Escorias y cenizas de incineradora de Residuos Sólidos Urbanos (RSU)

Empleo de las cenizas de hogar como árido para hormigón

Una posibilidad de aplicación es la sustitución parcial o total de los áridos del hormigón por residuos de la incineración de RSU, cuyo estudio por el momento únicamente se ha llevado a cabo en laboratorio.

Al sustituir parte de los áridos del hormigón por escoria (hasta un 25%) no se producen variaciones significativas en las características mecánicas ni en la durabilidad del hormigón ⁽²⁶⁾, aunque pueden aparecer problemas derivados del elevado contenido de cloruros y sulfatos y de la presencia de metales pesados, como: pérdida rápida de trabajabilidad, aumento importante del tiempo de fraguado y formación de hidratos expansivos durante el fraguado y endurecimiento.

Estos problemas se pueden solucionar, según los trabajos de laboratorio realizados, sumergiendo las escorias en una disolución de hidróxido sódico durante 15 días. Con este tratamiento se consigue reemplazar una parte del árido natural por escorias sin que afecte a la durabilidad del hormigón.

Empleo de las cenizas de hogar en bloques de hormigón prefabricado

Existen estudios de laboratorio que indican que las cenizas de hogar o escorias procedentes de incineradoras urbanas podrían ser utilizadas en la fabricación de bloques de hormigón prefabricado, con hasta un 65% de cenizas de hogar (cumpliendo con la norma ASTM C90), si se someten a un tratamiento previo para obtener una granulometría y un tamaño máximo del árido adecuado y si se eliminan los materiales férreos. Los máximos valores de resistencias conseguidos ⁽⁸⁾ son de aproximadamente 17,25 N/mm². Como las escorias poseen pocos finos, se pueden mezclar con arena, consiguiéndose valores mucho mayores de resistencia y densidad de los bloques, y una mayor trabajabilidad.

Estudios en el Reino Unido, dan como contenido óptimo de cenizas de hogar en el hormigón el 30% del total de los áridos ⁽²⁷⁾. Los bloques de hormigón fabricados con este porcentaje de cenizas de hogar cumplen con todos los requisitos exigidos en la norma BS 6073 (resistencia a compresión, resistencia a flexión, retracción y contenidos de cloruros).

Pueden presentar problemas por un contenido excesivo de elementos (Al, Na, K, Pb, Cl y SO₄) en el lixiviado, por lo que su aplicación debería quedar reducida a zonas donde se reduzca la posibilidad de lixiviación de elementos contaminantes. Si las cenizas se someten a un lavado previo para eliminar las sales solubles, el campo de aplicación es mayor.

Empleo de cenizas de hogar como áridos ligeros artificiales

Existen también diferentes estudios a nivel de laboratorio sobre la utilización de cenizas de hogar con el fin de producir árido artificial sinterizado para hormigón. La principal ventaja que ofrece esta aplicación es la completa utilización del residuo.

Las cenizas se someten a un tratamiento previo que consiste en una trituración, tamizado y separación de metales, tanto férricos como no férricos, mediante una cinta magnética; posteriormente el material se mezcla con arcilla, se sinteriza y se somete a cocción en un horno rotativo, obteniéndose así los áridos artificiales. Para que las cenizas se puedan sinterizar es necesario que antes de ser introducidas en el horno sean granuladas.

Con este procedimiento se obtienen unos áridos que presentan las siguientes propiedades⁽²⁹⁾:

Tabla 9: Propiedades físicas del árido ligero fabricado con cenizas de hogar de RSU

El hormigón que contiene este tipo de áridos posee las siguientes características ⁽³⁰⁾:

-       La forma redondeada de este tipo de árido mejora la trabajabilidad del hormigón.

-       La densidad de los áridos es algo mayor que la de otros áridos ligeros artificiales, y produce hormigones con una densidad aproximada de 2.020 kg/m³ (ligeramente superior a la de un hormigón ligero).

-       Poseen una menor resistencia (tanto a compresión como a flexión) y un módulo de elasticidad también menor.

-       La fluencia y retracción son mayores cuando se utilizan las cenizas volantes como áridos artificiales.

