Incorporación de sol de nano-sílice catalizado por álcalis para mejorar la durabilidad de mortero de escoria activado con carbonato de sodio en ambientes agresivos

Por qué importa un hormigón más resistente y ecológico

Las ciudades modernas, los puentes y los puertos dependen del hormigón, pero el cemento tradicional tiene un alto coste climático y puede deteriorarse rápidamente en entornos duros como las zonas costeras y las regiones frías. Este estudio explora un aglutinante alternativo prometedor para el hormigón que produce menos dióxido de carbono pero que aún resiste el agua salada, las heladas y los químicos corrosivos. Al añadir un ingrediente especial de sílice de tamaño nanométrico a un nuevo tipo de mortero a base de escoria, los investigadores muestran cómo podríamos construir obras marinas e infraestructuras de mayor duración a la vez que aliviamos la carga sobre el planeta.

Un nuevo tipo de componente de construcción bajo en carbono

El hormigón corriente depende del cemento Portland, cuya producción representa una parte considerable de las emisiones globales de carbono. Una vía más ecológica usa subproductos industriales como la escoria granulada de alto horno, «activada» con químicos alcalinos para formar un aglutinante duro similar a la piedra. En este trabajo, el equipo se centró en mortero de escoria activado con carbonato de sodio, un químico comparativamente más respetuoso con el clima y de bajo coste que además reduce la retracción y el agrietamiento. El inconveniente es que este mortero activado con carbonato de sodio tiende a tener una estructura interna más porosa, lo que lo hace vulnerable al ataque de sales, agua y ciclos de congelación y deshielo, condiciones comunes en ambientes marinos y viales.

Cómo ayudan las diminutas gotas de sílice

Para abordar esta debilidad, los investigadores añadieron cantidades variables de sol de nano-sílice catalizado por álcalis, un fluido que contiene partículas de sílice ultrafinas bien dispersas. A diferencia del polvo seco de nano-sílice, este sol se distribuye de forma uniforme en el mortero fresco. Durante el fraguado, la nano-sílice reacciona con el calcio liberado por la escoria para formar gel aglutinante adicional, mientras que las partículas sobrantes rellenan huecos. El equipo preparó morteros con distintos contenidos de nano-sílice y luego midió la alcalinidad superficial, la absorción de agua, la resistencia a la congelación y la facilidad con la que iones dañinos de sulfato y cloruro podían penetrar. Se emplearon imágenes microscópicas, difracción de rayos X y mediciones del tamaño de poro para ver lo que ocurría dentro del material.

Resistencia al agua, la sal y el hielo

En todas las pruebas, los morteros que contenían sol de nano-sílice superaron claramente al material de control. La nano-sílice añadida redujo la alcalinidad superficial, disminuyó la porosidad global y cortó la absorción capilar de agua, lo que significa que menos agua pudo filtrarse. Bajo ciclos repetidos de congelación y deshielo, las mezclas con mayores contenidos de nano-sílice perdieron menos masa y conservaron más resistencia, y sus superficies mostraron muchas menos escamas y grietas. Cuando se expusieron durante muchos meses a soluciones de sulfato de sodio y magnesio —químicos que atacan comúnmente el hormigón en suelos y agua de mar—, los morteros con aproximadamente un 8 % de nano-sílice sufrieron pérdidas de resistencia mucho menores, con daños por el más agresivo sulfato de magnesio notablemente reducidos. En ensayos que simularon ciclos de humedecimiento y secado en agua salada y penetración directa de cloruros, los morteros ricos en nano-sílice volvieron a resistir mucho mejor la entrada de iones, mostrando profundidades de penetración y tasas de migración que se redujeron en más de la mitad en comparación con la versión sin tratar.

Qué cambia dentro del material

Las imágenes y los análisis estructurales revelaron por qué se producen estas mejoras en el rendimiento. El sol de nano-sílice condujo a una red interna más densa, con muchos poros grandes y medianos convertidos en poros de gel mucho más finos y con menos de ellos formando vías continuas. Esta microestructura refinada dificultó físicamente que el agua y los iones agresivos se movieran a través del mortero. Al mismo tiempo, la sílice añadida favoreció la formación de geles aglutinantes más extensos y estables que entrelazaron los granos de escoria en un esqueleto tridimensional. La cantidad de cristales expansivos que causan grietas, como etringita, yeso, brucita y sales que contienen cloruro, fue menor en las mezclas con nano-sílice, porque menos iones pudieron entrar y más quedaron atrapados de forma inofensiva en las superficies de los geles y las nanopartículas.

Qué significa esto para la construcción futura

Para un público no especializado, la conclusión es que gotas diminutas y bien dispersas de sílice pueden transformar un mortero relativamente frágil y poroso de bajo carbono en un material más resistente y compactado que resiste mejor los entornos agresivos. Al refinar la red de poros y estabilizar el gel interno, el sol de nano-sílice catalizado por álcalis mejora notablemente la resistencia al agua, la sal y los daños por congelación, siendo una adición alrededor del 8 % la que ofreció los mejores resultados globales en este estudio. Este enfoque ofrece una vía práctica y de bajo coste hacia morteros y hormigones más duraderos y respetuosos con el medio ambiente para estructuras marinas, carreteras y otras infraestructuras expuestas a condiciones agresivas.

Cita: Zheng, X., Hu, Z., Liu, H. et al. Incorporating alkali-catalyzed nano-silica sol to enhance the durability of sodium carbonate-activated slag mortar in aggressive environments. npj Mater Degrad 10, 52 (2026). https://doi.org/10.1038/s41529-026-00763-2

Palabras clave: escoria activada alcalinamente, sol de nano-sílice, durabilidad del hormigón, ataque por sulfatos y cloruros, construcción baja en carbono