Durabilidad de morteros de cemento en contacto con purines de cerdo

Abstract

En el medio agrícola-ganadero el cemento y sus derivados, morteros y hormigones, son materiales ampliamente utilizados. Su uso se extiende desde la parte estructural de las edificaciones a elementos tales como revestimiento de paredes, comederos, o pavimentos tanto continuos como discontinuos o balsas de almacenamiento de purines, de hormigón en masa o armado o incluso de fábrica de ladrillo con revestimiento de mortero. Todos estos elementos se encuentran en ambientes de diversa agresividad, tales como estiércoles, purines, productos de limpieza o desinfección, restos de alimentación…etc. Garantizar un comportamiento adecuado de estos elementos se considera fundamental para el correcto manejo de las instalaciones agrarias ya que su degradación supone no solo pérdidas económicas por el cese de la actividad durante el periodo de reposición sino que puede ser especialmente grave en el caso de los suelos enrejillados, por los accidentes que pueden provocar en los animales, o en el caso de las balsas y tanques de almacenamiento de purines, por la pérdida de estanqueidad y en consecuencia por posibles contaminaciones de las aguas subterráneas. Esta Tesis tiene como principal objetivo determinar el comportamiento de los principales morteros de cemento utilizados en el ámbito agrícola-ganadero a lo largo de un periodo de tiempo de cinco años en contacto permanente con purines de cerdo. Para poder alcanzar este objetivo se han seleccionado cuatro tipos de cemento de uso habitual y recomendado en el ámbito rural: uno con resistencia a sulfatos, dos con adiciones de cenizas volantes silíceas y un cemento puzolánico también con adición de cenizas. Con dichos cementos se han elaborado probetas de mortero normalizadas y se han expuesto al contacto directo del purín de cerdo en una balsa experimental. El purín contenido en ella, procedente de una explotación integral de ganado porcino de la provincia de Segovia, ha sido analizado y caracterizado. Para poder establecer el efecto del purín sobre los morteros se caracterizaron las probetas mecánicamente mediante la determinación de la resistencia a compresión, y microestructuralmente mediante porosimetría por intrusión de mercurio (PIM) y difracción de rayos X (DRX). Los resultados obtenidos se han completado con un análisis termogravimétrico (TG) y con microscopía electrónica de barrido (MEB) para cada mortero de cemento a la finalización del ensayo. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que el deterioro de los morteros en contacto con purines de cerdo no es tan severo como inicialmente podría considerarse por su contenido en ácidos orgánicos, sulfatos y amonio. Así todos los morteros presentan un buen comportamiento mecánico a la finalización del ensayo, con valores resistentes superiores o iguales a los iniciales, concordantes con los cambios que experimenta la estructura porosa que en general se densifica. Estos cambios se encuentran determinados por dos procesos: la hidratación del cemento y las reacciones puzolánicas propias de la presencia de cenizas volantes que pueden verse incrementadas como resultado de la alta concentración de sales en el purín y los procesos de precipitación-lixiviación propios de un ataque por cambio iónico. Los resultados obtenidos en el estudio de las fases cristalinas avalan esta hipótesis con una disminución de portlandita asociada a un incremento de calcita y una casi desaparición de la etringita. Finalmente se puede concluir que el purín de cerdo puede ser considerado como un compuesto con agresividad baja con respecto a los materiales cementicios. La utilización de cenizas volantes como sustituto parcial del cemento portland mejora las propiedades durables y mecánicas de los morteros en los ambientes agrícola-ganaderos, siendo dichos cementos los recomendados en estos ambientes. Cement and its derivates, mortar and concrete, are widely used in agricultural and livestock housing, from building structure to other elements such as wall covering, feeding troughs, continuous or patterned flooring (prefabricated slats) or slurry storage ponds, of both concrete or reinforced concrete, or even covered mortar brick walls. All these elements can come into contact with diverse aggressive environments such as manure, slurry, cleaning and disinfection products, feed or dairy product wastes. Optimum resistance to these environments is essential for agricultural installations (buildings) because degradation causes not only economic loss due to lapses in activity during repairs but also serious damage in the case of slatted flooring, cause severe injury to animals, or leakage in ponds or pits tending to which can groundwater pollution The main purpose of this thesis is to determine the response of main stream cement mortars used in agricultural and cattle raising to contact with pig slurry for a five-year period To achieve this purpose four cement types were selected from those usually recommended in the farming and livestock field: one sulphate-resistant Portland cement, two Portland cement with fly ash, and one puzzolanic cement with added ash. Normalized prismatic mortar specimens were prepared and kept in direct contact with pig slurry in an experimental pond. Slurry from a pig farm in Segovia province was sampled and analyzed. To study slurry effects on mortars, mechanical stress was applied in the study of compressive strength. Microstructural study was also carried out through mercury intrusion porosity (MIP) and X-ray diffraction (XRD). Other analyses such as thermal gravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM) were also carried out on each mortar at the end of the trial. The results obtained show that the deterioration of mortar in contact with pig slurry is not as severe as might have been expected given the organic acids, sulfates and ammonium content in slurries. In fact all the mortars remained mechanically sound at the end of their exposure period (5 years). Their resistance values were the same as their initial values, or greater, due to the changes undergone in their pore structure, which in general became denser. These changes are the result of two processes: one, the hydration of cement and two, the puzolanic reactions due to the presence of fly ash that may be intensified as a result of the high concentration of salts in the slurry and the processes of precipitationlixiviation from an attack of ionic exchange. The results obtained in the study of crystalline phases support this hypothesis as a reduction in portlandite associated with an increase in calcite and a near disappearance of ettringite. Finally we may conclude that pig slurry can be considered to be a compound of low aggressivity towards cement materials. The use of fly ash as a partial substitute for Portland cement improves durability and mechanical properties of mortars in agricultural and livestock environments, with these cements being the most recommendable for such environments