El cemento es uno de los productos más utilizados en el mundo. Su invención supuso un hito para el desarrollo de la humanidad y ha propiciado unos avances comparables a los de la invención de la rueda o Internet. Sin embargo, también es de los más contaminantes. Ahora, la Universidad de Jaén (UJA) investiga una nueva generación de cementos de activación alcalina más ecológicos y fabricados con restos mineros y de la producción de metales.
Concretamente, el equipo de la UJA ha empleado escorias metálicas resultantes de la producción de acero, cobre y silocomanganeso. Con estos residuos han fabricado toda una gama de cementos con comportamientos dinámicos diferentes, en función de su composición, que pueden emplearse para la fabricación de estructuras así como en trabajos de la ingeniería civil en los que no se precisa una resistencia del material tan avanzada.
Qué ventajas tienen estos cementos ecológicos hechos con escorias mineras
El equipo de investigación del área de Ciencias de Materiales e Ingeniería Metalúrgica de la Universidad de Jaén ha fabricado unos cementes que reúnen unas propiedades mecánicas superiores a las del cemento convencional. Y su mayor ventaja radica en que se fabrican con un coste energético mucho más bajo que los convencionales o tipo portland.
La reacción química que hace posible estos cementos de activación alcalina se alcanza a temperatura muy cercana a la ambiente, de entre 20 y 80 grados, muy lejos de los 1.400 grados necesitados en el proceso de calcinación de las arcillas y la caliza empleadas para la producción del cemento tradicional.
Otra ventaja medioambiental de estos cementos de nueva generación viene por los materiales de los que están hechos. Se obtienen a partir de subproductos o residuos industriales. Así, se reduce la necesidad de extraer materias primas minerales y se minimiza el depósito de residuos a vertederos, que los acerca a una economía circular.
Cómo se fabrican estos cementos de nueva generación
Las propiedades de estos geopolímeros hechos con escorias metálicas y sus aplicaciones han sido descritas en un artículo publicado, en la revista Cement and Concrete Composites, por Dolores Eliche, Eulogio Castro, Sergio Bueno y Miguel Ángel Gómez. Dolores Eliche explica que los geopolímeros se obtienen de la interacción química a temperaturas próximas a la ambiente, entre un precursor, fuente de aluminosilicatos de origen natural o artificial y un activador alcalino.
En su ensayo, el equipo de la UJA ha empleado como precursor o fuente de aluminosilicatos escorias metálicas; y como activador alcalino, una disolución de hidróxido potásico 8M y silicato potásico. «En primer lugar, se prepara la solución activante de alto pH. A continuación, se mezclan las escorias y la solución alcalina en una mezcladora planetaria hasta obtener una mezcla homogénea. La pasta obtenida se vierte en los moldes de acero inoxidable que se someten a 60 golpes en una mesa de sacudidas para conseguir una mejor compactación del material», detalla Dolores Eliche.
Una vez realizado ese proceso, los moldes se colocan en una cámara climática unos 20 grados y 90 % de humedad relativa durante día. «Posteriormente, las pastas endurecidas se desmoldan y almacenan en la cámara climática en las mismas condiciones para continuar el curado hasta la edad de los ensayos, 1, 7, 28 y 90 días», añade la investigadora de la UJA.
Estos cementos ofrece unas propiedades mecánicas equiparables, o mejores, a los tipo portland. Incluso «presentan mayor durabilidad frente a ataques químicos y físicos, como los sulfatos y los ciclos de hielo-deshielo».
Qué variedades de cementos ecológicos ha diseñado la UJA
Los investigadores de la UJA han logrado fabricar varios tipos de cementos de activación alcalina, con propiedades diferentes, en función del tipo de escoria metálica empleada en su formulación, así como de las condiciones de activación, es decir, la relación líquido/sólido, temperatura y tiempo de curado, naturaleza y concentración del activador.
«En el estudio por ejemplo se consiguen resistencias a compresión de 51,5 Mega Pascales (MPa) y 30,5 MPa para los cementos que emplean como precursor escoras de cobre y escorias negras de acero de arco eléctrico, mientras que las resistencias a compresión de los cementos que emplean escorias de silicomanganeso y escorias blancas de acero de arco eléctrico son de 11,6 MPa y 4,6 MPa, respectivamente», aclara Dolores Eliche.
Cuáles son las aplicaciones de estos cementos
Las aplicaciones de estos cementos más ecológicos son variadas. Por ejemplo, los que se fabrican con escorias de cobre y escorias negras de acero, «que presentan buenas propiedades mecánicas», podrían emplearse en aplicaciones estructurales como en la fabricación de pavimentos y prefabricados de hormigón, construcción de estructuras, especialmente en entornos marinos y zonas industriales, en productos de aislamiento y protección contra incendios entre otros.
Los cementos que emplean como precursor escorias de silicomanganeso y escorias blancas de acero, «que presentan bajas propiedades mecánicas», podrían emplearse en aplicaciones no estructurales como revestimiento, revoco y enlucidos de las paredes, y como paneles y recubrimientos con propiedades de aislamiento térmico y acústico en edificaciones.
Un paso más hacia una construcción más sostenible
Dolores Eliche tiene claro que la transición hacia cementos más sostenibles, como estos de activación alcalina, «es un paso crucial en la construcción». Actualmente, la industria cementera es responsable de entre el 5 y el 7 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono. Este nivel de contaminación resulta totalmente inasumible por el planeta, de ahí que la búsqueda de un cemento más limpio se haya convertido en una prioridad a nivel internacional.
Sin embargo, para que estos cementos ecológicos desplacen al tipo portland se necesita superar una serie desafíos, como desarrollar «activadores alcalinos seguros y rentables, que además sean económicamente viables y más amigables con el medio ambiente», afirma Dolores Eliche.
Esta investigación de la UJA supone un paso más en esta línea de trabajo. Presenta una fórmula más sostenible para obtener cementos de calidad, que puedan incorporarse a la industria. Una manera de reducir la enorme huella de carbono de la construcción.
