USODEL VIDRIO RECICLADO-CALCICOCOMO REFORZANTESODO EN LADRILLOS DE ARCILLA

COCIDA

RESUMEN

El presente trabajo tiene por objetivo la obtencin de ladrillos de arcilla cocida reforzados con vidrio reciclado tipo sodo-clcico con mejores propiedades como resistencia a la compresin y menor temperatura de coccin.

Para la fabricacin de ladrillos se prepar la materia prima segn el anlisis granulomtrico, siguiendo los parmetros de la tcnica artesanal, se utiliz un molde metlico para dar forma a las muestras. Una vez obtenidas las muestras secas se llevo a la mufla a 900 C a una velocidad de calentamiento de 3.33 C min-1 para su coccin.

Se caracteriz la materia prima, las muestras obtenidas a 900 C y las muestras obtenidas a diferentes temperaturas determinando las propiedades fsicas y qumicas.

Es posible utilizar el vidrio reciclado tipo sodo-calcico como un componente en la produccin de ladrillos de arcilla cocida cumpliendo la funcin de reforzante con el 30% de vidrio, 50% de tierra de chacra y 20% de greda a 900C se obtuvo el mximo resultado de resistencia a la compresin de 28 MPa; y como agente fundente con una temperatura de coccin de 800C; con una resistencia a la compresin de 17MPa y segn la norma de Albailera E-007 seria catalogado tipo de ladrillo V mejor resistencia a la compresin.

Marin (2010), concluye que los relaves de mina pueden ser

1. INTRODUCCION

utilizados como un componente en la fabricacin de arcilla

cocida, mejora la resistencia a la compresin en un 122.4 %

La presencia de los vidrios es tan comn que raramente notamos

comparado con un ladrillo artesanal, se obtuvieron mejores

su existencia, el vidrio est presente en formas tan diversas como:

propiedades con 40% de relave de mina, 40% de tierra de

ventanas, vasos, envases de todo tipo, telescopios, en la industria

chacra y 20% de greda a una temperatura de coccin de 950

nuclear como escudo de radiacin, en electrnica como sustrato

C.[13]

slido para circuitos, en la industria del transporte, de la

Vorrada et al. (2009), Concluye que es factible destinar a

construccin etc. Por sus caractersticas intrnsecas (brillantez,

vidrios reciclados planos como un componente en la

resistencia al uso, transparencia, etc.), el vidrio es un material

fabricacin de ladrillos de arcilla cocida. Los vidrios reciclados

difcilmente sustituible (y a veces, realmente insustituible) en la

pueden estar mezclados con arcilla en proporciones

mayora de sus aplicaciones. Igualmente remarcable es la

diferentes para preparar ladrillos de buena calidad. La

disponibilidad y bajo costo de las materias primas usadas para

temperatura correcta de quemado es 1100 C

producirlo, especialmente su componente ms importante, la

Tucci et al. (2004), demostrarn los beneficios de agregar

slice (que se encuentra en la arena).

polvos de vidrio sodo-clcico en pequeas cantidades en

El vidrio es 100% reciclable infinitas veces, sin embargo solo se

mezclas de baldosas, vasijas de gres, porcelana, los cuales

reciclan botellas y envases, siendo un problema ambiental los

generalmente requieren temperaturas altas de quemado. El

residuos de vidrios comunes (vidrios de ventanas sodo-clcico,

estudio demostr que los vidrios sodo-clcico podran actuar

sector automotriz, etc.) no se reciclan, son llevados para su

como un buen agente fundente y el reemplazo de vidrios por

disposicin final a botaderos y rellenos sanitarios. Considrese que

10 % en peso result con mejores caractersticas mecnicas.

en la ciudad de Arequipa se generan 0.76 kg/hab./da, un total de

662.44 Tn/da de residuos slidos

En la actualidad hay aproximadamente 400 productores

Agregando diferentes porcentajes de vidrio molido a mezclas de

artesanales dedicados a la produccin de diferentes tipos de

arcillas comunes se obtuvo el mximo resultado de resistencia a la

ladrillo, prevaleciendo entre ellos el ladrillo King Kong, sin

compresin de 28 MPa; y como agente fundente con una

embargo no cuentan con tcnicas de produccin por lo que

temperatura de coccin de 800C; con una resistencia a la

resultan ladrillos de baja calidad. Los factores que determinan

compresin de 17MPa y segn la norma de Albailera E-007 seria

la calidad de los ladrillos son la formulacin de mezcla y la

catalogado tipo de ladrillo V mejor resistencia a la compresin.

coccin.

En trabajos anteriores fueron reportados diferentes componentes

que mejoran las propiedades de ladrillos de arcilla cocida como la

En nuestra investigacin se le da un valor agregado al vidrio

resistencia a la compresin y que vidrios reciclados pueden ser

reciclado tipo sodo-clcico (vidrio comn de ventana), como

utilizados como un potencial agente fundente que ayuda a bajar la

reforzante y fundente en la produccin de ladrillos de arcilla

temperatura de quemado de cuerpos de arcilla mejorando las

cocida con propiedades estandarizadas segn las Normas

propiedades fsicas es as que tenemos:

Tcnicas Peruanas (NTP).

