Algunos estudios han investigado la posibilidad de utilizar las escorias de acería en la fabricación de morteros(19).
Para ello, el material necesita una molienda previa para obtener una granulometría similar a la de un árido convencional. Con este tratamiento, se puede conseguir un material con un huso granulométrico dentro del especificado en los límites que recoge la Norma Básica de la Edificación NBE FL-90 (actualizada en octubre de 2004) y que presenta un contenido de finos muy reducido, inferior al 3%.
Según este estudio, los morteros estudiados (con distintos porcentajes de escorias), presentan una buena resistencia a compresión, siendo los porcentajes óptimos de escorias, los situados entorno al 30-40%.
Utilización de escorias negras como árido para hormigón
De forma experimental se está estudiando la posibilidad de utilizar este tipo de residuo como árido grueso(20) o fino(21)(22) para hormigón. En ambos casos, las escorias se deben triturar y tamizar, obteniendo una granulometría similar a la de los áridos naturales. Además, se debe proceder a la estabilización y envejecimiento de las escorias para evitar su expansión.
En los ensayos realizados(20)(21)(22), en los que se reemplazó la totalidad de la arena por escorias negras de horno eléctrico, se obtuvieron hormigones de mayor densidad (2.770 kg/m3), con una resistencia a compresión y carga de rotura similares a los de un hormigón con arena natural y de mayor fragilidad.
Según estos estudios, el fenómeno de lixiviación en un hormigón normal y en un hormigón con escorias es similar para todos los metales excepto para el cloro.
En el plano internacional se han desarrollado algunas recomendaciones de utilización de este tipo de áridos en hormigón estructural, como las recomendaciones japonesas(7), en las que se recogen tanto los requisitos de los áridos como las propiedades de los hormigones y recomendaciones para su proyecto y puesta en obra.
En estas recomendaciones se especifica que el uso de escorias queda limitado a aquellas escorias procedentes de plantas con un certificado de calidad en las que se realice su procesamiento y control adecuado. De acuerdo con estas recomendaciones, se puede utilizar hasta un 100% de árido grueso de escorias, en cuyo caso el porcentaje de árido fino de escorias se limita al 30% (relativo al volumen total de árido fino). Si el árido grueso es natural, el porcentaje de árido fino de escorias puede ascender al 50%. Para porcentajes mayores, se requiere la realización de estudios específicos. Quedan excluidas las aplicaciones en hormigones de resistencia superior a 60 N/mm2 y hormigones pretensados.
Las escorias deben cumplir los requisitos establecidos para los áridos convencionales, debiendo ajustarse a unos husos granulométricos que se recogen en las Tablas 8 y 9:
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|
ÁRIDO FINO |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Tamaño máximo |
% de la fracción que pasa |
||||||
|
|
10 |
5 |
2,5 |
1,2 |
0,6 |
0,3 |
0,15 |
|
5 mm |
100 |
95-100 |
80-100 |
50-90 |
25-65 |
10-35 |
2-15 |
|
2,5 mm |
100 |
95-100 |
85-100 |
60-95 |
30-70 |
10-45 |
5-20 |
|
1,2 mm |
- |
100 |
95-100 |
85-100 |
35-80 |
15-50 |
10-30 |
|
5-0,3 mm |
100 |
95-100 |
45-100 |
10-70 |
0-40 |
0-15 |
0-10 |
Tabla 8: Husos granulométricos para el árido fino procedente de escorias de acería empleadas en hormigón estructural
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ÁRIDO GRUESO |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Tamaño máximo |
% de la fracción que pasa |
||||||
|
|
50 |
40 |
25 |
20 |
15 |
10 |
5 |
|
5 mm |
100 |
90-100 |
20-55 |
0-15 |
- |
0-5 |
- |
|
2,5 mm |
- |
- |
100 |
90-100 |
- |
20-55 |
0-10 |
|
1,2 mm |
- |
- |
100 |
90-100 |
- |
0-10 |
0-5 |
|
5-0,3 mm |
- |
- |
- |
100 |
90-100 |
40-70 |
0-15 |
Tabla 9: Husos granulométricos para el árido grueso procedente de escorias de acería empleadas en hormigón estructural
En cuanto a las características de los hormigones con escorias de acería presentan una mayor demanda de agua para obtener una determinada consistencia, tanto mayor cuanto mayor es el contenido de escorias utilizadas.
La densidad de los hormigones con sustitución total del árido fino y grueso puede alcanzar un valor de 3000 kg/m3.
La resistencia del hormigón con escorias suele ser inferior a la de un hormigón convencional a edades tempranas (hasta 3 días), aunque posteriormente, se puede obtener una resistencia similar o incluso ligeramente superior a la del hormigón convencional. Este tipo de hormigones suele presentar además una menor retracción.
Se deben utilizar aditivos aireantes para obtener un adecuado comportamiento de durabilidad frente a los ciclos hielo-deshielo.
Debido al bajo contenido de sílice que presentan las escorias de acería, el riesgo de que se presenten fenómenos de reacción álcali-árido es muy reducido.
Según estas recomendaciones, los hormigones con escorias de acería presentan además, un comportamiento adecuado durante su puesta en obra, compactado y acabado.
En el caso de utilizar exclusivamente árido fino de escorias en un porcentaje inferior al 30%, el comportamiento del hormigón se puede considerar similar al de un hormigón convencional. Para porcentajes superiores de árido fino (inferior al 50%) o para la utilización de áridos gruesos de acería, las recomendaciones establecen además, criterios específicos para determinar el diagrama tensión deformación, módulo de elasticidad, coeficiente de expansión térmica, retracción y densidad, así como criterios de dosificación para garantizar la durabilidad de este tipo de hormigones en diferentes clases de exposiciónes ambientales.
Utilización en cementera de escorias blancas
La valorización de las escorias blancas consiste en su reutilización en empresas cementeras como materia prima para sus hornos rotativos, aunque presenta ciertas dificultades de manipulación. Debido al pobre contenido en hierro no se pueden utilizar en cementera como aporte de hierro, sino como materia prima en sustitución de la marga.
Los fluoruros aparecen en cantidades elevadas (1,4%), por lo que deberá tenerse en cuenta en la práctica, al influir negativamente en las propiedades del clínker, así como en las emisiones por razones medioambientales. Los contenidos superiores al 2% en magnesio pueden ocasionar inestabilidad de volumen por lo que su contenido está limitado por la normativa. Por este motivo el parámetro limitante es el magnesio y va a ser éste el que determine la máxima dosificación (por lo general no mayor del 5%).
Es importante que la granulometría del material sea uniforme, de tamaño reducido (menor de 50 mm), y que no se incluyan con la escoria materiales extraños como hierro y trozos de refractario, fáciles de eliminar en origen.
Por otra parte, una vez realizada la prueba en cementera con una dosificación de la escoria blanca del 5%, el análisis de las resistencias muestra valores muy similares a los obtenidos en condiciones normales de funcionamiento(1).
De esta forma, los requisitos mínimos que deben cumplir las escorias para su incorporación en el proceso productivo del cemento son:
· Porcentaje de MgO inferior al 5%, valor máximo admisible por la lentitud con que se hidrata la magnesia calcinada y la dilatación que le acompaña.
· Control de la calidad medioambiental.a