Obtención de ladrillos por procesos de geopolimerización enfocado al mejoramiento de envolventes en edificaciones de uso residencial mediante la verificación de prestaciones constructivas arquitectónicas y ambientales
Authors:   , Correa Jaramillo Ramiro Alberto 
Published: February 2025

Brick is the second most widely used material in construction and tends to quickly turn into debris due to its use in buildings, demolitions, and even non-compliance with basic technical requirements, making it a discardable material. In Ecuador, brick production has not been significantly industrialized, resulting in highly variable and deficient properties. Specifically, in the city of Loja, most bricks come from artisanal factories in the vicinity of the city. The present research aims to generate a proposal for sustainable construction material through geopolymerization processes using discarded brick waste from the surplus of artisanal brick factories, which have been analyzed in this study.

Sodium hydroxide was used as the alkaline activator in the geopolymerization process. The geopolymer products were subjected to different solution contents (CS), molar concentrations (M), and varying temperatures to arrive at the formula that provides the best performance, both in the geopolymerization process and in the material's strength. This was followed by measuring other variables related to the practical application in building envelopes to determine a potential use for improving the thermal contributions of this material when applied constructively.

Additionally, by applying the Brazilian method for determining the optimization factor FO[1], it was concluded that the best result out of the 240 developed combinations was the one with: 12.5 M, 26% CS, and 150C. After achieving this first objective, the determination of its physical-mechanical and chemical-mineralogical properties and composition continued, comparing them with the closest existing standards for this type of material. It was concluded that for compressive strength, it meets the requirements, but for flexural strength, the obtained value is 15% below what the standard requires.

Once the optimal mix was determined, the fabrication of the tile-type brick (LTT) proceeded, including its physical and mechanical characterization and its geopolymerization behavior, to then analyze its application as a coating material in architectural envelopes. This phase was carried out using BIM tools (Archicad 24) and the EcoDesigner simulation software, following the process established in the ANSI/ASHRAE Standard 55, referred to as Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. This included analyzing indoor thermal environmental factors such as temperature, thermal radiation, humidity, wind speed, occupant activity, and clothing.

The new material used as cladding on the facades of Loja was evaluated in a case study on social housing, using a conventional construction system. The simulation, conducted with Climate Consultant 6.0, showed a reduction in heating demand (Heating Degree Days, HDD) by 26.7% and in cooling demand (Cooling Degree Days, CDD) by 15.7%. These results highlight the thermal efficiency of the material and suggest the potential for future research on its use, recycling, and application in construction.

RESUMEN

El ladrillo es el segundo material más utilizado en la construcción y este tiende a transformase rápidamente en escombros debido a su uso en construcciones, demoliciones, incluso por incumplimiento de requisitos técnicos básicos, lo que lo convierte en un material de descarte. En el caso de Ecuador no se ha industrializado en mayor medida su producción por lo que, las propiedades que estos presentan son altamente variables y deficientes. En el caso particular de la ciudad de Loja Ecuador, la mayoría de los ladrillos provienen de fábricas artesanales de las proximidades de la urbe. Con esta referencia, la presente investigación; tiene como objetivo generar una propuesta de material sostenible para la construcción; mediante procesos de geopolimerización, usando residuos de ladrillos de descarte, provenientes del sobrante de las ladrilleras artesanales donde se fabrica este tipo de material y que han sido analizadas en este estudio.

Para el proceso de geopolimerización se utilizó como activador alcalino, el hidróxido de sodio. Los productos geopoliméricos fueron sometidos a diferentes contenidos de solución (CS), concentraciones molares (M) y temperaturas diferentes, hasta llegar con la fórmula que permita tener el mejor comportamiento; tanto en el proceso de geopolimerización, como de resistencia del material, para luego continuar con la medición de otras variables relacionadas a la aplicación práctica en envolventes de edificaciones y determinar un posible uso para el mejoramiento de las aportaciones térmicas de este material aplicado constructivamente.

Además, aplicando el método brasileño para la determinación del factor de optimización FO[1]; se concluye que, el mejor resultado de las 240 combinaciones desarrolladas la de mejor comportamiento es aquella que tiene: 12.5 M, 26% CS, 150C . Cumplido este primer objetivo, se continúa en la determinación de sus propiedades físico mecánicas y químico mineralógicas, de su composición y se compara con la normativa más apegada existente para este tipo de materiales, concluyendo que, para el caso de la resistencia a la compresión, este cumple; y, para el caso de la resistencia a la flexión, el valor obtenido es un 15% inferior al que requiere la normativa.

Una vez determinada la mezcla óptima, se procede con la fabricación del ladrillo tipo tejuela (LTT), y su caracterización física, mecánica y de su comportamiento de geopolimerización, para luego analizar su aplicación como material de revestimiento en envolventes arquitectónicas. Esta fase se la realiza, aplicando herramientas BIM (Archicad 24) y el software de simulación EcoDesigner, mediante el proceso establecido en la norma ANSI/ASHRAE Estándar 55, referido a Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, en el que se consideran los factores ambientales térmicos interiores, mediante el análisis de las variables de temperatura, radiación térmica, humedad y velocidad del viento, actividad y vestimenta de sus ocupantes.

El nuevo material utilizado como revestimiento en las fachadas de Loja ha sido evaluado en un caso de estudio sobre vivienda de interés social, utilizando un sistema constructivo convencional. La simulación, realizada con Climate Consultant 6.0, mostró una reducción en la demanda de calefacción HDD (Heating Degree Days) del 26.7% y en la demanda de refrigeración CDD (Cooling Degree Days) del 15.7%. Estos resultados destacan la eficiencia térmica del material y sugieren la posibilidad de futuras investigaciones sobre su uso, reciclaje y aplicación en la construcción.