DESARROLLO EXPERIMENTAL

2.1 Materiales

Las Materias Primas utilizadas en esta investigacin fueron obtenidas, los vidrios reciclados de los residuos urbanos del distrito de Cayma y las arcillas (Greda y tierra de chacra) de la zona de Polobaya.

La greda y la tierra de chacra de acuerdo al anlisis granulomtrico fueron pasadas por tamiz -70.

Vidrio Sodo-Clcico

Para la preparacin del vidrio se llev a cabo en el laboratorio de pulvimetalurgia en un molino de barras que se muestra en la figura 4.7 que tiene una capacidad para 5 kg el cual posee 13 barras de diferentes dimetros (3/4, 1, 1 ) y de 24 de longitud por un tiempo de 10 minutos.

Para el estudio de la influencia de las adiciones de vidrio se hace mediante el diseo experimental para Mezclas con restricciones de Mc Lean Anderson, para una regin donde se deben cumplirlas las siguientes condiciones, dirigidas a seleccionar la mejor mezcla para la fabricacin de ladrillos de arcilla cocida.

Tabla 4.1 Descripcin y caractersticas de las Materias

Primas

MATERIA

NIVELES

NIVELES

FUNCION

VARIABLES

PRIMA

MINIMOS

MAXIMOS

Tierra de

Desengrasante

cultivo

X1

0.50

0.80

Greda

compactante

X2

0.10

0.20

Vidrio

Reforzante/

X3

0.10

0.30

desengrasante

2.2 mtodos

Para la obtencin de ladrillos de arcilla cocida reforzado con vidrio reciclado tipo sodo-calcico con resistencia a la compresin elevada y menor temperatura de coccin es necesario primero caracterizar las materias primas para ello se determinaron las propiedades fsicas como:

el anlisis granulomtrico

% de humedad

limite de Atterberg y densidadel anlisis elemental mediante Fluorescencia de Rayos X (FRX) y mineraogico por difraccion de rayos X DRX

Una vez caracterizada la materia prima se procedi con el diseo experimental y se aplico el algoritmo de Mc Lean y Anderson para mezclas de tres componentes. Se prepar las materias primas segn el anlisis granulomtrico, se tamiz la greda, la tierra de chacra y el vidrio pasados por la malla 70. Una vez obtenida la materia prima se procedi a la fabricacin de ladrillos a nivel laboratorio pero siguiendo los parmetros de la tcnica artesanal se mezclaron las materias primas con agua y se amaso hasta obtener la pasta adecuada para moldear las muestras, se utilizo un molde metlico cubico de 5.32 x 5.32 x 5.32 cm. Y de acuerdo al mtodo experimental se fabrico ladrillos de arcilla cocida en 13 bloques y cada bloque con sus respectivas repeticiones en diferentes concentraciones de vidrio molido en los cuales se evaluaron las caractersticas fsicas en fresco y seco.

Una vez obtenidas las muestras secas se llevo a la mufla a 900 C con una velocidad de calentamiento de 1C seg-1, luego se realizaron ensayos fsicos de los que se obtuvo para la mezcla 503020 el mximo resultado en Resistencia a la Compresin 28 MPa y se volvieron a fabricar tres bloques con tres repeticiones de igual mezcla (502030) las que se llevaron a coccin a diferentes temperaturas 750, 800, 850 y 900C, se realiz anlisis microscpico MEB, Difraccin de Rayos X para la caracterizacin mineralgica y Fluorescencia de Rayos X para el anlisis elemental.

FABRICACION DE MUESTRAS DE LADRILLOS

Para la elaboracin de las probetas de arcilla reforzada con vidrio se sigui la tcnica artesanal como se explico en 3.3.3, la nica diferencia es que se trabaj a nivel laboratorio con moldes cbicos de 5.32 x 5.32 x 5.32 cm de forma manual y la coccin fue en una mufla elctrica para controlar la temperatura de coccin.

3. RESULTADOS Y DISCUSIN Ensayo de Resistencia a la Compresin

Tiene como objetivo determinar la resistencia a la compresin de las muestras para ello el ensayo se realiz en el laboratorio de ensayos de materiales de SENCICO bajo la NTP 339.163.

ANALISIS A MEJOR MUESTRA A DIFERENTES TEMPERATURA Anlisis Fsico

Se realizaron bajo las mismas caractersticas que las materias primas y como se muestra en la figura 4.11 diferente coloracin de las muestras a mayor temperatura ms coloracin rojiza.

Resultados de Fluorescencia de Rayos X

Resultado de Anlisis de Difraccin de Rayos X

Desde el punto de vista mineralgico se pueden diferenciar los materiales en la figura 5.5 se muestra los diferentes difractogramas para las materias primas del anlisis cualitativo. La greda presenta fases mineralgicas como la albita (a), anortita (A), caolinita (K), (Q) cuarzo y ortoclasa (O), lo que indica la presencia de feldespatos y filosilicatos; sin embargo en el difractograma de la tierra de chacra no estn presentes caolinita (K), lo que indica la presencia mayoritaria de feldespatos y el difractograma del vidrio indica que es amorfo por presentarse un cumulo de intensidades y no presenta picos caractersticos.

