Efecto sinérgico del polvo de caucho y la nano-sílice en la estructura de poros y la resistencia a las heladas del hormigón

Por qué importa el hormigón agrietado en montañas frías

En muchas regiones de gran altitud, las presas, vertederos y centrales hidroeléctricas de hormigón se enfrentan a cientos de ciclos de congelación y descongelación cada año. El agua se infiltra en pequeños poros del hormigón, se congela, se expande y, poco a poco, abre brechas en el material. Los ingenieros suelen proteger estas estructuras mezclando aditivos que generan burbujas de aire protectoras, pero estos productos funcionan mal en grandes altitudes donde la presión atmosférica es baja. Este estudio explora una idea distinta: usar caucho finamente molido procedente de neumáticos desechados junto con polvo de sílice ultrafino para rediseñar los “espacios de respiración” internos del hormigón y mejorar su resistencia al frío extremo.

Convertir neumáticos fuera de uso en pequeños cojines de seguridad

Los investigadores se centraron en cómo dar espacio a la expansión del agua al congelarse sin que el hormigón se rompa. En lugar de depender únicamente de las tradicionales burbujas de aire, incorporaron polvo de caucho muy fino procedente de neumáticos descartados. En el hormigón endurecido, estos granos de caucho actúan como pequeñas bolsas flexibles —«poros sólidos»— que se comportan de manera similar a espacios vacíos. No soportan mucha carga, pero pueden deformarse y dejar espacio cuando se forma hielo. Las pruebas mostraron que, a medida que se añadía más polvo de caucho, aumentaba notablemente el volumen total de huecos internos, de forma parecida a lo que ocurre con los aditivos formadores de aire. Es importante que estos poros sólidos ayudaron a compactar las burbujas más cerca unas de otras, lo que reduce el esfuerzo generado cuando el agua en los poros se congela.

Ajustes finos con sílice de tamaño nanométrico

El caucho por sí solo presenta inconvenientes: puede reducir la resistencia del hormigón y generar cavidades grandes y perjudiciales. Para contrarrestarlo, el equipo añadió nano-sílice—partículas extremadamente pequeñas de dióxido de silicio. Estas partículas reaccionan con el cemento y rellenan huecos dentro de la pasta endurecida, especialmente los poros más grandes que debilitan el hormigón. Cuando la nano-sílice se combinó con el polvo de caucho, se redujo el número de poros grandes y la estructura evolucionó hacia muchos espacios pequeños y bien distribuidos. El contenido total de aire volvió a aproximarse al del hormigón convencional, pero una mayor proporción de los huecos restantes eran los útiles poros sólidos alrededor de los granos de caucho, en lugar de frágiles burbujas de aire.

Sometiendo el nuevo hormigón al castigo de congelación–descongelación

Para evaluar el comportamiento de este hormigón modificado en condiciones severas, los investigadores sometieron cubos de muestra a ciclos repetidos de congelación y descongelación mientras medían su resistencia y la estructura interna de poros. El hormigón ordinario perdió la mayor parte de su resistencia tras varias decenas de ciclos, porque sus poros se ensancharon y las grietas se propagaron. En contraste, el hormigón que contenía tanto polvo de caucho como nano-sílice conservó alrededor de cuatro quintas partes de su resistencia inicial incluso después de cien ciclos. Imágenes microscópicas mostraron que los poros sólidos basados en caucho y la pasta cementante densificada a su alrededor ayudaron a absorber y distribuir los esfuerzos causados por la formación de hielo, ralentizando el crecimiento de las grietas y manteniendo la red de poros más estable.

Cómo cambia la disposición interna de los poros con el tiempo

Mediciones detalladas revelaron que, en el hormigón estándar, muchos de los poros más pequeños se transformaban gradualmente en poros más grandes conforme avanzaban los ciclos de congelación y descongelación, facilitando que el agua y el hielo dañaran el material. En las mezclas con caucho y nano-sílice, este cambio fue mucho más débil: la proporción de poros pequeños disminuyó solo alrededor de la mitad que en la mezcla ordinaria, y el aumento de poros grandes y peligrosos fue solo una fracción del caso de control. El espaciado entre poros también cambió menos, por lo que el agua tuvo menos vías continuas para moverse y volver a congelarse. En esencia, la combinación inteligente de poros sólidos y una pasta más densa creó un paisaje interno más resiliente que resistió el deterioro a largo plazo.

Qué supone esto para las estructuras en regiones frías

Para el público no especialista, la conclusión es clara: sustituyendo parte de la arena por polvo de caucho procedente de neumáticos y añadiendo una pequeña cantidad de nano-sílice, los ingenieros pueden fabricar hormigón que pierde poca resistencia pero gana mucha durabilidad en climas de congelación. El caucho proporciona bolsillos flexibles que alivian la presión del hielo en expansión, mientras que la nano-sílice compacta la estructura para mantener a raya los grandes huecos perjudiciales. Dado que el caucho puede obtenerse de neumáticos reciclados localmente y la nano-sílice se usa en dosis reducidas, este método resulta práctico y respetuoso con el medio ambiente para proyectos remotos y de gran altitud. El estudio muestra una vía prometedora para mantener más seguros y duraderos los elementos críticos de hormigón donde los inviernos son más severos.

Cita: Feng, LY., Cao, HL., Shi, XW. et al. Synergistic effect of rubber powder and nano-silica on pore structure and frost resistance of concrete. Sci Rep 16, 11857 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36480-8

Palabras clave: hormigón resistente a las heladas, hormigón caucho, nano-sílice, durabilidad frente a ciclos de congelación–descongelación, reciclaje de neumáticos