Influencia de la ceniza de lodos de papelera en las propiedades mecánicas, microestructurales y de durabilidad de un geocemento a base de metacaolín

Convertir los residuos de papel en hormigón más resistente

Las ciudades modernas se construyen con hormigón, pero el cemento tradicional tiene un alto coste ambiental, liberando grandes cantidades de dióxido de carbono durante su producción. Al mismo tiempo, las papeleras generan montañas de residuos que con frecuencia acaban en vertederos. Este estudio explora una forma de abordar ambos problemas a la vez: utilizar la ceniza de los lodos de papelera para ayudar a fabricar un nuevo tipo de hormigón bajo en carbono, llamado «geocemento», que en el futuro podría sustituir al cemento ordinario en edificios e infraestructuras.

Un nuevo tipo de material de construcción

En lugar de depender del cemento, el geocemento se fabrica activando minerales ricos en sílice y aluminio con una solución fuertemente alcalina, formando un material endurecido similar a la piedra. En este trabajo, los investigadores emplearon metacaolín, una arcilla refinada, como ingrediente principal y lo reemplazaron parcialmente con ceniza de lodos de papelera. La ceniza procede de la combustión a alta temperatura de los lodos de la industria papelera y contiene abundante calcio, junto con sílice y aluminio. Se prepararon ocho mezclas diferentes, con la ceniza sustituyendo entre el 5% y el 20% del metacaolín y con dos niveles distintos de activador alcalino, para ver cómo estos cambios afectaban a la resistencia y la durabilidad bajo curado a temperatura ambiente.

Cómo se comportó el hormigón de ensayo

El equipo evaluó el hormigón en tres tipos clave de resistencia mecánica: carga soportada a compresión, tracción y flexión. Midieron estas propiedades tras 7, 28 y 90 días de curado. En general, las mezclas que contenían 10% de ceniza de papelera superaron a las demás. Para ambos niveles de activador alcalino, esta mezcla al 10% produjo resistencias a compresión, tracción y flexión superiores a las de las mezclas sin ceniza o con mayor contenido de ceniza. Cuando el porcentaje de ceniza se aumentó al 15% o 20%, la resistencia comenzó a disminuir bruscamente, mostrando que existe un punto óptimo claro en lugar de una relación «más es mejor».

Mirando en el interior del material

Para entender por qué el 10% de ceniza funcionaba mejor, los investigadores examinaron el geocemento endurecido con un microscopio electrónico de barrido. En las mezclas más exitosas, las imágenes mostraron una estructura interna densa y compacta, con pocos poros visibles. Los minerales habían reaccionado para formar fases gelificadas entrelazadas que unen las partículas y rellenan los vacíos. En las mezclas con exceso de ceniza, la estructura interna parecía más porosa, con menos de estos gels aglutinantes. Esto sugiere que la química dejó de estar bien equilibrada: el exceso de ceniza cambió la relación de elementos clave de modo que no todo el material pudo reaccionar y integrarse en la red, dejando zonas débiles.

Resistencia al agua y a la sal

La resistencia por sí sola no basta para un material de construcción duradero. Las estructuras también deben resistir al agua y a las sales cloruradas, que pueden penetrar el hormigón y corroer las armaduras de acero. El equipo empleó ensayos estándar para medir la facilidad con la que los iones cloruro podían atravesar el geocemento, así como la cantidad de agua que absorbía y su porosidad. De nuevo, las mezclas con 10% de ceniza fueron las mejores. Dejaron pasar menos carga eléctrica en la prueba de cloruros, absorbieron menos agua y mostraron una porosidad global menor que las demás mezclas. Las mezclas con mayor contenido de ceniza resultaron más abiertas y absorbentes, lo que las hace menos aptas para construcciones duraderas en ambientes agresivos.

Qué significa esto para la construcción futura

En resumen, el estudio concluye que reemplazar el 10% del metacaolín por ceniza de lodos de papelera en geocemento puede producir bloques similares al hormigón que son más resistentes y duraderos que las mezclas sin ceniza, a la vez que reduce la dependencia del cemento tradicional. El equilibrio adecuado de ingredientes crea una red interna densa que resiste la fisuración, el agua y el ataque salino. Dado que el material puede curarse a temperatura ambiente y utiliza un subproducto industrial, ofrece una vía prometedora hacia una construcción de menor carbono y uso eficiente de recursos, siempre que la producción y el manejo puedan escalarse de forma segura y económica.

Cita: Yuvaraj, K., Arunvivek, G.K., Kumar, P. et al. Influence of paper mill sludge ash on mechanical, microstructural and durability properties of metakaolin based geocrete. Sci Rep 16, 6109 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37581-0

Palabras clave: hormigón geopolymero, ceniza de lodos de papelera, construcción baja en carbono, metacaolín, durabilidad del hormigón