Hacia la estandarización de la escoria de zinc como sustituto sostenible de árido fino en el hormigón

Por qué los residuos podrían ayudar a salvar nuestros ríos

La arena puede parecer inagotable, pero el boom de la construcción está despojando los lechos de los ríos y las costas a un ritmo asombroso. Al mismo tiempo, las fundiciones de metales de todo el mundo generan montañas de residuos industriales que son difíciles de reutilizar. Este estudio plantea una pregunta aparentemente simple con grandes implicaciones ambientales: ¿puede la escoria de zinc, un subproducto abundante del refinado de zinc, sustituir de forma segura y fiable a la arena natural en el hormigón, sin sacrificar resistencia, durabilidad ni seguridad?

De la arena de río a los residuos de la fábrica

El hormigón se compone de cemento, agua, áridos gruesos y, de forma crucial, granos finos como la arena. A medida que las ciudades se expanden, la demanda de arena se ha disparado, dañando ríos, deltas y ecosistemas costeros y encareciendo el material. Paralelamente, las plantas modernas de fundición de zinc, especialmente en países como Corea del Sur, generan grandes cantidades de escoria de zinc. Este material granulado está formado por gotas enfriadas y trituradas procedentes del proceso de fundición. Su tamaño, densidad y composición mineral sugieren que podría comportarse de forma muy parecida a la arena en el hormigón. Sin embargo, las normas en regiones importantes, incluida Corea, han ignorado hasta ahora la escoria de zinc, en gran parte por el temor a metales pesados y a la calidad inconsistente.

Un examen detenido de la propia escoria

Los investigadores empezaron tratando la escoria de zinc como si fuera un nuevo ingrediente en una receta que debe revisarse a fondo antes de incorporarlo a la mezcla. Midieron la densidad de las partículas, su absorción de agua, la distribución de tamaños y su aspecto al microscopio electrónico. También analizaron su composición elemental y estructura cristalina, y probaron la presencia de impurezas no deseadas como arcilla, polvo suelto, sales y fragmentos de coque. Finalmente, examinaron tanto el contenido total como el comportamiento de lixiviación de elementos peligrosos como el plomo, el cadmio y el arsénico para ver si alguno podía liberarse al medio ambiente.

La escoria resultó ser densa y bien graduada, con partículas que abarcan un rango de tamaños que se compactan de manera eficiente. Su absorción de agua fue muy baja —mucho menor que la de la arena natural—, lo que significa que no resta agua de amasado al hormigón fresco. Las imágenes al microscopio mostraron mayoritariamente granos angulosos, además de algunas esferas más lisas y redondeadas que pueden ayudar a que la mezcla fluya. Químicamente, la escoria se asemejaba a otras escorias industriales ya aceptadas en normas, y las pruebas de elementos nocivos y de lixiviación se situaron cómodamente dentro de los límites reglamentarios. En términos prácticos, el material se comportó como una arena manufacturada limpia y estable.

Cómo se comportó el hormigón hecho con escoria

Con esta información, el equipo produjo dos familias de hormigón: una mezcla de resistencia normal y otra de alta resistencia, ambas comunes en proyectos reales. Para cada una, reemplazaron la arena natural por escoria de zinc en niveles del 10 por ciento hasta el 100 por ciento en volumen. A continuación verificaron el comportamiento del hormigón fresco: cómo fluía, cuánta agua era necesaria para alcanzar una trabajabilidad estándar y cuánto aire quedaba atrapado en la mezcla, seguidos de ensayos sobre probetas endurecidas para determinar resistencia a compresión, retracción por secado y resistencia a la penetración de dióxido de carbono (un factor clave en la corrosión de las armaduras con el tiempo).

A medida que se añadió más escoria, el hormigón necesitó en realidad menos agua para alcanzar la misma consistencia, gracias a la baja absorción de la escoria y al efecto «cojinete de bolas» de sus granos redondeados. Las mezclas se mantuvieron estables, sin segregación visible de partículas pesadas. La resistencia a compresión no solo cumplió los objetivos de diseño, sino que a menudo mejoró: a los 28 días, el hormigón de resistencia normal con escoria fue hasta aproximadamente un 8 por ciento más resistente que el control con solo arena, y el hormigón de alta resistencia hasta alrededor de un 6 por ciento más. La retracción en 60 días se mantuvo en el mismo intervalo ajustado que el hormigón ordinario, y la profundidad de carbonatación tras una exposición acelerada al dióxido de carbono mostró prácticamente ningún cambio en todos los niveles de sustitución por escoria.

Seguridad, durabilidad y lo que implica para las normas

Para los organismos de normalización y los reguladores, la seguridad ambiental puede ser un obstáculo decisivo. Aquí, la escoria de zinc obtuvo buenos resultados. Los metales pesados estaban presentes solo en trazas, y las pruebas de lixiviación en condiciones normalizadas detectaron casi nada en el líquido circundante, aparte de pequeñas cantidades de boro muy por debajo de los límites prescritos. La escoria también mostró una reactividad insignificante con los álcalis del cemento, lo que significa que no debería desencadenar las expansiones lentas y dañinas que a veces se observan con áridos reactivos. En conjunto, estos resultados sugieren que, desde los puntos de vista estructural y ambiental, la escoria de zinc se comporta de forma muy similar a otras escorias metalúrgicas que ya están incluidas en los códigos de construcción.

Convertir residuos industriales en un recurso para la construcción

Para un público general, el mensaje clave es claro: este estudio concluye que la escoria de zinc, un material tratado habitualmente como residuo, puede sustituir de forma segura a la arena de río tanto en hormigón de uso cotidiano como en hormigón de alto rendimiento, sin debilitar las estructuras ni acortar su vida útil. En muchos casos, las mezclas con escoria son ligeramente más resistentes y requieren menos agua, manteniendo al mismo tiempo la retracción, el aire atrapado y la resistencia al dióxido de carbono dentro de límites aceptados. Dado que la escoria supera rigurosas pruebas de contenido de metales pesados y de lixiviación, no representa un riesgo de contaminación notable. Estos hallazgos proporcionan los datos sólidos necesarios para futuras actualizaciones de las normas de construcción, pudiendo convertir un problemático subproducto industrial en un ingrediente más sostenible y de uso habitual en el material de construcción más utilizado del mundo.

Cita: Yoon, J.C., Shivaprasad, K.N., Min, T.B. et al. Towards standardisation of zinc slag as a sustainable fine aggregate substitute in concrete. Sci Rep 16, 5961 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36155-4

Palabras clave: escoria de zinc, hormigón sostenible, reemplazo de arena, subproductos industriales, materiales de construcción