El dilema de hundir carbono versus corrosión en el hormigón: conclusiones sobre mortero CSA–PC en edad temprana

Por qué fijar carbono en el hormigón no es tan sencillo

El hormigón es una de las mayores fuentes mundiales de dióxido de carbono, pero también puede volver a absorber CO2 con el tiempo. Una idea reciente es forzar deliberadamente CO2 adicional en el hormigón fresco para “fijarlo” y hasta mejorar la resistencia del material. Este estudio plantea una cuestión práctica crucial: si inyectamos agresivamente CO2 en una mezcla de cemento de bajo carbono y a edad temprana, ¿realmente ganamos durabilidad o estamos, silenciosamente, haciendo más probable que el acero de refuerzo se oxide?

El hormigón como esponja oculta de carbono

La sociedad moderna vierte alrededor de 30 000 millones de toneladas de hormigón cada año, y los materiales a base de cemento ya capturan cerca de un gigatonelada de CO2 anualmente al reaccionar lentamente con el aire. Los ingenieros están experimentando ahora con la “carbonatación forzada”, donde hormigón fresco o reciclado se expone a CO2 concentrado bajo presión. En esta etapa temprana el material sigue siendo bastante poroso, por lo que el gas puede penetrar con facilidad, acelerando las reacciones químicas que atrapan el CO2 como minerales carbonatados sólidos. Estas reacciones también pueden compactar los poros y aumentar la resistencia temprana, ofreciendo una vía atractiva hacia edificios e infraestructuras más verdes y más resistentes.

Una mezcla de cemento de bajo carbono bajo el microscopio

Los autores se centraron en un mortero híbrido compuesto por 75% de cemento sulfoaluminato de calcio (CSA) y 25% de cemento Portland ordinario. El CSA requiere menos energía y libera menos CO2 en su producción, pero además genera un entorno interno menos alcalino que el cemento estándar. Eso importa porque las armaduras de acero en el hormigón convencional están normalmente protegidas por una solución de poros muy alcalina que mantiene su superficie “pasiva” y resistente a la oxidación. En este trabajo, cilindros delgados de mortero, cada uno con una varilla de acero fina, se sometieron bien a ninguna carbonatación artificial o a 4, 24 o 72 horas de CO2 puro a alta presión cuando tenían solo un día de edad. Después, todos los testigos se curaron hasta 28 días y luego se expusieron a ciclos repetidos de inmersión en agua salada seguidos de secado durante 43 semanas para imitar ambientes agresivos ricos en cloruros.

Viendo cómo el acero pierde su escudo protector

A lo largo de la exposición, el equipo utilizó técnicas electroquímicas para seguir la salud del acero—midiendo su potencial de circuito abierto, la resistencia de polarización y la densidad de corriente de corrosión, que en conjunto indican cuán activamente se está disolviendo el metal. También midieron periódicamente el pH del mortero. Incluso antes de la agresiva exposición salina, el pH global en este mortero rico en CSA estaba por debajo del umbral convencional (alrededor de 11,5) necesario para una película pasiva robusta en el acero. A medida que procedían los ciclos húmedo–seco, el pH bajó aún más, especialmente en las muestras precarbonatadas. La corriente de corrosión en los morteros carbonatados aumentó rápidamente a valores aproximadamente diez veces superiores a los del testigo no carbonatado, correspondiendo a una tasa de corrosión “alta”. En otras palabras, aunque todas las barras estaban en riesgo, la carbonatación forzada a edad temprana empujó claramente al acero hacia un régimen de corrosión más severo.

Óxido que se extiende y rellena el hormigón

Para ver dónde y cómo se desarrolló el daño, los investigadores recurrieron a imágenes de alta resolución y análisis químico. La tomografía computarizada por rayos X proporcionó mapas 3D de las zonas llenas de óxido alrededor de las armaduras, mientras que la microscopía electrónica con retrodispersión y el mapeo elemental revelaron cómo los productos de corrosión ricos en hierro se habían desplazado hacia el mortero circundante. En las muestras no carbonatadas solo una capa delgada de óxido se adhería al acero, invadiendo el mortero apenas unas decenas de micrómetros. En contraste, los morteros carbonatados mostraron bandas de óxido mucho más gruesas e irregulares, con productos de corrosión penetrando hasta aproximadamente 2 milímetros en la matriz y formando racimos cuyo volumen medio se duplicó tras solo 4 horas de tratamiento temprano con CO2. La espectroscopía fotoelectrónica de rayos X confirmó que la superficie del acero en los especímenes carbonatados contenía más óxidos e hidróxidos de hierro de alto estado de oxidación y más agua ligada—firmas de una capa de óxido más gruesa y más activa, propensa a un ataque ulterior.

Un material más denso que, aun así, se corroe más rápido

Paradójicamente, la misma carbonatación que aceleró la corrosión también hizo la microestructura del mortero más densa. El análisis térmico y las mediciones de adsorción de nitrógeno mostraron que las regiones exteriores de los cilindros desarrollaron más carbonato cálcico y un desplazamiento de poros más grandes hacia micro- y mesoporos más finos, mientras que las regiones internas cercanas al acero se vieron alteradas tanto por la carbonatación como por el crecimiento hacia dentro y la migración hacia fuera del óxido. En conjunto, la red de poros se volvió más cerrada, lo que en principio debería ralentizar el movimiento de iones agresivos como los cloruros y limitar hasta dónde pueden propagarse los productos de corrosión. El estudio observó, de hecho, que al extender la carbonatación de 4 a 72 horas no se incrementó mucho el volumen total de óxido, sino que principalmente cambió su distribución—más zonas de óxido, menos profundas, en lugar de pocas grandes—porque los poros refinados dificultaban una mayor penetración.

Qué significa esto para un hormigón más ecológico

Para un lector no especializado, el mensaje clave es que inyectar CO2 extra en hormigón armado joven es una espada de doble filo. Ayuda a fijar carbono y reduce el tamaño y empaquetamiento de los poros internos del material. Sin embargo, en un sistema de baja alcalinidad como esta mezcla CSA–Portland, la carbonatación temprana profunda también elimina gran parte de la protección química que normalmente impide que el acero se oxide. El resultado es una iniciación de corrosión más frecuente y mayor propagación de óxido dentro del hormigón, incluso si la microestructura densa limita la profundidad a la que ese óxido puede llegar. Los autores concluyen que, aunque la carbonatación forzada a edad temprana tiene claras ventajas ambientales y mecánicas, puede comprometer seriamente la durabilidad a largo plazo de elementos armados a menos que la química y el diseño se controlen con mucho cuidado.

Cita: Qiang, Z., Yan, L., Yue, Q. et al. The carbon sinking-corrosion dilemma in concrete: insights from early-age CSA-PC mortar. npj Mater Degrad 10, 24 (2026). https://doi.org/10.1038/s41529-026-00737-4

Palabras clave: carbonatación del hormigón, corrosión del acero, cemento sulfoaluminato de calcio, secuestro de CO2, durabilidad del hormigón armado