Publicación: Desarrollo de un mortero ligero para impresión 3D a partir de la activación alcalina de cerámicas residuales con incorporación de lodo papelero
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RESUMEN: la impresión 3D de estructuras civiles utilizando morteros cementicios ha venido experimentando un gran interés en la última década. Esta tecnología permite construir estructuras monolíticas con herramientas automatizadas, lo cual reduce la demanda de mano de obra, reduce tiempos de construcción y permite reproducir arquitecturas novedosas y complejas. La impresión 3D puede potenciarse, desarrollando morteros más duraderos y sostenibles por su menor huella de carbono. En este orden de ideas, este trabajo propone desarrollar un mortero ligero a partir de materiales residuales. Este composite está conformado por una matriz cementicia obtenida por la activación alcalina de cerámicas residuales (roturas de ladrillo de arcilla cocida (RL) y ceniza volante (CV) y celulosa residual (lodo papelero, LP) adicionada como carga aligerante. El desarrollo de este mortero exigió encontrar la dosificación de mezcla que cumpliera con las resistencias requeridas en estado endurecido. Además, el mortero en su estado fresco debe poseer la reología adecuada para extruirse tridimensionalmente mediante el proceso comúnmente denominado "impresión 3D". Metodológicamente, el primer reto fue determinar las relaciones molares que permitirán conformar un composite aligerado con la resistencia a compresión y la capacidad portante requeridas para un elemento impreso 3D. El segundo desafío fue encontrar la consistencia que garantice la extrusión del composite y su posterior fraguado en tiempos prudencialmente cortos y sin generar atacamiento de material durante la impresión 3D. Por último, acorde a la consistencia, determinar los parámetros tecnológicos del proceso de impresión 3D que permitan conformar un producto estructural y dimensionalmente estable. Todos estos requerimientos se alcanzaron a través de un diseño experimental válido que considere la combinación sinérgica de todos estos factores. El fin último de este proyecto es ofrecer a la industria de la construcción un nuevo material sostenible para moldear por impresión 3D elementos constructivos de diverso formato, cuya huella de carbono resulte inferior a la de los morteros basados en cemento Portland que se utilizan con esta tecnología. Alcanzar resultados positivos en el desarrollo de este mortero podría redundar en su trasferencia hacia la industria de la construcción de obras e infraestructuras civiles con mayor sostenibilidad y apoyada en una solución práctica para la gestión de residuos enmarcada en buenas prácticas de economía circular.
Resumen en inglés
ABSTRACT: 3D printing of civil structures using cementitious mortars has been experiencing great interest in the last decade. This technology allows the construction of monolithic structures with automated tools, which reduces the demand for labour, reduces construction times, and allows the reproduction of novel and complex architecture. 3D printing can be harnessed to develop mortars that are more durable and sustainable due to their lower carbon footprint. In this regard, this work proposes the development of a lightweight mortar from waste materials. This composite is formed by a cementitious matrix produced by the alkaline activation of waste ceramics (fired clay brick (RL) and fly ash (CV)) and waste cellulose (paper sludge, LP) added as a lightening load. The development of this mortar requires finding the mix dosage that meets the required strengths in the hardened state. In addition, the mortar in its fresh state must have the appropriate rheology to be extruded three-dimensionally by the process commonly known as "3D printing." Methodologically, the first challenge was to determine the molar ratios that would allow the formation of a lightweight composite with the compressive strength and load-bearing capacity required for a 3D printed element. The second challenge was finding the consistency that guaranteed the extrusion of the composite and its subsequent curing in a reasonably short time and without generating material attack during 3D printing. Finally, based on the selected consistency, the technological parameters of the 3D printing process that allow for the formation of a structurally and dimensionally stable product were determined. All these requirements were achievable through a valid experimental design that considers the synergistic combination of all these factors. The goal of this project is to offer the construction industry a new sustainable material for 3D printing construction elements of various formats, whose carbon footprint is lower than that of the Portland cement-based mortars used with this technology. Achieving positive results in the development of this mortar could result in its transfer to the construction industry of civil works and infrastructures with greater sustainability and supported by a practical solution for waste management framed in good practices of circular economy.