Los ensayos realizados en el hormigón con áridos artificiales ⁽²⁹⁾, por un periodo de hasta cuatro años y medio, demuestran que no existe apenas reducción de la resistencia durante este periodo de tiempo. El mayor problema reside en el elevado consumo energético que requiere la cocción en el horno.

Empleo de cenizas de hogar en la fabricación de ladrillos

Las escorias que se obtienen en el proceso de incineración de RSU se pueden emplear como sustitutivo de la arena en la fabricación de ladrillos.

Estudios de laboratorio han demostrado que si se añaden pequeñas cantidades de cemento (entre un 4 y un 10%), se mejoran las resistencias tanto a compresión como a flexión de los ladrillos, llegando a alcanzar una resistencia a compresión de hasta 52 MPa para un contenido de escorias del 40% y un 10% de cemento ⁽³¹⁾.

Tanto la resistencia a compresión como a flexión se pueden mejorar aumentando la presión de compactación en el proceso de fabricación.

Inmediatamente después de su fabricación, la resistencia a compresión alcanza valores comprendidos entre 10 y 17 MPa, por lo que pueden ser distribuidos inmediatamente, reduciendo así los costes de almacenamiento.

Este tipo de ladrillos presenta una excelente resistencia a la abrasión, que aumenta al aumentar el contenido de escorias, y una menor absorción de agua ⁽³¹⁾.

Empleo de cenizas volantes para la producción de cemento de alinita

El cemento de alinita fue desarrollado en la Unión Soviética hace dos décadas al aislar un nuevo compuesto en el clinker de cemento que contenía MgO, Al₂O₃ y CaCl₂. Este compuesto recibe el nombre de alinita.

Las principales características tecnológicas de este tipo de cemento son su baja temperatura de formación (unos 1000ºC) y sus excelentes propiedades ligantes. El proceso de producción del cemento de alinita consiste en la cocción de un crudo con una relación CaO/SiO₂ entre 2,3 y 3,2 y un contenido en cloruros entre 4,5 y 9,5 en tanto por ciento en peso ⁽²⁶⁾.

La mezcla es homogeneizada, peletizada, clinkerizada a temperaturas entre 950 y 1100ºC y posteriormente enfriada. El contenido en cloruros del cemento, le confiere un rápido fraguado y endurecimiento por lo que sus usos y puesta en obra son particulares.

Se emplea fundamentalmente en aplicaciones que requieren una alta capacidad portante inicial y donde la durabilidad no es un requisito prioritario.

Las cenizas volantes generadas en las plantas de incineración tienen una composición química similar a la composición típica de un cemento de alinita, por lo que recientemente se han realizado diferentes estudios alemanes y americanos sobre la producción de cemento de alinita a partir de residuos de incineración.

Una de las aplicaciones de este tipo de cemento es su empleo para inmovilizar residuos tóxicos y peligrosos, ya que presenta un rápido fraguado.

Empleo de cenizas volantes como adición al hormigón

Existen diversas investigaciones de laboratorio sobre el uso de cenizas volantes procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos como adición al hormigón a partir de la actividad puzolánica que pueden presentar.

El problema que origina el empleo de las cenizas volantes es la variedad de características que pueden presentar, pudiendo haber cenizas aptas para su empleo y cenizas que presenten serios inconvenientes tanto medioambientales como técnicos; por ello, los resultados pueden resultar dispares de unos estudios a otros.

Algunas investigaciones ⁽³²⁾ indican que al sustituir hasta un 30% de cemento por cenizas volantes (obtenidas en un proceso con recuperación previa), se pueden obtener resistencias a compresión comparables con las de un hormigón sin cenizas volantes. Cuando no se realiza la recuperación previa, la resistencia del hormigón disminuye considerablemente.

La incorporación de estas cenizas volantes al hormigón aumenta la cantidad de agua de mezcla necesaria para alcanzar una determinada consistencia y el tiempo de fraguado. Además se suelen presentar problemas de expansibilidad y lixiviación.

Hormigones celulares o morteros celulares.^(39)(40)(41)

Los morteros celulares están formados por cemento, agua, arena fina o molida y un producto capaz de crear, por medios físicos o químicos un gran volumen de burbujas de gas dentro de la masa de mortero.

