ES2558617B1 - Mezcla bituminosa drenante con residuo de escoria blanca de horno de cuchara - Google Patents

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Abstract

Mezcla bituminosa drenante para la construcción e ingeniería civil, fabricada a partir de escoria blanca de horno de cuchara reciclada, obtenida como subproducto en el proceso de afino de acero en la metalurgia secundaria.#La presente invención consigue mezclas bituminosas drenantes con características apropiadas para su uso y aplicación en firmes, dentro de las normas legales establecidas, al mismo tiempo que aprovecha un material abundante y fácil de conseguir que impacta de forma negativa en el medio ambiente.#La invención protege, además del producto diseñado, su procedimiento de obtención y su uso en función de las distintas propiedades del material a partir de diferentes dosificaciones.

Description

MEZCLA BITUMINOSA DRENANTE CON RESIDUO DE ESCORIA BLANCA DE HORNO DE CUCHARA.
OBJETO DE LA INVENCiÓN:
La presente invención se enmarca en el sector de la Construcción y la Ingeniería Civil, dentro del campo de Nuevos Materiales, y en el Sector Técnico del Reciclado y Aprovechamiento de Desechos procedentes de otras actividades industriales.
El objeto general de la invención es la fabricación de una nueva mezcla bituminosa drenante (pavimento de tipo poroso) incorporando escoria blanca de homo de cuchara (residuo obtenido en la fase secundaria de fabricación del acero).
El objetivo perseguido consiste en aportar una salida técnicamente posible a residuos de la escoria blanca de horno de cuchara, sustituyendo parcialmente la utilización de áridos naturales y del polvo mineral. Al mismo tiempo, se cumplen las premisas de obtener materiales respetuosos con el medio ambiente y que rontribuyen al desarrollo sostenible de nuestro entorno.
En todo momento, el objetivo de la invención es el desarrollo de una nueva mezcla bituminosa que alcance las prestaciones y propiedades de resistencia, rigidez, adherencia, permeabilidad y durabilidad óptimas para su utilización, bajo técnicas viables y de aplicación inmediata en la ingeniería civil, cumpliendo las prescripciones establecidas en la normativa de aplicación .
Las propiedades y prestaciones del producto obtenido son equivalentes a las mezclas bituminosas drenantes tradicionales, pero aporta ventajas competitivas tales como:
•
Es un material que apuesta por el desarrollo sostenible y el respeto al medio ambiente al utilizar materiales reciclados, mitigando la sobreexplotación de canteras y reduciendo los acopios de escoria.
•
Precisa menor energía para su fabricación, al incluir en su composición subproductos industriales de desecho como alternativa a las cargas minerales tradicionales. Además del ahorro energético del proceso extractivo y productivo de los áridos, ' dado que la escoria de horno de cuchara se emplea en su granulometría original, no existe molienda, por lo que se aumenta dicho ahorro energético.
•
Contribuye a reducir la emisión de gases contaminantes durante la fabricación del polvo mineral y la extracción de los áridos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN:
La exigencia social de protección medioambiental y desarrollo sostenible, nos lleva a la necesidad de preservar los recursos naturales, reducir el vertido de residuos y a reutilizar y reciclar residuos y subproductos industriales, consiguiendo de esta manera controlar la contaminación ambiental y la sobreexplotaci6n de recursos.
Muchos de los residuos industriales contienen una elevada cantidad de elementos recicla bies y pueden constituir una fuente de materia prima de muy bajo coslo. Este es el caso de las escorias blancas de horno de cuchara, que de ser un residuo impactante para el medio natural, puede convertirse en un recurso útil para la obtención de materiales alternativos a los fabricados con materiales y técnicas tradicionales.
La fase de afino del acero deja en España una cantidad de 400.000 toneladas de escoria blanca de horno de cuchara por año y de 4,2 millones de toneladas/año en la Unión Europea. Hay diversas investigaciones, que podemos encontrar en la bibliografía, que estudian la aplicación de la escoria blanca de horno de cuchara, como son:
•
l a fabricación de Cemento Portland, por su buen comportamiento en matrices cementantes debido a sus propiedades de conglomerante hidráulico.
•
la fabricación de morteros de cemento, bien en sustitución del aglomerante o formando parte de la granulometria fina del árido, con prestaciones equivalentes a la de los morteros tradicionales utilizados en construcción.
•
la estabilización de suelos, especialmente arcillas expansivas.
•
la fabricación de yeso de construcción, con prestaciones equivalentes a las de los yesos tradicionales.
A pesar de estas aplicaciones, los acopios de escoria blanca de horno de cuchara siguen existiendo, lo que nos impulsa a buscar nuevas alternativas a dicho residuo que ayude a reducirlos.
Por otro lado, el mundo de la construcción de carreteras requiere de una gran cantidad de material. l os áridos constituyen, por definición, un producto elaborado a partir de materiales naturales o industriales. Constituyen la base de la mayor parte de las estructuras de ingeniería civil y su consumo anual en la Unión Europea se estima que ronda los 3 millones de toneladas al año. Tradicionalmente, toda esta materia prima proviene directamente de rocas macizas o de aluvión. Debido al constante incremento de la obra pública provocado por el desarrollo de las comunicaciones, a la futura escasez de materias primas y al enorme volumen que ocupan los residuos industriales, es congruente que el mundo de la industria esté buscando sustitutos a los materiales naturales.
Existen estudios sobre mezclas bituminosas con otros residuos como son las escorias negras de horno eléctrico o de convertidor de oxígeno, ReOs (residuos de construcción y demolición), NFUs (neumáticos fuera de uso) o cenizas volantes, entre otros. En ningún caso se ha empleado con este fin la escoria blanca de horno de cuchara que se describe en esta memoria, resultando claramente innovador por los beneficios que puede aportar en las propiedades de las mezclas y por el beneficio medioambiental que supone su reutilización.
