Desarrollo y Rendimiento de Lechada Geopolimérica a Base de Lodo Rojo que Permite la Utilización de Residuos Sólidos

Área de la Ciencia:

• Química de geopolímeros y ciencia de materiales
• Ingeniería civil y materiales de construcción
• Desarrollo de infraestructura sostenible y baja en carbono

Sus antecedentes:

• La construcción de túneles de escudo requiere materiales de lechada especializados para la estabilidad y durabilidad.
• Los materiales de lechada tradicionales a menudo tienen impactos ambientales significativos.
• Existe la necesidad de soluciones de lechada sostenibles y de alto rendimiento en la ingeniería subterránea.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y optimizar un material de lechada geopolimérica utilizando lodo rojo (RM) y metacaolín de la serie del carbón (CMK) para la lechada de cola de túnel de escudo.
• Investigar la influencia de los parámetros clave del diseño de la mezcla en las propiedades frescas, mecánicas, microestructurales y eléctricas de la lechada geopolimérica.
• Identificar diseños de mezcla óptimos tanto en rendimiento como en costo para aplicaciones de ingeniería prácticas.

Principales métodos:

• Diseño experimental ortogonal (tres niveles, cuatro factores) para estudiar sistemáticamente la relación RM/CMK, la relación molar SiO2/Na2O, el contenido de Na2O y la relación agua/aglutinante.
• Modelos de regresión polinomial de segundo orden para analizar el impacto de las variables en las propiedades de la lechada.
• Evaluación del rendimiento eléctrico utilizando resistividad y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS).
• Caracterización microestructural y mineralógica utilizando difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de barrido (SEM).

Principales resultados:

• La relación agua/aglutinante (a/a) y el contenido de Na2O influyen significativamente en la fluidez, estabilidad y tiempo de fraguado de la lechada.
• Los efectos sinérgicos entre el contenido de Na2O y la relación SiO2/Na2O mejoran la formación de gel N-A-S-H y la resistencia mecánica.
• La geopolimerización optimizada exhibe una microestructura compacta, transporte iónico restringido y excelente estabilidad electroquímica, asegurando resistencia a la corrosión.
• Una mezcla óptima en rendimiento logró una resistencia de 28 días de 9.12 MPa, mientras que se identificó una mezcla óptima en costos a $20.76/t.

Conclusiones:

• El material de lechada geopolimérica desarrollado cumple eficazmente los requisitos de lechada de túneles de escudo.
• El material equilibra el rendimiento, la viabilidad económica y los beneficios ambientales, demostrando un fuerte potencial para aplicaciones de ingeniería.
• Esta investigación contribuye a las prácticas sostenibles en la construcción subterránea a través de la utilización de subproductos industriales como el lodo rojo.