Utilización del polvo de cantera de cuarzo como reemplazo parcial sostenible de la arena en mortero cementoso

Convertir el polvo de piedra en un recurso constructivo

Las ciudades modernas funcionan gracias a la arena. Es un ingrediente clave en el hormigón y el mortero que mantienen unidos nuestros edificios, puentes y carreteras. Pero el mundo se enfrenta a una escasez de arena, y extraerla de los ríos está dañando los ecosistemas. Este estudio explora una idea atractiva: ¿podemos convertir el polvo de cantera de cuarzo —un finísimo polvo que habitualmente se considera residuo industrial— en un ingrediente útil que reemplace parte de la arena en el mortero cementoso común?

De la pila de desechos al material útil

El polvo de cantera de cuarzo se forma cuando se trituran y cortan bloques de roca rica en cuarzo. En lugar de ser desechado, el polvo podría convertirse en materia prima. Los investigadores recogieron arena fluvial natural y polvo de cuarzo de canteras en Tanzania y midieron cuidadosamente su tamaño, forma y composición química. Las pruebas confirmaron que el polvo es casi cuarzo puro (aproximadamente 99,6 % de sílice), con muy pocas impurezas y sin minerales reactivos que pudieran provocar que el mortero se agriete o se hinche más adelante. Bajo el microscopio electrónico, las partículas de polvo parecían afiladas, angulosas y rugosas, muy diferentes de los granos más lisos de la arena fluvial. Estos bordes rugosos, aunque exigen más agua de amasado, pueden ayudar a que las partículas se anclen firmemente en la pasta cementosa.

Diseñando un mortero más fuerte y más ecológico

Para ver cuánto polvo de cantera se podía usar sin perjudicar el rendimiento, el equipo preparó una serie de mezclas de mortero. Todas contenían la misma cantidad de cemento y agua, pero la arena se fue reemplazando progresivamente por 0 %, 5 %, 10 %, 15 % o 20 % de polvo de cuarzo en peso. Las mezclas se moldearon en pequeños cubos y se curaron en agua hasta 28 días; luego se ensayaron para evaluar su trabajabilidad en fresco, la densidad en estado endurecido, la absorción de agua y la resistencia a la compresión antes de romperse. Imágenes microscópicas del mortero endurecido ayudaron a vincular lo que ocurría a escala microscópica con el comportamiento observable del material.

Encontrando el punto óptimo

A medida que se añadía más polvo, el mortero fresco se volvió visiblemente más rígido: el asentamiento, una medida estándar de fluidez, descendió de unos 74 milímetros sin polvo a aproximadamente 56 milímetros con un 20 % de polvo. Sin embargo, hasta un reemplazo del 15 % los operarios todavía considerarían la mezcla utilizable. La verdadera sorpresa llegó en la resistencia y la durabilidad. Cuando se sustituyó el 10 % de la arena por polvo de cantera, la resistencia a la compresión a 28 días subió de 10,8 megapascales en la mezcla de referencia a 18,5 megapascales —aproximadamente un aumento del 70 %, dentro del rango típico para morteros estructurales. La absorción de agua, un indicio de cuán poroso y por tanto vulnerable es un material, cayó del 6,4 % al 5,7 % en ese mismo nivel del 10 %. Más allá del 10 %, los beneficios desaparecieron: contenidos mayores de polvo empezaron a introducir huecos adicionales y a perturbar el contacto fluido entre cemento y arena, provocando una ligera caída de la resistencia y un nuevo aumento de la absorción.

Qué ocurre dentro de la mezcla

Las imágenes al microscopio del mortero endurecido revelaron por qué el 10 % de polvo de cantera funcionó tan bien. En la mezcla normal con solo arena fluvial, la estructura mostraba más espacios vacíos y una red de cemento endurecido más laxa. Cuando se añadió una cantidad moderada de polvo de cuarzo, sus finos granos angulosos se acomodaron entre las partículas de arena, llenando huecos y ayudando a crear una red más continua, semejante a una masa rocosa de productos cementosos. En torno al 10 % de reemplazo, esta estructura interna se mostró más compacta y uniforme, con menos poros visibles y mejor contacto entre partículas. Al usar aún más polvo, los granos afilados empezaron a agruparse y no quedaron completamente recubiertos por la pasta, produciendo puntos débiles y huecos dispersos que minaron las mejoras.

Qué significa esto para la construcción cotidiana

Para el público no especializado, la conclusión es sencilla: una pequeña dosis de polvo de cantera —alrededor de una décima parte de la arena en una mezcla de mortero estándar— puede hacer el material más resistente y ligeramente menos absorbente, al tiempo que reutiliza un residuo y reduce la presión sobre las reservas de arena fluvial. Si se supera ese porcentaje, la mezcla se vuelve más difícil de trabajar y los beneficios disminuyen. Aunque aún hacen falta ensayos de campo a largo plazo y estudios de durabilidad, esta investigación muestra una vía práctica para convertir un subproducto polvoriento en un ingrediente fiable para una construcción más verde y eficiente en recursos.

Cita: Ngayakamo, B.H., Ikotun, B.D. Utilization of quartz quarry dust as a sustainable partial sand replacement in cement mortar. Sci Rep 16, 7031 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37993-y

Palabras clave: construcción sostenible, mortero cementoso, polvo de cantera, reemplazo de arena, cuarzo