CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Economia circular en el sector de la recerca: Fabricació d'un ciment a partir dels residus del propi laboratori.

Estudiant que ha llegit aquest projecte:

Tutor/a o Cotutor/a: CLARAMUNT BLANES, JOSEP

Departament: DEAB

Títol: Economia circular en el sector de la recerca: Fabricació d'un ciment a partir dels residus del propi laboratori.

Data inici oferta: 11-07-2023      Data finalització oferta: 11-03-2024

Estudis d'assignació del projecte:
    GR ENG SIS BIOLÒGICS
    GR ENG SIS BIOLÒG 23

Lloc de realització:
EEABB

Segon tutor/a extern: SADROLODABAEE, PAYAM (Contractat UPC)

Paraules clau:
Ciment Portland, LC3, Economia Circular, Sostenibilitat, Residu

Descripció del contingut i pla d'activitats:
La industria del ciment és un dels sectors de més impacte
ambiental per la seva elevada emissió de CO2. A la despesa
energètica derivada de la combustió per a l'obtenció del clínquer
a partir de les matèries primeres, cal afegir la descarbonatació
del seu component principal per transformar el carbonat càlcic i
òxid de cal. Es per això que l'elaboració de nous ciments està
rebent una gran atenció per part dels investigadors. D'altre
banda, el concepte d'economia circular com a base d'una economia
sostenible també s'està imposant en el sector de la construcció.
És en aquest context que s'estan provant formulacions amb residus
de la fabricació i reciclatge de de la indústria de la mineria
que aprofiten part dels compostos resultants no aprofitables per
a la fabricació de nous ciments. En el cas del TFG que es proposa
s'utilitzarà el residu de les peces fabricades al laboratori al
llarg de 10 anys per reincorporar-lo en noves peces, demostrant
que l'economia circular també és aplicable a sectors com el de la
recerca. D'altre banda, un ciment que està despertant l'interès
de la comunitat científica i que en països com Cuba ja s'estan
provant industrialment, és el que s'anomena Ciments d'argila
calcinada i cal (Lime Calcined Clay Cement) o LC3. Aquest ciment
redueix al 50% les necessitats de clínquer amb la introducció de
metacaolí i carbonat càlcic finament polvoritzat per produir un
aglomerant de prestacions similars als ciments comercials tipus
CEM I. En aquest cas, es vol utilitzar el residu del laboratori
composat majoritàriament per pasta de ciment hidratada i
provablement carbonatada, per substituir el component de cal del
ciment LC3 per obtenir pastes amb bones propietats mecàniques que
podrien substituir els ciments actuals i donarien pas a una nova
font de matèria primera a partir de residus per a la confecció de
ciments i que serien els residus de pasta de ciment de les
empreses fabricants de formigó (residus de neteja de camions
formigonera, per exemple i que ara va a abocador). El TFG preveu
preparar diferents barreges de ciment i residus i verificar les
seves propietats físiques i mecàniques, així com una
caracterització química i microestructural.

Overview (resum en anglès): Portland cement is the main binder used in the construction sector, with a global production that exceeds 4.000 million tons per year, which comprehend the 8% of anthropogenic carbon dioxide emissions (CO2), the main greenhouse gas associated with the climate crisis. For this reason, both science and industry are researching for different ways to reduce these emissions or to find substitutive materials. One of the innovative strategies is LC3, a combined cement made from clinker exclusively designed for Portland cement, metakaolin (calcined clay) and calcareous filler (limestone) which allows CO2 emissions to be reduced by 40%.
The main objective of this work is to come up with a new manufactured LC3 technology cement using, as raw material, waste disposals generated within the material's laboratory, and compare it with the properties of commercial Portland cement, taking into account the principals of circular economy.
The process involves two experimental phases. In the first one, it is evaluated the optimal proportion of gypsum for the LC3 matrix. Once this proportion is obtained, in the second phase, a fraction of the limestone filler content is replaced by waste obtained from the laboratory. A bending test is also carried out to evaluate the mechanical properties of the specimens obtained. In addition, a study of the microstructure is carried out by using electron microscopy, X-ray diffraction and water absorption analysis.
The results shows that an additional gypsum content between 0% and 2% is favorable for the development of mechanical properties of LC3 cement, presenting higher flexural modulus values than pure 100% Portland cement. The introduction of 50% of waste into the LC3 matrix can contribute to improve the material's mechanical properties over the time.
This research provides information for a wider study focused on the production of a construction material, specifically a fiber-cement reinforced with textile fibers and manufactured with an LC3 matrix and waste. It is concluded that the matrix is suitable for adding fibers as a reinforcement.

© CBLTIC Campus del Baix Llobregat - UPC