El análisis de alta tecnología conduce a un revolucionario aglutinante de hormigón
El cemento se utiliza principalmente como aglutinante en el hormigón, el material más utilizado a gran escala en el mundo, junto al agua. Sostiene literalmente nuestra vida diaria. Sin embargo, su fabricación consume ingentes recursos naturales y energéticos, además de generar hasta el 8 %(se abrirá en una nueva ventana) del total de las emisiones mundiales. Con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, el equipo del proyecto GeoDust(se abrirá en una nueva ventana) desarrolló una manera de producir hormigones alternativos utilizando subproductos de residuos de la producción de cemento, a la vez que se reduce la demanda de cemento y las emisiones relacionadas con la producción.
El polvo del horno de cemento como activador alcalino de un novedoso aglutinante de hormigón
El cemento Pórtland, el cemento más utilizado del mundo, se fabrica calentando materias primas a temperaturas superiores a los 1 400 °C. Una parte de los gases del horno se eliminan mediante un sistema de derivación para alargar la vida útil del horno y aumentar la calidad del producto. Tras su enfriamiento, permanece el polvo del horno de cemento (CBPD, por sus siglas en inglés). El CBPD contiene metales alcalinos, en concreto cloruro potásico, que lo convierte en un posible «activador» de los materiales activados alcalinamente. Dichos materiales, también denominados «geopolímeros», no son nuevos. Suelen crearse a partir de subproductos industriales (precursores), y su uso para producir materiales similares al cemento ha sido objeto de intensas investigaciones en los últimos decenios. Sin embargo, teniendo en cuenta la gran cantidad de precursores, activadores, dosis y condiciones de curado que se pueden utilizar, la consiguiente amplia gama de propiedades del producto no se ha caracterizado correctamente.
Caracterización de la cadena del CBPD a hormigón: desde la microestructura hasta el rendimiento macroscópico
El equipo utilizó metodologías de alta tecnología para caracterizar la complejidad del CBPD. Por ejemplo, el microscopio de barrido electrónico les permitió observar la composición química, la forma y el tamaño de la partícula (mediante un código de color según el elemento químico). La variabilidad, de un día a otro, de la composición del CBPD en la misma planta de cemento fue mayor a la prevista, lo cual generó una variabilidad significativa en cuanto a las propiedades del aglutinante. Uno de los motivos por los que el equipo eligió investigar el CBPD era su presunto potencial para minimizar la elevada contracción de los materiales activados alcalinamente. Los científicos se sorprendieron al descubrir cómo de sensible a la dosis de CBPD y a las condiciones de curado eran los cambios de volumen. En algunos casos, la expansión fue tan grande que destruyó el hormigón. «El proyecto GeoDust nos permitió comprender el papel del CBPD en los aglutinantes de escoria(se abrirá en una nueva ventana) activados alcalinamente. Obtuvimos información sobre fenómenos como reacciones químicas, microestructura y rendimiento macroscópico del hormigón resultante», explica Vlastimil Bílek, de la Universidad Tecnológica de Brno(se abrirá en una nueva ventana), entidad coordinadora del proyecto. Este proceso dio lugar al desarrollo satisfactorio de un aglutinante robusto. El equipo de GeoDust ha publicado sus resultados sobre el papel beneficioso del CBPD en el proceso de activación alcalina y sobre la capacidad de mitigación de la contracción de los aglutinantes activados alcalinamente. Además, también publicó resultados sobre la preparación de aglutinantes activados alcalinamente empleando materiales totalmente reciclados y la excelente durabilidad de los hormigones activados alcalinamente y basados en CBPD.
Los aglutinantes de hormigón sostenible y el legado para la humanidad
Tal como resume Bílek: «Puede ser que los aglutinantes inorgánicos no atraigan la atención del público, como la nanotecnología o la biomedicina, pero son omnipresentes, repercuten en nuestras vidas cotidianas y en el medio ambiente, además de ser difíciles de caracterizar. Nuestro proyecto ha aportado una pieza a este rompecabezas, al mejorar la sostenibilidad del hormigón». Bílek, que era estudiante de doctorado cuando se puso en marcha el proyecto, ahora posee un doctorado y está completando su primer proyecto de investigación, en el cual es el investigador principal. Además de los beneficios medioambientales y técnicos, GeoDust ha contribuido a la competitividad mundial de la industria y las universidades y los centros de investigación europeos mediante la formación de investigadores noveles, como Bílek.