Producción de hormigón geopolymer utilizando ceniza de estanque sin procesar como árido fino y ceniza de estanque molida como aglutinante

Convertir los residuos de centrales eléctricas en un recurso para la construcción

Las centrales térmicas alimentadas con carbón dejan enormes montañas de ceniza que con frecuencia se conducen por tuberías a grandes estanques y quedan allí durante años. Estas lagunas de ceniza ocupan terreno, filtran contaminantes y representan un recurso enorme y poco aprovechado. Este estudio explora si esa ceniza de estanque puede transformarse en un ingrediente clave de un hormigón más respetuoso con el clima, reduciendo potencialmente las emisiones de carbono mientras se limpia un residuo industrial persistente.

De las lagunas de ceniza al nuevo hormigón

La ceniza de carbón almacenada en estanques es una mezcla de partículas finas y gruesas que han estado empapadas en agua durante largos periodos. Los autores denominan el material extraído directamente de estos estanques «ceniza de estanque sin procesar» y examinan dos vías para usarla en hormigón geopolymer, un tipo de hormigón que se apoya en subproductos industriales en lugar del cemento tradicional. Primero, reemplazan la arena natural normalmente usada en el hormigón por ceniza de estanque sin procesar, en incrementos desde una pequeña fracción hasta el 100 por ciento. Segundo, muelen mecánicamente parte de la ceniza de estanque hasta obtener un polvo más fino, denominado ceniza de estanque molida, y la usan para sustituir parcial o totalmente la ceniza volante, un aglutinante común en las mezclas geopolymer.

Diseñando una mezcla más verde

En todas las mezclas, el «pegamento» aglutinante se forma activando polvos aluminosilicatados con una solución de hidróxido de sodio y silicato de sodio, mientras que una proporción fija de escoria de alto horno aporta calcio adicional para acelerar el fraguado. Los investigadores prepararon numerosos lotes de hormigón, variando cuánto de la arena natural se sustituyó por ceniza de estanque sin procesar y cuánto del aglutinante de ceniza volante fue reemplazado por su equivalente molido. A continuación curaron las probetas a temperatura ambiente, evitando el curado térmico intensivo en energía que a menudo se asocia con los geopolímeros, y midieron la trabajabilidad del hormigón fresco, la resistencia a lo largo del tiempo y su comportamiento frente a exposiciones químicas agresivas.

Resistencia con menos arena natural

El reemplazo de la arena natural por ceniza de estanque sin procesar hizo que el hormigón fresco fuera más rígido y más difícil de manejar, principalmente porque las partículas de ceniza son muy porosas y mucho más finas que la arena convencional, absorbiendo más líquido. Sin embargo, el impacto en la resistencia fue sorprendentemente moderado: incluso cuando la ceniza de estanque sustituyó completamente a la arena natural, la resistencia a compresión a 28 días disminuyó solo alrededor de un 7 por ciento y alcanzó aproximadamente 40 megapascales tras un curado más prolongado, lo cual es suficiente para muchas aplicaciones estructurales. Los análisis microscópicos e infrarrojos revelaron que la ceniza de estanque no es totalmente inerte; sus componentes reactivos se incorporan a la red geopolymer con el tiempo, rellenando poros y ayudando al hormigón a seguir ganando resistencia entre los 28 y los 56 días.

Molido de la ceniza y enfrentando condiciones agresivas

Moldear la ceniza de estanque hasta convertirla en un polvo más fino aumentó su contenido de sílice reactiva, pero aún así quedó por detrás de la ceniza volante convencional como aglutinante. Cuando la ceniza volante se sustituyó progresivamente por ceniza de estanque molida, las resistencias a edades tempranas se mantuvieron similares porque el componente de escoria dominó la reacción inicial. A edades mayores, sin embargo, las mezclas con más ceniza de estanque molida desarrollaron una resistencia ligeramente inferior y una estructura interna algo más gruesa. Las pruebas de durabilidad contaron una historia matizada: todos los hormigones geopolymer mostraron mayor resistencia al ácido sulfúrico que el hormigón con cemento ordinario, que sufrió importantes pérdidas de masa y resistencia debido a la formación de yeso y otros productos expansivos. No obstante, en una prueba de permeabilidad a iones cloruro, el hormigón con cemento ordinario fue el que mejor se comportó; las mezclas geopolymer —especialmente las ricas en ceniza de estanque molida— mostraron una permeabilidad moderada.

Qué significa esto para la construcción futura

Para un público no especializado, la conclusión principal es que gran parte de la ceniza que languidece en las lagunas de las centrales eléctricas puede convertirse en un ingrediente útil para un hormigón más ecológico. Usando ceniza de estanque sin procesar como la totalidad del árido fino y ceniza de estanque molida como parte del aglutinante, los investigadores produjeron un hormigón geopolymer curado a temperatura ambiente con resistencia estructural moderada, con hasta aproximadamente un 37 por ciento de sus ingredientes sólidos procedentes de este residuo. Es menos trabajable y algo más permeable a las sales que el hormigón estándar, pero resiste mucho mejor los ambientes ácidos, lo que lo hace prometedor para suelos industriales o tuberías de saneamiento. Con refinamientos adicionales —como aditivos más reactivos y activadores secos más seguros y fáciles de manejar— este enfoque podría ayudar a convertir un gran problema de contaminación en un valioso recurso para la construcción.

Cita: Vidyadhara, V., Gowda, T.S. & Ranganath, R.V. Geopolymer concrete production by utilizing unprocessed pond ash as fine aggregate and ground pond ash as binder. Sci Rep 16, 9041 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38814-y

Palabras clave: hormigón geopolymer, ceniza de estanque, reutilización de cenizas de carbón, construcción sostenible, hormigón resistente a ácidos