Exposición a fuego y caracterización de revestimientos de yeso convencionales y revestimientos de yeso desarrollados con residuos

Abstract

[SPA] Los revestimientos de yeso tienen importantes ventajas como transpirabilidad, adherencia, sensación de calidez y aislamiento térmico. Además, el yeso se considera un material excelente cuando se expone a fuego, ya que es incombustible y no libera sustancias tóxicas. La composición química del yeso proporciona una protección duradera, debido a que el agua se evapora gradualmente de yeso (CaSO4 2H2O) a basanita (CaSO4 ½H2O) y finalmente a anhidrita (CaSO4). Por lo tanto, una cantidad importante de energía es absorbida por el yeso reduciendo la transmisión de calor a los elementos que reviste y materiales cercanos. La incorporación de determinados aditivos y adiciones ligeras tiene por objeto mejorar las características de los revestimientos de yeso. Por ejemplo, el ácido cítrico se utiliza para prolongar el tiempo de fraguado inicial, ya que el yeso fragua y endurece rápidamente. Asimismo, las adiciones ligeras se emplean para mejorar un conjunto de propiedades como el aislamiento térmico y/o acústico, la trabajabilidad y la capacidad de cobertura de los yesos. Sin embargo, las adiciones ligeras también pueden reducir la resistencia mecánica y la dureza de los yesos, como ocurre en los que contienen perlita expandida. En los últimos años, el uso de residuos ha adquirido protagonismo en ciencia e ingeniería de materiales, debido fundamentalmente a que algunos residuos como el poliestireno expandido, el caucho de los neumáticos y el vidrio se generan en grandes cantidades y son difíciles de eliminar. Aunque se han estudiado ampliamente en los materiales de cemento, no es tan conocido su efecto en revestimientos de yeso y, en particular, sobre la forma en que pueden alterar el comportamiento ante el fuego de los materiales de yeso. El objetivo principal de la tesis es evaluar y comparar las características mecánicas y el efecto del fuego en revestimientos de yeso convencionales y no convencionales. Los yesos convencionales consistieron en muestras de control (es decir, simplemente preparadas con conglomerante tipo B1), formulaciones retardadas que contienen ácido cítrico y yesos ligeros elaborados con perlita expandida. El efecto del agua de amasado (relación agua / conglomerante), ácido cítrico, perlita expandida, poliestireno expandido, caucho de neumáticos y vidrio en los yesos se analizó mediante pruebas de densidad, dureza Shore C, resistencia a flexión y a compresión. Además, para estudiar el efecto del fuego, se evaluó la propagación del calor a través de los yesos mediante sensores térmicos e imágenes térmicas (cámara termográfica) utilizando probetas similares, se examinaron las alteraciones microestructurales inducidas por el fuego mediante microscopía de barrido electrónico (SEM) y se evaluaron químicamente mediante difracción de rayos X (DRX) y análisis termogravimétrico (TG). Los resultados mostraron variaciones tanto en las propiedades mecánicas como en el efecto del fuego en los yesos utilizando ácido cítrico como retardador, así como por la incorporación de materiales ligeros (adiciones). De hecho, las propiedades mecánicas se redujeron visiblemente debido al ácido cítrico y a la naturaleza ligera de las adiciones, ya fueran perlita expandida o residuos. La alteración causada por el fuego fue más preocupante en materiales de yeso elaborados con caucho de neumáticos, con vidrio reciclado y con altas dosis de poliestireno expandido. Además, se comprobó que, a pesar del carácter incombustible de la perlita expandida, las dosis elevadas de la adición resultaron más afectadas por el fuego. En conclusión, los resultados sugieren que la incorporación de adiciones ligeras a los revestimientos de yeso debe analizarse cuidadosamente para garantizar una adecuada protección contra el fuego de los elementos constructivos. y estructurales.

[ENG] Gypsum plasters have important advantages like breathability, adhesion, warmth feeling and thermal insulation. Besides, gypsum is considered an excellent material when exposed to fire, as it is non-combustible and does not release toxic substances. The chemical composition of gypsum provides long-lasting protection as water is gradually evaporated from gypsum (CaSO4 2H2O) to bassanite (CaSO4 ½H2O) and finally to anhydrite (CaSO4). Therefore, an important amount of energy is absorbed by the plaster reducing the heat transmission through underneath elements and nearby materials. The incorporation of certain admixtures and lightweight additions is aimed to improve practical features of gypsum plasters. For instance, citric acid is used to extend the initial setting time as gypsum sets and hardens rapidly. Likewise, lightweight additions are employed to improve a set of properties like thermal and/or acoustic insulation, workability and covering capacity of plasters. However, low-density additions may also reduce the mechanical strength and hardness of plasters as occurs in those containing expanded perlite. In recent years the use of wastes has gained attention among materials scientists and building engineers, especially because some wastes as expanded polystyrene, tire rubber and glass are generated in large quantities and difficult to eliminate. Although they have been extensively studied in cement materials, is less known about their effect on plasters and particularly, the way they may alter fire performance of gypsum materials. The main goal of the thesis is to evaluate and compare mechanical and fire effect features in conventional and non-conventional plasters. The conventional plasters consisted of control samples (i.e. simply prepared with B1 type binder); retarded formulations containing citric acid; and lightweight plasters made with expanded perlite. The effect of mixing water (water / binder ratio), citric acid, expanded perlite, expanded polystyrene, tire rubber and glass on plasters was analysed by means of density tests, Shore-C hardness, flexural strength and compressive strength measurements. Besides, to study fire effect, heat propagation through plasters was evaluated by thermal sensors and thermal imaging (thermografic camera) using uniform samples, textural alterations induced by fire were examined by Scanning Electron Microscopy (SEM) and chemically evaluated by X-Ray Diffraction (XRD) and Thermogravimetric analysis (TG). The results showed variations that both mechanical properties and fire effect in plasters using citric acid as retarder as well as by incorporation of lightweight materials (additions). In fact, the mechanical properties were visibly reduced due to citric acid and the lightweight nature of the additions using either expanded perlite or wastes. The alteration caused by fire was more concerning in plasters made with tire rubber, with waste glass and those elaborated with high doses of expanded polystyrene. Furthermore, it was found that despite the non-combustible nature of expanded perlite, high doses of the addition were more affected by fire. In conclusion, the results suggest that the incorporation of lightweight additions to plasters should be carefully analysed to ensure adequate fire protection of construction and structural elements.