Thesis
Efecto de la adición de los productos de despolimeración del polietileno de desecho en la estructura y propiedades del cemento portland ordinario
Fecha
2012-06-20Registro en:
Jiménez Álvarez, Francisco Javier. (2010). Efecto de la adición de los productos de despolimeración del polietileno de desecho en la estructura y propiedades del cemento portland ordinario. (Doctorado en Ciencias en Metalurgia y Materiales). Instituto Politécnico Nacional, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas. México.
Autor
Jiménez Álvarez, Francisco Javier
Institución
Resumen
RESUMEN: En el presente trabajo de investigación se prepararon cementos modificados mediante la adición un compuesto orgánico (ORG) en el Cemento Pórtland Blanco Ordinario (CPO) tipo I. El ORG es una mezcla en fase liquida de alcanos, alquenos y alcoholes de cadenas de 18 carbonos en promedio, la cual se obtuvo a partir de los envases de polietileno de alta densidad (HDPE) de desecho y la posterior oxidación (hidroxilación) con KMnO4 de los productos de despolimerización (PDD), obteniéndose finalmente dicha mezcla. Los PDD así como el ORG obtenido se caracterizaron por espectroscopia infrarroja por transformadas de Fourier (FT‐IR) y Cromatografía de gases/espectrometría de Masas (GC/MS). Los cementos modificados se caracterizaron por FT‐IR, Difracción de Rayos X (DRX), Microscopia Óptica (MO) y Microscopia electrónica de Barrido (MEB). Los resultados de DRX mostraron que el ORG interactúa con el producto de hidratación CH [(CaOH)2]. Debido a esto, se procedió a la extracción de los principales componentes del CPO (silicato tricálcico‐bicálcico (C3S‐C2S), y aluminato tricálcico (C3A)) con la finalidad de estudiar su interacción química con el ORG. Se estudió también la interacción química del ORG con el hidróxido de calcio (CH) producto de la hidratación del CPO y con sulfato de calcio (CŜH2) utilizado como retardante de la reacción de hidratación. Se evaluó con cada una de las fases, demostrando que hay una interacción química con el CH y con el C3A, formando un nuevo compuesto. Finalmente, a los cementos modificados se les realizó la evaluación de pruebas físicas variando la cantidad del ORG como fueron la resistencia a la compresión a 1, 3, 7 y 28 días, trabajabilidad, fraguado inicial y final, y el calor de reacción de hidratación. Se estudió la microestructura y la morfología del cemento modificado y se relacionó con la porosidad y se evaluó el desempeño del ORG como un reductor de agua, retardador del inicio del desarrollo de la resistencia y como inclusor de aire. El resultado de las pruebas físicas reportan un incremento en la resistencia a la compresión, en la fluidez y un retardo en el tiempo de fraguado, esto indica que el compuesto orgánico se desempeña como un retardador en las reacciones de hidratación. La velocidad de calor de reacción se incrementó en muestras de cemento que contienen compuesto orgánico respecto a la muestra que solo contiene cemento. En las pruebas de desempeño el compuesto orgánico se comporta como un reductor de agua y ligeramente como un inclusor de aire. ABSTRACT: In the present investigation were prepared cements modified by adding an organic compound (ORG) in the White Ordinary Portland Cement (OPC) type I. The ORG is a liquid phase mixture of alkanes, alkenes and alcohols with carbon chains of 18 average, which was derived from packaging and high density polyethylene (HDPE) from waste and subsequent oxidation (hydroxylation) with KMnO4 depolymerization products (PDD), finally obtaining the mixture. The PDD and the ORG obtained were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT‐IR) and Gas Chromatography / Mass Spectrometry (GC / MS). Modified cements were characterized by FT‐IR, X‐ray diffraction (XRD), Optical Microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). XRD results showed that ORG interacts with the hydration product CH [(CaOH)2]. Because of this, we proceeded to extract the main components of the CPO (tricalcium‐dicalcium silicate (C3S, C2S), and tricalcium aluminate (C3A)) in order to study its chemical interaction with the ORG. Also studied the chemical interaction of ORG with calcium hydroxide (CH) hydration product of CPO and calcium sulfate (CŜH2) used as a retardant of the hydration reaction. We evaluated each of the phases, demonstrating that there is a chemical interaction with the CH and the C3A, forming a new compound. Finally, the modified cements were subjected to the evaluation of physical evidence by varying the amount of the ORG as were the compressive strength at 1, 3, 7 and 28 days, workability, initial and final set, and the heat of hydration reaction . We studied the microstructure and morphology of the modified cement and related to the porosity and evaluated the performance of the ORG as a water reducing, retarding the start of the development of resistance as air entraining. The result of the physical evidence reported an increase in compressive strength in fluency and a delay in setting time, this indicates that the organic compound serves as a retarder in the reactions of hydration. The rate of heat of reaction is increased cement samples containing organic compound on the sample containing only cement. In performance tests the organic compound behaves as a water reducing and slightly as air entraining.