Análisis del posible uso del residuo de lodo de papel como material cementante suplementario

The paper industry produces a waste known as sludge (a mixture of kaolin and cellulose fibers) and due to the high generation of this waste and the environmental burden that its disposal represents, the objective of this research is to analyze whether this sludge from paper manufacturing can be used...

Full description

Autores:: Fontalvo Pérez, Juan Esteban
Mercado Gutiérrez, Mariana Lucía

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2022

Institución:: Corporación Universidad de la Costa

Repositorio:: REDICUC - Repositorio CUC

Idioma:: spa

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description	The paper industry produces a waste known as sludge (a mixture of kaolin and cellulose fibers) and due to the high generation of this waste and the environmental burden that its disposal represents, the objective of this research is to analyze whether this sludge from paper manufacturing can be used to partially replace cement. This research contemplated two forms of study for kraft paper (KP) and soft paper (SP) sludge. The first consisted of investigating the calcination temperature of the sludge using TGA to optimize the pozzolanic activity of the ashes, and the second was the variable with the milling process. The pozzolanic activity of the sludge studied showed that the ashes obtained at 800°C had the highest pozzolanic activity. The particle morphology study showed that the particles of both types of sludge that were subjected to the calcination process are finer than the particles of the samples that were subjected to the milling process, since the percentage of these calcined sludges that were retained in the 35 μm sieve was higher, and this was essential to determine which of the two processes would be the most feasible for the different chemical and physical processes that these sludges can have with the adherence in their mixtures. Likewise, DRX showed phases such as calcite, talc, silica and cellulose, while SEM- EDS reflected the presence of typical microstructure such as calcium, oxygen, silicon, aluminum and iron content. The compressive strength results show that the tested dosages reached mechanical strength percentages of 11.48% for the ground kraft paper, 56.82% for the calcined kraft paper, 57.82% for the calcined soft paper and 24.61% for the ground soft paper, with respect to the control sample, at 28 days. Paper sludge is a sustainable option for use in construction.
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The first consisted of investigating the calcination temperature of the sludge using TGA to optimize the pozzolanic activity of the ashes, and the second was the variable with the milling process. The pozzolanic activity of the sludge studied showed that the ashes obtained at 800°C had the highest pozzolanic activity. The particle morphology study showed that the particles of both types of sludge that were subjected to the calcination process are finer than the particles of the samples that were subjected to the milling process, since the percentage of these calcined sludges that were retained in the 35 μm sieve was higher, and this was essential to determine which of the two processes would be the most feasible for the different chemical and physical processes that these sludges can have with the adherence in their mixtures. Likewise, DRX showed phases such as calcite, talc, silica and cellulose, while SEM- EDS reflected the presence of typical microstructure such as calcium, oxygen, silicon, aluminum and iron content. The compressive strength results show that the tested dosages reached mechanical strength percentages of 11.48% for the ground kraft paper, 56.82% for the calcined kraft paper, 57.82% for the calcined soft paper and 24.61% for the ground soft paper, with respect to the control sample, at 28 days. Paper sludge is a sustainable option for use in construction.La industria del papel produce un residuo conocido como lodo (mezcla de caolín y fibras de celulosa) y debido