Abordar el principal obstáculo para una adopción más amplia del hormigón sostenible
El hormigón es el material de construcción más empleado del mundo y el más utilizado después del agua. Se fabrica con cemento, y la producción de cemento contribuye aproximadamente al 8 % de las emisiones mundiales de CO2, al tiempo que requiere una cantidad de agua y recursos minerales naturales enorme. Encontrar una alternativa más respetuosa con el medio ambiente es una prioridad. El hormigón geopolimérico (GPC, por sus siglas en inglés) podría ser la respuesta, pero hay que investigar su comportamiento impredecible en caso de incendio. Con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA), el equipo del proyecto TemGPC caracterizó las propiedades térmicas y mecánicas del GPC en innumerables condiciones. Los resultados han sentado las bases para el diseño basado en el conocimiento de un GPC mejorado.
Hormigón geopolimérico frente al hormigón convencional
El cemento Portland se fabrica calentando piedra caliza y roca de aluminosilicato (como arcilla o lutita) en un horno rotatorio a temperaturas de hasta 1 500 °C. El agua se mezcla con el cemento en polvo, se añade arena para hacer mortero de cemento y se añaden áridos (rocas grandes) para hacer hormigón. En la producción del GPC se elimina la extracción de piedra caliza y el procesamiento a altas temperaturas, y se reduce la necesidad de agua. Esto se debe a que el hormigón geopolimérico se produce disolviendo materiales de aluminosilicato (procedentes de diversos subproductos o residuos industriales) en una solución activadora alcalina a temperatura moderada, lo que da lugar a la geopolimerización. Al igual que el hormigón de cemento Portland, el mortero geopolimérico y el GPC se producen añadiendo arena y árido grueso, respectivamente, a la mezcla de geopolímeros. A pesar de sus ventajas, el comportamiento del GPC en un incendio es impredecible y podría ser peligroso. El GPC es un material poroso. «La presión de los poros puede aumentar rápidamente al vaporizarse el agua atrapada en ellos. Esto puede provocar la rotura explosiva del hormigón (lo que se conoce como desprendimiento explosivo). Para mitigar el riesgo, es esencial comprender el comportamiento térmico y mecánico del GPC a temperaturas elevadas», explica Long-yuan Li, supervisor del proyecto de la Universidad de Plymouth.
Investigaciones experimentales y teóricas
Min Yu, beneficiaria de una beca de las MSCA, llevó a cabo una amplia investigación experimental y teórica del mortero geopolimérico y del GPC con y sin fibras de acero, en materiales descargados y precargados, y a diversas temperaturas elevadas y condiciones posteriores al incendio. A partir de las mediciones de la resistencia a la compresión, el módulo elástico, la deformación máxima, la ductilidad y la deformación térmica, Yu desarrolló ecuaciones constitutivas teóricas de tensión-deformación. Los estudios experimentales de la deformación transitoria sirvieron de base para un modelo teórico que la predice. Por último, «se desarrolló un modelo de análisis de elementos finitos para la transferencia de calor acoplada, la transferencia de masa y el análisis de tensiones termomecánicas utilizando COMSOL. Se utilizó el análisis numérico para reproducir los tipos de fallo de las muestras del mortero geopolimérico y el GPC observados tanto en las pruebas de estado estacionario como en las de estado transitorio», explica Yu.
Comportamiento ante el fuego potencialmente mejor que el hormigón de cemento Portland
Los datos experimentales de TemGPC son una referencia para el GPC. Sus modelos teóricos se pueden utilizar para predecir la resistencia al fuego del GPC, lo que apoya el diseño a prueba de incendios de las estructuras de hormigón fabricadas con GPC. Es importante destacar que «nuestras pruebas experimentales demostraron que el GPC tiene propiedades térmicas y mecánicas diferentes del hormigón de cemento Portland. Sin embargo, si se diseña y mezcla adecuadamente, el GPC podría tener mejor comportamiento ante el fuego que el hormigón de cemento Portland», resume Yu. Las ventajas medioambientales, la durabilidad y las características de rendimiento del GPC lo han convertido en una alternativa atractiva para la construcción sostenible, especialmente en entornos hostiles y agresivos. Las herramientas de TemGPC han resuelto un problema importante, lo que allana el camino para un hormigón geopolimérico nuevo y mejorado y un sector de la construcción más respetuoso con el medio ambiente.
Palabras clave
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