Mechanical characterization of gypsum mortars with waste from the automotive sector
Authors:   , Asadi Ardebilli Anis 
Published: October 2024

The economic, social and environmental indicators of sustainable development are increasing and it has drawn attention to the construction sector, which is highly active sector in both developed and developing countries. The construction sector is one of the main industries generating greater environmental impacts.

In this sense, the European Commission is forcing the sector to implement alternative measures and strategies to tackle this situation and bring the sector to a more sustainable and regenerative approach. One of the adopted measures is circular economy which promotes the use of recycled materials to produce construction materials and products. In this sense, many scientific works have been conducted analyzing the incorporation of different waste categories in building materials, and more specifically in gypsum composites.

One of the wastes commonly introduced in building materials come from the automotive waste as it is one of the growing rapidly waste category and its impacts are considered to be an important environmental problem; such as polyurethane, textile and metal fibers or even rubber from tires. However, no previous studies were found incorporating a mixed waste of polyurethane, cardboard and fiberglass (PCF waste) produced during the manufacture of backboards.

In this way, the main objective of this research is to characterize new gypsum-based materials that incorporate PCF waste. For this, an experimental plan was designed and developed. A total of 171 specimens were produced incorporating different percentage and size of PCF waste. Gypsum specimens were prepared incorporating 2.5%, 6% and 11% of waste based on the weight of the gypsum and with different water/gypsum ratios (0.5, 0.6 and 0.7). Reference samples were also produced (without any waste addition) to compare the results obtained. These specimens were tested according to the bulk density, superficial hardness, flexural and compressive strengths. In addition, the consumption of raw material was also explored for each composite. The best performing compounds considering the mechanical resistance and raw material consumption were selected and further tested considering their water absorption by capillarity, thermal coefficient, bonding strength and fire reaction. Finally, a thermogravimetric analysis, XRD and SEM images were also taken for the selected composites.

Results show that it is possible to incorporate up to 11% of PFC waste overpassing the minimum strength values established by the regulations. In addition, the lightness of the material and its compression and flexion behavior improved considerably compared to the reference specimens without any waste addition. A comparative analysis showed that the traditional characteristics are improved.

RESUMEN

Los indicadores económicos, sociales y ambientales sobre desarrollo sostenible están en aumento, lo que ha llamado la atención al sector de la construcción, que es un sector muy activo tanto en los países desarrollados como en los países en desarrollo. El sector de la construcción es una de las principales industrias que generan mayores impactos ambientales. En este sentido, la Comisión Europea está implementando nuevas medidas y estrategias alternativas para afrontar esta situación y llevar al sector hacia un enfoque más sostenible y regenerativo. Una de las medidas adoptadas es la economía circular que promueve el uso de materiales reciclados para producir materiales y productos de construcción. En este sentido, se han realizado numerosos trabajos científicos analizando la incorporación de diferentes categorías de residuos en los materiales de construcción, y más concretamente en los compuestos de yeso.

Uno de los desechos comúnmente introducidos en los materiales de construcción proviene de los residuos de automóviles, ya que son residuos de rápido crecimiento y sus impactos se consideran un problema ambiental importante; como poliuretano, fibras textiles y metálicas o incluso caucho procedente de neumáticos fuera de uso. Sin embargo, no se han encontrado estudios previos que incorporen el residuo producido durante la fabricación de las bandejas traseras del coche, compuesto por una mezcla de poliuretano, cartón y fibra de vidrio (residuos de PCF).

De este modo, el objetivo principal de esta investigación es caracterizar nuevos materiales basados en yeso que incorporan residuos de PCF. Para ello se diseñó y desarrolló un plan experimental donde se elaboraron un total de 171 probetas incorporando diferentes porcentajes y tamaños de residuos de PCF. Se prepararon probetas de yeso incorporando 2,5%, 6% y 11% de desperdicio en función del peso del yeso y con diferentes relaciones agua/yeso (0,5, 0,6 y 0,7). También se elaboraron probetas de referencia (sin adición de residuos) para comparar los resultados obtenidos. Estas probetas se ensayaron según la densidad aparente, dureza superficial, resistencia a la flexión y a la compresión. Además, también se exploró el consumo de materia prima utilizada para cada compuesto. Se seleccionaron y probaron los compuestos de mejor desempeño considerando la resistencia mecánica y el consumo de materia prima considerando su absorción de agua por capilaridad, coeficiente térmico, fuerza de unión y reacción al fuego. Finalmente, también se tomaron análisis termogravimétricos, XRD e imágenes SEM para los compuestos seleccionados.

Los resultados muestran que es posible incorporar hasta un 11% de residuos de PFC obteniendo valores de resistencia por encima de los mínimos establecidos por la normativa. Además, la ligereza del material y su comportamiento en compresión y flexión mejoraron considerablemente en comparación con el yeso de referencia. Un análisis comparativo mostró que se mejoran las características tradicionales.