Construcción con edificios antiguos: los residuos de demolición se convierten en hormigón nuevo

El hormigón está hecho de materiales granulares como arena y piedra triturada, conocidos como agregados, unidos por una pasta de cemento. El cemento tiene una alta huella de carbono debido a la química de su producción y las altas temperaturas de procesamiento, mientras que los agregados tienen una alta "huella de recursos" porque provienen de fuentes naturales finitas. Con las tasas de construcción globales que se prevé que aumenten en un 35% para 2030, los investigadores están buscando formas de reducir ambas huellas mediante el reciclaje o el uso de otros materiales.

Un equipo dirigido por ingenieros italianos ha perfeccionado el procesamiento de los residuos de demolición en el sitio y probado formas de utilizar las corrientes resultantes de polvos y agregados en hormigón fresco.

"Hemos demostrado que es posible lograr porcentajes asombrosos de residuos de construcción y demolición incrustados en nuestros elementos prefabricados de hormigón", dijo la Dra. Anna Paraboschi, ingeniera civil de RINA, una empresa de consultoría industrial y coordinadora del proyecto, VEEP.

Investigaciones previas realizadas por miembros del consorcio, la empresa española de I + D Tecnalia y la Universidad de Delft en los Países Bajos, habían indicado que podría ser posible superar los límites del hormigón viejo utilizado en el nuevo, por lo que el proyecto VEEP se ha basado en esto a gran escala, agrega.

Si bien los residuos de construcción y demolición a menudo se reciclan en agregados que se utilizarán para bases de carreteras o como relleno después de las excavaciones, una gran cantidad de los 850 millones de toneladas producidas anualmente en Europa todavía va a los vertederos.

El reciclaje de residuos de construcción y demolición ha aumentado en toda Europa, y la mayoría de los países han alcanzado el objetivo para 2020 de tasas de reciclaje del 70%. Sin embargo, muchos lo han hecho aumentando su uso en bases de carreteras y relleno, mientras que otras posibilidades, como usarlo nuevamente en concreto, permanecen sin explotar.

Los primeros pasos más habituales para reciclar los residuos son triturarlos y, si es necesario, pasar el material triturado a través de un separador magnético para eliminar el acero de refuerzo.

El equipo de VEEP quería ir más allá y extraer solo el hormigón demolido, en varias fracciones. Lo desviaron a través de una máquina que desarrollaron que rompe los enlaces de agua dentro del concreto, creando agregados gruesos limpios y partículas más finas. Luego, estos últimos pasaron a través de su segunda máquina donde se calentaron para eliminar la humedad y quemar contaminantes como la madera y los plásticos. De este segundo proceso surgieron dos corrientes limpias: un polvo fino y un agregado fino.

El polvo puede sustituir hasta una décima parte del cemento en el hormigón, dice el Dr. Paraboschi. Los agregados finos y gruesos pueden reemplazar la arena y la grava casi por completo. Básicamente se trata de romper el hormigón y volver a montarlo.

Durabilidad

Es crucial que el hormigón se desempeñe de manera consistente en pruebas como resistencia y durabilidad, y las preocupaciones sobre esto han limitado el porcentaje de materia reciclada que se puede usar, con límites que varían de un país a otro. El equipo descubrió que su concreto, a pesar de contener un 75% de materiales reciclados, se desempeñaba bien mecánicamente y en otros criterios como la durabilidad y la absorción de agua. Con el 5% del cemento reemplazado por polvo de concreto reciclado, sus propiedades realmente mejoraron, y los investigadores esperan aumentar la proporción al 10%.

El material se ha utilizado para fabricar paneles estructurales y no estructurales para su uso en la renovación de edificios, lo que representa más de la mitad de la actividad de construcción en Europa. También han encontrado una salida para los residuos con una empresa francesa, Keey Airgel, que fabrica aislamientos térmicos de aerogel a partir de sílice. La empresa ha descubierto que puede producir su aislamiento a aproximadamente la mitad del costo extrayendo sílice del hormigón de desecho en lugar de obtener sílice nueva.