El empleo de la escoria en mezclas bituminosas, consigue satisfacer necesidades de la ingeniería civil, dentro de las normas legales establecidas al uso, al mismo tiempo que aprovechamos un material abundante y fácil de conseguir, que impacta de forma negativa en el medio ambiente. Todo ello, se compatibiliza con una rentabilidad económica no negativa y un proceso de obtención sencillo y al alcance de cualquiera, de modo que la propuesta sea atractiva al uso.
DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN
La mezcla bituminosa, objeto de la invención, se fabrica dosificando en peso diferentes porcentajes de árido grueso, árido fino, polvo mineral (filler) y betún. Todo ello se realiza cumpliendo las especificaciones de la normativa de referencia (norma UNE-EN 12697-2 Y artículo 543 del PG-3), tanto para la elección de las granulometrías, los porcentajes mínimos de ligante (betún) o las características de los materiales.
En el diseño final del produclo se han considerado sustituciones de árido fino y polvo mineral por escoria de horno de cuchara que pueden variar del 0% al 100%.
En primer lugar, la escoria blanca de horno de cuchara fue sometida a un proceso de estabilización mediante hidratación total, para favorecer la ·transformación de la cal libre en portlandita y de la magnesia en brucita; evitando de este modo la posible expansión de volumen. A continuación, se procedió a la caracterización física, química, mecánica y micro-estructural de los cuatro materiales básicos que componen el producto final: árido silíceo, ligante, cemento y escoria blanca.
o Áridos naturales silíceos. Peso específico medio 2,74 g/cm3, coeficiente de desgaste de Los Ángeles del 20%, con un coeficiente de pulimento acelerado
(C.P.A) de 52%, un índice de lajas de 18% y una angulosidad del 100%. Una
5 vez recepcionado, el material se separa en fracciones diferenciadas, se lava y se seca en estufa. Fracciones del árido silíceo:
•
árido fino, fracciones 0,063/0,5; 0,5/2
•
árido grueso, fracciones 214; 4/8; 8/11,2
o Ligante modificado tipo BM·3b: penetración 45-80, punto de reblandecimiento 10 60'C.
o Cemento Portland tipo 1, CEM-I
o Escoria blanca de horno de cuchara obtenida en el proceso de afino de las coladas de acero. Material pulverulento de color blanco-grisáceo, granulometría dentro de la fracción granulométrica 0/2 mm; densidad 2,83 g/cm3y superficie
15 especifica de Blaine 2664-3091 cm'¡g.
La composición química de la escoria se detalla en la tabla siguiente:
Óxidos % peso
CaO 56,7
Si02 17,7
MgO 9,6
AI,O, 6,6
Fe20 3 2,2
Ti02 0,3
SO, 0,9
CO, 1,3
Otros (MnO, K,O, N.,O . .) 4,7
La dosificación de las mezclas, se realizó incorporando diferentes porcentajes de escoria blanca en sustitución al árido fino y polvo mineral. La dosificación se realizó según la
20 norma UNE-EN 12697-2 Y artículo 543 del PG-3 para la granulometría de las mezclas de tipo PA-11 . El porcentaje de betún definido como óptimo y utilizado en todas las muestras fue un 5% en masa sobre el total de la mezcla.
Tipo de Mezcla : PA-11
Abertura tamiz (mm)
16 11,2 8 4 2 0.5 0.063
Huso de Cemido acumulado segun PG-3 (% en masa)
100 90-100 SO-70 13-27 10-17 5-12 3-6
Cernido acumulado empleado (% en masa)
100 95,00 60,00 20,00 13,50 8,50 5,30
5 La preparación de las muestras se realizó calentando en estufa ventilada el ligante (4 horas) y los áridos, las escorias y el polvo mineral (8 horas). A continuación, se introdujeron en mezclador de laboratorio con dispositivo de calentamiento a temperatura 160°C, todo ello según lo especificado en la norma UNE-EN 12697-35 Y articulo 543 del
PG-3.
10 El compactado de la mezcla se realizó con compactador mecánico de impactos con yunque de acero según lo especificado en la norma UNE-EN 12697-30 Y articulo 543 del PG-3. Número de impactos: 50 por cada lado de la probeta. La temperatura de compactación fue 155°C.
Finalmente, se procedió al estudio del comportamiento de las muestras para los 15 diferentes ejemplos, según las prescripciones del PG-3. En los siguientes ejemplos se muestra la media de los resultados de las muestras ensayadas.
MODO DE REALIZACiÓN DE LA INVENCiÓN
Los siguientes ejemplos ilustrativos no pretenden ser limitantes y describen diferentes
20 tipos de mezclas bituminosas drenantes fabricadas con componentes muy concretos. Las combinaciones de fabricación son muy amplias y dependen de la naturaleza de los áridos y el polvo mineral, del tipo y proporción de ligante, del proceso de obtención de la escoria blanca y finalmente de la granulometría empleada.
DESCRIPCiÓN DE UN EJEMPLO DE REALIZACiÓN
25 Ejemplo 1:
•
ES 2 558 617 Al
Se realiza la dosificación y mezcla sustituyendo, en peso, el100 % del árido fino y el 0% del polvo mineral. Propiedades de la mezcla compactada:
Densidad máxima UNE EN 12697-5
Densidad aparente UNE EN 12697-6 Contenido en huecos UNE EN 12697-8 Pérdida de parUculas a 250C UNEEN 12697·17 Escurrimiento del Liganle UNE EN 12697-18 Sensibilidad al agua UNEEN 12697-12 Permeabilidad UNEEN 12697-1 9
2,545 g1cm3
1,991 a/cm3 21,76% 8,06% nulo 75% 0,908 mm/s
Ejemplo 2: Se realiza la dosificación y mezcla sustituyendo. en peso. el O % del árido fino y el 100% del polvo mineral. Propiedades de la mezcla compactada:
Densidad máxima UNE EN 12697-5
Densidad aparente UNE EN 12697-6 Contenido en huecos UNE EN 12697-8 Pérdida de partículas a 250C UNE EN 12697-17 Escurrimiento del ligante UNE EN 12697-18 Sensibilidad al agua UNEEN 12697-12 Permeabilidad UNE EN 12697-19
2,532 g/cm3
2,023gfcm3 20, 10% 9,76% nulo 74% 0,986 mm/s
10 Ejemplo 3:
Dosificación: se realiza la dosificación y mezcla sustituyendo, en peso, el 100% del árido fino y el 100% del polvo mineral. Propiedades de la mezcla compactada:
Densidad máxima UNE EN 12697-5
Densidad aparente UNE EN 12697-$ Contenido en huecos UNE EN 12697-8 Pérdida de partículas a 25°C UNE EN 12697-17 Escurrimiento delligante UNE EN 12697-18 Sensibilidad al agua UNE EN 12697-1 2 Permeabilidad UNE EN 12697-19
2,540 glcm 3
2,028g1cm3 20,16% 10,60% nulo 70% 0,900 mm/s