a la alta generación de este residuo y a la carga ambiental que representa su disposición el objetivo de esta es investigación es analizar si estos lodos producto de la fabricación de papel se pueden utilizar para reemplazar parcialmente el cemento. Esta investigación contempló dos formas de variables para los lodos de papel Kraft (PK) y papel Suave (PS). La primera consistió en investigar la temperatura de calcinación de los lodos mediante TGA que permitieran optimizar la actividad puzolánica de las cenizas, y la segunda fue la variable con el proceso de molienda. En el ensayo correspondiente a evaluar la actividad puzolánica de los lodos estudiados se evidenció que las cenizas obtenidas a 800°C son las que presentan mayor actividad puzolánica. El estudio de morfología de las partículas arrojó que las partículas de ambos tipos de lodos, que fueron sometidos al proceso de calcinación, son más finas, que las partículas de las muestras que fueron sometidas al proceso de molienda, puesto que fue mayor el porcentaje de estos lodos calcinados que pasó por el tamiz de 35 μm de abertura y este fue esencial para determinar cuál de los dos procesos sería el más factible ante los diferentes procesos químicos y físicos que puede tener estos lodos con la adherencia en sus mezclas. Así mismo el ensayo de difracción de rayos X (DRX) arrojó fases como calcita, talco, silicio y celulosa, mientras que SEM- EDS reflejó la presencia de microestructuras típicas como el contenido de calcio, oxígeno, silicio, aluminio y hierro. Los resultados de resistencia a la compresión de las muestras con adición de lodos muestran que las dosificaciones ensayadas alcanzaron porcentaje de resistencia mecánica de 11,48% para el papel kraft molido, 56,82% para el papel kraft calcinado, 57,82% para el papel suave calcinado y 24,61% para el papel suave molido, con respecto a la muestra de control, a los 28 días. De acuerdo con los resultados obtenidos, los lodos papeleros son una opción sostenible para uso en la construcción.Contenido Lista de tablas y figuras 11 Introducción 14 Planteamiento del problema 17 Pregunta problema 19 Justificación 20 Objetivos 21 Objetivo General 21 Objetivos específicos 21 Marco teórico 22 Producción de papel 22 Lodo papelero 23 Uso de lodos papelero para la fabricación de materiales para construcción 24 Cemento Portland 24 Mortero 25 Materiales cementantes suplementarios 26 Resistencia a la compresión 27 Análisis por termogravimetría (TGA) 27 Ensayo de microscopía electrónica de barrido (SEM) 28 Ensayo de difracción de rayos x (DRX) 29 Método de Chapelle 29 Morfología de las partículas 29 Fluorescencia de rayos X 30 Estado de arte 32 Metodología 36 Caracterización Física 38 Morfología de partículas 38 Ensayo Termogravimétrico (TGA) 38 Caracterización química 38 Ensayo por Fluorescencia de rayos X 38 Método de Chapelle 39 Ensayo de difracción de rayos X (DRX) 41 Ensayo de Microscopía Electrónica De Barrido (SEM) 42 Caracterización mecánica 42 Resistencia a compresión 42 Análisis de Resultados 47 Conclusiones 66 Recomendaciones 68 Referencias 69 Lista de Tablas y Figuras Tablas Tabla 1 Dosificación de las pastas de mortero según diseño de mezcla de la norma ASTM C109 42 Tabla 2 Especificaciones técnicas arena industrializada para mampostería marca Argos 43 Tabla 3 Especificaciones técnicas cemento argos portland tipo 1 44 Tabla 4 Concentraciones presentes en los lodos de PK y suave en estado natural 51 Tabla 5 Datos de titulación con 1 gramo de CaO/ml 52 Tabla 6 Consumo de Ca (OH)2 mg/g de muestra, y desviación estándar 53 Tabla 7 Resultados de laboratorio DRX 54 Tabla 8 Composición química del cemento y de los lodos papeleros molidos y cenizados por medio de Microscopia electrónica de barrido (SEM) 61 Tabla 9 Resultados de ensayo de resistencia a la compresión obtenidos a los 7 días de curado 63 Tabla 10 Resultados de ensayo de resistencia a la compresión obtenidos a los 28 días de curado 63 Tabla 11 Porcentaje de la resistencia obtenida con respecto a la muestra de control a los 7 y 28 días de curado 65 Figuras Figura 1 Desechos