En algunas cenizas, al contener anhidrita y aluminio metálico, al ser mezcladas con agua, cal y cemento, se producen mezclas expansivas y porosas. El hormigón celular se puede curar en autoclave, mejorando así su estabilidad.

Este mortero se caracteriza por su reducida densidad y elevada porosidad. En los morteros celulares, la ceniza y el agua forman un material expansivo y el cemento contribuye a la resistencia. Sin embargo, si se añade a la mezcla cal, las cenizas pueden además mejorar la resistencia del mortero.

Las cenizas de las incineradoras de RSU normalmente no tienen carácter puzolánico (apenas tienen sílice reactiva).

La dosificación del mortero debe cumplir unos requisitos para que éste sea de calidad, siendo recomendables las siguientes:

• Sustituir la arena o la mayor parte de ella por la ceniza de incineradora,

• Añadir un mínimo de cal,

• La relación agua/cemento debe ser menor o igual a 1,6

• El volumen de ceniza será mayor o igual al 30% del volumen del mortero

• La consistencia del mortero debe ser muy fluida.

La ventaja que se obtiene al utilizar cenizas en el hormigón celular es un menor coste en la fabricación del mortero comparado con el que tradicionalmente se fabrica, ya que la ceniza  sustituye a la arena, la anhidrita y el polvo de aluminio.

Debido a la alta heterogeneidad de las cenizas, se debe estudiar su dosificación óptima, analizar las propiedades del mortero y estudiar su lixiviación.

Arrecifes artificiales ^(35)(40

Se ha estudiado la posibilidad de construir arrecifes con bloques fabricados con un aglomerado de cenizas y cemento Pórtland. Estos estudios han obtenido que la resistencia de los bloques no disminuye tras un año de exposición y en cambio la resistencia de los bloques de cemento Portland, sí. También se ha comprobado que no hay desprendimiento de metales, ya que éstos quedan confinados en la matriz de cemento debido a la alta alcalinidad de la ceniza tras el contacto con el cemento y a la alcalinidad de agua del mar.

Hormigones de relleno o morteros de relleno ⁽⁴⁰⁾

Se clasifican como hormigones de relleno al material destinado a la sustitución de suelo compactado en el relleno de zanjas, bases de pavimentos y cavidades que requieran de un relleno, siendo la matriz de dicho material el cemento. Estos hormigones requieren una gran fluidez y una baja resistencia.  Se debe evitar la segregación y reducir la exudación y la retracción. La resistencia habitual que suelen alcanzar está entre 0,25 y 5,5 MPa (aumentando la resistencia con el aumento del cemento), y su densidad se sitúa entre 1,3 y 1,7 kg/m³. Su permeabilidad es similar a la de los rellenos granulares. Los hormigones de relleno con respecto a las bases granulares de relleno tienen ventajas como su versatilidad, reducción de maquinaria, habilitación rápida al tráfico, etc.

El uso de las cenizas de incineradoras de RSU en la fabricación del hormigón de relleno ha sido estudiado en nuestro país. Realizando una adecuada dosificación se pueden obtener hormigones con alta fluidez, sin exudación ni segregación y con resistencias similares e incluso superiores a las de los hormigones de relleno tradicionales.

Las cenizas provocan una expansión en las primeras horas de la hidratación, la temperatura ambiente influye notablemente en la cinética de la reacción, pudiéndose controlar mediante la desactivación de las cenizas con hidróxido sódico.

Una gran parte de elementos tóxicos de las cenizas son estabilizados en la matriz de cemento, se producen desprendimientos gaseosos debido a la alcalinidad del medio en reacción con las cenizas, la fase acuosa difiere de la del mortero tradicional (presentando esta última menor cantidad de cloruros, calcio y álcalis, mayor valor de pH, mayor velocidad de fraguado, etc)

Otros

Las cenizas y escorias de incineradora de RSU también se han utilizado en fase experimental en otras aplicaciones. Así, por ejemplo, se han construido embarcaderos y se ha estudiado la posibilidad de utilizar las cenizas para la fabricación de baldosas, tejas, paneles acústicos, etc.