Ahora que han probado el concepto, el equipo tiene fondos para otro proyecto llamado ICEBERG para desarrollar aún más el proceso, por ejemplo, acelerando la segunda etapa del proceso, que actualmente solo puede operar a tres toneladas por hora en comparación con 50 toneladas por hora para el primero, y el desarrollo de la garantía de calidad.

El sueño es tener un mundo en el que se pueda limitar el uso de materias primas vírgenes y restos de hormigón en el circuito de construcción durante siglos, dice el Dr. Paraboschi.

Prescindir por completo de hormigón fresco es el objetivo de un equipo que intenta reciclar los residuos de demolición en nuevos materiales de construcción. En este caso han conseguido fabricar paneles de fachada que protegen los edificios de las temperaturas extremas y paneles de techo radiante para calefacción interior.

El grupo, dirigido por científicos del Consejo Nacional de Investigación de Italia, recurrió al cemento geopolímero, un material desarrollado por primera vez en la década de 1970, que ha atraído un nuevo interés desde la década de 1990 debido a la creciente preocupación por la huella energética del cemento Portland de uso común.

Experimentado

Los científicos, en un proyecto llamado InnoWEE, han experimentado con diferentes combinaciones de residuos de demolición, y han descubierto que podrían incrustar diversas mezclas de hormigón reciclado, mortero y ladrillo en el geopolímero para crear los paneles que funcionaron tan bien como los paneles de cemento por aproximadamente el mismo costo.

Los residuos reciclados constituían la mitad del peso de los paneles y los paneles se mantuvieron robustos incluso cuando cambiaban las proporciones de los diferentes materiales de desecho. "Esto es una ventaja, ya que en demoliciones reales no se pueden controlar con precisión las proporciones de hormigón, ladrillos, etc.", dijo la Dra. Adriana Bernardi, coordinadora del proyecto.

Sus paneles radiantes, en particular, funcionaron bien, según el Dr. Bernardi. Roscados con tuberías delgadas que pueden conducir agua fría o caliente, los paneles radiantes se utilizan en techos para calefacción o refrigeración. El material de geopolímero era bueno para conducir el calor, por lo que funcionó bien en esta aplicación.

"La idea básica del proyecto no era solo estudiar una alternativa al cemento, y una alternativa que utiliza áridos reciclados, sino también proponer algo que pudiera mejorar la eficiencia energética de los edificios", dijo el investigador Dr. Matteo Panizza.

"Es economía circular y economía verde: reciclemos, reciclemos usando algo que sea más sostenible que el cemento Portland y usemos los productos para reducir el consumo de energía de los edificios".

"Finalmente nos hemos dado cuenta de un material que es competitivo y que tiene todos los aspectos ecológicos que queríamos", dijo el Dr. Bernardi.

Sin embargo, queda un largo camino por recorrer antes de que una innovación de este tipo pueda utilizarse en edificios. El proyecto convirtió un material, el geopolímero incrustado con desechos reciclados, que se desempeñó en el laboratorio en uno que pasó las pruebas en edificios experimentales en el campo.

Pero los geopolímeros aún no están permitidos por las regulaciones de construcción en algunos países, como Italia, debido a la falta de estándares de respaldo.

El uso de hormigón reciclado como agregado en hormigón fresco ya está permitido en toda Europa, pero con diversos grados de precaución, lo que se refleja en porcentajes máximos que pueden oscilar entre el 0 y el 50% según las normativas de construcción de cada país. Un análisis del ciclo de vida realizado por la Academia Europea de Investigación del Cemento publicado en 2015 encontró que la cuestión de si enviar hormigón triturado a las carreteras o reciclarlo en hormigón nuevo depende de factores como las distancias de transporte, la energía involucrada en el procesamiento del hormigón viejo, y cuánta grava natural está disponible cerca.

Pero ambos proyectos han realizado análisis del ciclo de vida que, según dicen, demuestran que sus productos tienen una huella de carbono menor que el hormigón tradicional. Al procesar los desechos en el sitio utilizando máquinas portátiles, dice el Dr. Paraboschi, VEEP minimiza los costos de transporte. Mientras tanto, dice el Dr. Bernardi, "el geopolímero necesita muy poca energía".