DIFRACTOGRAMAS DE LAS MATERIAS PRIMAS

Resultado de Resistencia a la Compresin

Tabla 5.16 Promedios de Resistencia a la Compresin

N

Muestras

Promedio

1

00_8020

14.87

2

1030_5020

28.39

3

2025_6015

21.69

4

3010_8010

18.01

5

4028_5517

20.66

6

5020_6515

18.44

7

6029_5219

24.51

8

7018_7012

18.42

9

8026_5713

20.27

10

9019_6714

20.64

11

10022_6315

17.31

12

11021_6514

20.32

13

12023_6114

21.73

Figura 5.9 Resistencia a la compresin versus el tipo de muestra.

RESULTADOS DE LOS ANALISIS A LA MUESTRA CON MEJOR RESISTENCIA

Resultado de Difraccin de Rayos X

COMPARACION DE DIFRACTOGRAMAS

Figura 5.10 Comparacin de Difractogramas de Rayos X de muestra (302050) a cocidas (900C) y sin cocer, donde (a) albita, (A) anortita y (Q) cuarzo.

5.3.2. Resultado de Fluorescencia de Rayos X

Composicin elemental de la mezcla 305020

Tabla 5.18 Comparacin de los componentes mayores de las materias primas por FRX.

ELEMENTOS

GREDA

T. CHACRA

VIDRIO

MEZCLA

(g)

(g)

(g)

(g)

K

0,3

0,7

0,15

1,15

Ca

0,14

1,05

1,29

2,48

Fe

0,94

1,5

0,15

2,59

MATRIZ

89.5

90,7

90,2

91,4

Microscopia Electrnica de Barrido MEB

Microfotografas de MEB comparando la morfologa la muestra 305020 con la muestra de referencia sin vidrio cocidas a 900C y a diferentes aumentos

RESULTADO DE LOS ANALISIS DE MUESTRAS COCIDAS A DIFERENTES TEMPERATURAS

Tabla 5.20 Promedios de Resistencia a la compresin a diferentes temperaturas

Muestras

Resistencia

750

9.48

0.93

800

17.03

0.85

850

21.42

2.60

900

28.39

2.04

Figura 5.12 Resistencia a la compresin de muestras (302050) a diferentes temperaturas

Comparacin de resultados ladrillo sin vidrio- con 30% de vidrio sodo-calcico.

Figura 5.15 Superficie de respuesta estimada

Figura 5.16 Contornos de superficie de respuesta estimada

DISCUSIONES

Segn Vorrada et al. (2009), obtuvieron que con adiciones de vidrio menores al 30 % en peso y temperatura de quemado de 1100C tuvieron resultado de resistencia a la compresin de 16 a 41MPa y de acuerdo al desarrollo experimental del presente estudio los resultados obtenidos para el uso de vidrio reciclado sodo-calcico como reforzante en la elaboracin de ladrillos de arcilla cocida es de 30% en peso de vidrio sodo-calcico, 20% de greda y 50% de tierra de chacra cocidas a una temperatura de 900C se tuvieron resultados de 28 MPa y a 800C de 17 MPa en la resistencia a la compresin; por lo que hay concordancia en las dos investigaciones ya que los resultados son similares, lo que genera la confianza para utilizar el vidrio reciclado sodo-calcico como un componente (reforzante) en la industria ladrillera.

LADRILLO SIN

LADRILLO CON 30%

PROPIEDADES

VIDRIO

VIDRIO SODO-CALCICO

CONTRACCION

10.17

1.24

5.69

0.58

HUMEDAD

24.11

1.44

10.32

2.53

ABSORCION DE AGUA

14.93

1.74

22.48

4.54

POROSIDAD

10.64

0.47

20.93

0.29

RESISTENCIA A LA COMPRESION

28.39

2.04

14.87

1.23

CONCLUSIONES

Es posible producir ladrillos de arcilla cocida con buenas propiedades mecnicas utilizando como reforzante vidrio sodo-calcico reciclado en un 30% en peso, 50% tierra de chacra y 20% greda, cocido a 900C se determino la resistencia a la compresin de 28 MPa y como agente fundente en la misma mezcla con una temperatura de coccin de 800C se obtuvo una resistencia a la compresin de 17MPa y segn la norma de Albailera E-007 seria catalogado tipo de ladrillo V mejor resistencia a la compresin.

De acuerdo con los resultados el porcentaje ptimo de vidrio sodo-calcico es 30% en peso.

La resistencia mxima obtenida utilizando vidrio sodo-calcico es de 28 MPa a 900C.

La temperatura mnima para la coccin de ladrillos de arcilla cocida es de 800C manteniendo una resistencia a la compresin de 17 MPa.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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