de papel 22 Figura 2 Ubicación de la empresa Unibol S.A. 36 Figura 3 Proceso de calcinación de los lodos de PK y PS 37 Figura 4 Proceso de molienda de los lodos de PK y PS 37 Figura 5 Muestra de carbonato de calcio para calcinar a una temperatura de 1000°C 39 Figura 6 Muestras de mezcla de cal/puzolana en baño de María 40 Figura 7 Titulación con fenolftaleína en muestra de papel suave calcinado y ácido Clorhídrico 41 Figura 8 Fluidez de la mezcla con lodo de PSC 45 Figura 9 Cubos de la mezcla con adición de PSM 46 Figura 10 Ensayo de resistencia a la compresión de la muestra de control 46 Figura 11 Resultado ensayo de morfología de partículas muestra de lodo de PKM 47 Figura 12 Resultado ensayo de morfología de partículas muestra de lodo de PSM 47 Figura 13 Resultado ensayo de morfología de partículas muestra de lodo de PKC 48 Figura 14 Resultado ensayo de morfología de partículas muestra de lodo de PSC 48 Figura 15 Análisis termogravimétrico del PS 49 Figura 16 Análisis termogravimétrico del Pk 50 Figura 17 Difractogramas PSM, PKM y cemento 55 Figura 18 Difractogramas PSC, PKC y cemento 56 Figura 19 Espectrometría por análisis SEM de la muestra de cemento 57 Figura 20 Espectrometría por análisis SEM de la muestra de lodo de papel Kraft molido 58 Figura 21 Espectrometría por análisis SEM de la muestra de lodo de papel suave molido 58 Figura 22 Espectrometría por análisis SEM de la muestra de lodo de papel Kraft calcinado 59 Figura 23 Espectrometría por análisis SEM de la muestra de lodo de papel suave calcinado 60 Figura 24 Microestructura y composición del cemento 61 Figura 25 Microestructura y composición de los lodos papeleros. Lodo de PKM, Lodo de PSM 62 Figura 26 Microestructura y composición de los lodos papeleros. Lodo de PKC, Lodo de PSC 62 Figura 27 Resultados de ensayo de comprensión realizado a la muestra de cemento y a las muestras de lodos de papel 64Ingeniero(a) CivilPregrado76 Páginasapplication/pdfspaCorporación Universidad de la CostaCivil y AmbientalBarranquilla, ColombiaIngeniería CivilAtribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Análisis del posible uso del residuo de lodo de papel como material cementante suplementarioTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/redcol/resource_type/TPinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionArias Prieto, A., & Becerra Ayala, J. (2017). 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ELSEVIER.SludgeAshCharacterizationPozzolanic activityStrengthLodosCenizasCaracterizaciónActividad puzolánicaResistenciaORIGINALAnálisis del posible uso del residuo de lodo de papel.pdfAnálisis del posible uso del residuo de lodo de papel.pdfapplication/pdf2525965https://repositorio.cuc.edu.co/bitstream/11323/9155/1/An%c3%a1lisis%20del%20posible%20uso%20del%20residuo%20de%20lodo%20de%20papel.pdfe65541f835c825c0098734a43600fb81MD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-83196https://repositorio.cuc.edu.co/bitstream/11323/9155/2/license.txte30e9215131d99561d40d6b0abbe9badMD52open accessTEXTAnálisis del posible uso del residuo de lodo de papel.pdf.txtAnálisis del posible uso del residuo de lodo de papel.pdf.txttext/plain100604https://repositorio.cuc.edu.co/bitstream/11323/9155/3/An%c3%a1lisis%20del%20posible%20uso%20del%20residuo%20de%20lodo%20de%20papel.pdf.txt923e0994a7af14b3409d86f711208c21MD53open accessTHUMBNAILAnálisis del posible uso del residuo de lodo de papel.pdf.jpgAnálisis del posible uso del residuo de lodo de papel.pdf.jpgimage/jpeg7636https://repositorio.cuc.edu.co/bitstream/11323/9155/4/An%c3%a1lisis%20del%20posible%20uso%20del%20residuo%20de%20lodo%20de%20papel.pdf.jpgd891b8168c7631a558a9f2e63c16b159MD54open access11323/9155oai:repositorio.cuc.edu.co:11323/91552023-12-14 14:49:39.252An error occurred on the license name.\|\|\|https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/open accessRepositorio Universidad de La 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Análisis del posible uso del residuo de lodo de papel como material cementante suplementario

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