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Mezcla bituminosa drenante para la construcción e ingenierra civil caracterizada porque comprende la mezcla de árido grueso, árido fino, polvo mineral, ligante y escoria blanca de horno de cuchara reciclada de granulometría 0/2 mm y densidad a granel 2,83 g/cm3,
  2. 2.
    Mezcla bituminosa drenante. según reivindicación 1, caracterizada porque el porcentaje de sustitución del árido fino y polvo mineral varía entre un 0% y un 100%.
  3. 3.
    Mezcla bituminosa drenante, según reivindicaciones 1 a 2. caracterizada porque la densidad máxima en estado endurecido se encuentra entre 2,532 g/cm3 y 2,545 g/cm3,
  4. 4.
    Mezcla bituminosa drenante, según reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la densidad aparente en estado endurecido se encuentra entre 1,991 g/cm3 y 2,028 g/cm3.
  5. 5.
    Mezcla bituminosa drenante, según reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el contenido en huecos se encuentra entre 20,10% y 21 ,76%.
  6. 6.
    Mezcla bituminosa drenante, según reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la pérdida de partículas a 25 oC se encuentra entre 8,06% y 10,60%.
  7. 7.
    Mezcla bituminosa drenante, según reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el escurrimiento delligante es nulo.
  8. 8.
    Mezcla bituminosa drenante, según reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la sensibilidad al agua se encuentra entre 70% y 75%.
  9. 9.
    Mezcla bituminosa drenan te, según reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque la permeabilidad se encuentra entre 0,900 mm/s y 0,986 mm/s.
  10. 10.
    Mezcla bituminosa drenante, según reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque puede ser empleado como pavimento asfáltico drenante para carreteras.
    •
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DK476889A (da) * 1989-09-27 1991-03-28 Herluf Petersen Genanvendelse af biprodukt hidroerende fra staalproduktion
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