Factibilidad técnica del uso de escorias de cobre como reemplazo de arena en morteros de pega de muros de albañileria

Chile is one of the largest generators of copper slags (CS) worldwide with around 50 million tons accumulated. As the CS have similar physicochemical characteristics to the raw materials of cement, their application in the production of sustainable mortars for use in masonry walls is very attractive. The objective of the present article is to study the technical feasibility of the use of CS as sand replacement in cement mortars of masonry walls. For that, their properties and characteristics are compared in laboratory with a standard mortar (without CS). Different properties of the cement mortar are analyzed, such as consistency, density, flexural and compressive strength, and adhesive strength. Moreover, its influence on the compressive and shear strength of confined masonry elements is also analyzed. The results show that the incorporation of CS in masonry mortars has a positive influence, increasing the adhesive strength (20.2%), compressive strength (18.1%) and shear strength (12%). Therefore, for the conditions analyzed, the use of cement mortars with CS in confined masonry walls is technically feasible. Introducción Chile al ser es uno de los mayores productores de cobre a nivel mundial genera grandes volúmenes de residuos, desechos y subproductos, entre los que se encuentran las escorias de fundición de cobre (EFC), las cuales constituyen uno de los principales desechos sólidos en las plantas pirometalúrgicas de la industria del cobre. Se calcula que por cada tonelada de cobre producido se generan alrededor de 2.2 toneladas de escorias, y tan solo en la división El Teniente de Codelco, se producen cerca de 700.000 toneladas de escoria al año. Se estima que Tecnología en Marcha, Vol. 32, N.° 2, Abril-Junio 2019 102 Chile posee un volumen histórico acumulado de aproximadamente 50 millones de toneladas [1], las que son catalogadas como pasivos ambientales que son potencialmente contaminantes si no son bien manejados. Además, los volúmenes vertidos ocupan grandes extensiones de superficies que muchas veces restan terreno cultivable y producen contaminación visual del paisaje. Es por ello que surge la necesidad de encontrar usos alternativos a las escorias, de modo de reutilizar y dar un valor agregado a lo que se genera como subproducto de las fundiciones de cobre. Por otra parte, se conoce que las escorias poseen en su composición química óxidos de silicio, aluminio, hierro y calcio, los que se encuentran de igual manera en la estructura química del cemento, por lo que la interacción entre ambos compuestos es viable químicamente. Además, al ser procesadas adquieren características similares a la de los áridos finos con forma, granulometría y textura definidas, las cuales permiten que puedan ser utilizadas como reemplazo parcial o total del agregado fino presente en morteros y hormigones. Por todo lo anterior resulta atractiva la utilización de EFC para la producción de morteros sustentables. Diversos investigadores [1–7] han estudiado el comportamiento y el efecto de incluir EFC como agregado en morteros y hormigones. Moura y Coutinho [2] investigaron la resistencia a la compresión y flexotraccion de hormigones con porcentajes de reemplazo del árido fino del 30%, 40% y 50% para distintas razones Agua/Cemento (A/C). Los resultados indicaron que el hormigón con un porcentaje de reemplazo del 40% de EFC, incrementa la resistencia a la flexotraccion en un 10% con respecto al mortero de referencia, además el peso específico se ve incrementado en el orden de un 10% con respecto al hormigón de referencia cuando utiliza un 50% de EFC como reemplazo. Hwang y Laiw [3] evaluaron la resistencia a la compresión desarrollada en morteros y hormigones con contenidos distintos de EFC como agregado fino para diferentes relaciones A/C. Las resistencias de las mezclas con porcentajes del 20 – 80% de reemplazo de EFC fueron superiores a las muestras de referencia. Li [4] y Zong [5] también reportaron que hormigones con contenidos de EFC como reemplazo parcial del árido fino, poseen propiedades mecánicas similares a los que contienen áridos convencionales. Al-Jabri [6] confeccionó mezclas de hormigón con distintas proporciones de EFC como reemplazo parcial y total del agregado fino. Los resultados muestran aumentos de densidad y trabajabilidad con respecto a hormigones de referencia, y aumento de las resistencias a compresión y flexotraccion para algunos porcentajes de reemplazos. Cares [7] fabricó hormigones con EFC como reemplazo parcial del árido fino en distintos porcentajes (25, 40 y 50%) y distintas razones A/C, analizando su comportamiento a través de la resistencia a compresión y flexotracción. Los resultados indican que la adición de EFC mejora significativamente las resistencias de estos, con respecto a los morteros de referencia, obteniendo el mayor desempeño para el 40% de reemplazo [1]. El objetivo del presente artículo es estudiar la factibilidad técnica de morteros de pega fabricados con un árido fino obtenido a partir de la combinación de arena Bío-Bío y granalla de EFC en proporción del 40% de remplazo, para su utilización en muros de albañilería confinada. Materiales y metodos Materiales Para la confección del mortero se utilizaron dos áridos finos, la arena Bío-Bío y la granalla de EFC. Esta última posee una textura lisa y poco porosa, forma granular, cubica y angulosa, y con granulometría entre 0.3 y 2.5 mm (figura 1 y 2). Las propiedades físicas más importantes de los áridos finos se resumen en el cuadro 1. Tecnología en Marcha, Vol. 32, N.° 2, Abril-Junio 2019 103 Un análisis granulométrico de los áridos finos disponibles, indicó que estos no cumplen con la banda granulométrica de la NCh163 Of. 79 [8], específicamente en la última fracción de la banda por falta de porcentaje de finos. En el caso de la EFC en los tamices N°30 y N°50 y de la arena Bío-Bío en los tamices N°50 y N°100, respectivamente. Sin embargo, este último se considera aceptable debido a que los porcentajes son muy cercanos a los límites y el material posee un uso masivo en la zona y un buen comportamiento en hormigones y morteros fabricados. Figura 1. Granalla de EFC. Cuadro 1. Propiedades físicas de la EFC y la arena Bío-Bío. Constantes Físicas Arena EFC Unidad Densidad aparente suelta seca 153