Efectos del contenido de escoria de acero en el rendimiento del mortero activado por álcalis a base de ganga de carbón y escoria

Convertir residuos en edificios más fuertes y sostenibles

Las ciudades modernas dependen del hormigón y el mortero, pero la producción de cemento tradicional emite grandes cantidades de dióxido de carbono y los materiales resultantes pueden agrietarse y sufrir retracción con el tiempo. Este estudio explora una forma de abordar ambos problemas a la vez: recicla residuos industriales procedentes de la producción de carbón y acero en un nuevo tipo de mortero que no solo reduce las emisiones, sino que además resulta más resistente y menos propenso a la contracción y las grietas.

Por qué las grietas son un peligro oculto

Muchas alternativas ecológicas al cemento, conocidas en términos generales como materiales activados por álcalis, muestran una resistencia y durabilidad impresionantes. Sin embargo, a menudo presentan un inconveniente serio: se contraen más que el cemento Portland ordinario al secarse. Esa retracción puede abrir una red de microgrietas. Con el tiempo, esas grietas permiten la entrada de agua y sustancias corrosivas en muros y cimientos, comprometiendo la seguridad y la vida útil de las estructuras. Corregir este problema suele requerir aditivos especiales o condiciones de curado estrictas, lo que aumenta los costes y limita su uso generalizado.

Dar una segunda vida a los residuos del acero y el carbón

Los investigadores se centraron en tres subproductos polvorientos de la industria pesada: escoria de acero procedente de la siderurgia, ganga de carbón de la minería del carbón y escoria de alto horno molida de la producción de hierro. Estos materiales a menudo se acumulan en grandes montones, ocupando terreno y planteando riesgos ambientales. En este trabajo, la escoria de alto horno se mantuvo en la mitad del aglutinante total para asegurar una resistencia básica, mientras que la ganga de carbón se reemplazó gradualmente por escoria de acero en distintas cantidades. Con un líquido alcalino para activar el fraguado, estos polvos se mezclaron en un mortero, se moldearon en pequeños bloques y se ensayaron en fluidez, resistencia y retracción por secado, y se examinaron además mediante diversas microscopías y sondeos químicos.

Encontrar el punto óptimo para la escoria de acero

Los experimentos mostraron que añadir cierta cantidad de escoria de acero mejora la trabajabilidad del mortero fresco, facilitando su colocación en moldes, y aumenta de forma notable su resistencia con el tiempo. Cuando el 40% de la ganga de carbón fue sustituido por escoria de acero, la resistencia a compresión a 28 días aumentó cerca de un 42%, superando los 70 megapascales, mientras que la retracción por secado descendió casi un 29% en comparación con las mezclas sin escoria de acero. Por debajo de ese nivel, las mejoras fueron menores; por encima, el rendimiento empezó a decaer. Con un 50% de escoria de acero, el mortero perdió resistencia y dejó de reducir la retracción. Los autores atribuyen este empeoramiento a una carencia de silicio y aluminio reactivos, elementos esenciales para los geles cementantes que cohesionan el material.

Qué ocurre dentro del mortero endurecido

Para entender por qué el 40% de escoria de acero funcionó tan bien, el equipo examinó el mortero endurecido a escala microscópica. Encontraron que la escoria de acero modifica el desarrollo de la estructura interna con el tiempo. Al principio, ralentiza ligeramente la reacción, ayudando al material a retener agua y reduciendo el secado rápido. Más adelante, sin embargo, reacciona con mayor intensidad, aportando calcio al sistema. Esto da lugar a fases adicionales gelatinosas de unión y a abundantes cristales en forma de agujas llamados etringita. Estos productos atraviesan el material, llenan poros, unen partículas y resisten la deformación. Las medidas de tamaño de poro confirmaron que la mezcla óptima tenía menos poros de tamaño medio, los más responsables de la retracción, resultando en una red más densa y estable.

Del mortero de laboratorio al uso real

En términos sencillos, el estudio muestra que equilibrar cuidadosamente la escoria de acero en este mortero a base de residuos puede convertir un material ecológico propenso a agrietarse en otro más resistente y fiable. Sustituir alrededor del 40% por escoria de acero ofrece una combinación de alta resistencia, menor riesgo de grietas y mejor trabajabilidad, al tiempo que consume grandes cantidades de residuos industriales y evita la elevada huella de carbono del cemento convencional. Aunque el trabajo se centró en una ventana de 28 días, apunta a recetas prácticas para materiales de construcción más verdes que aprovechen mejor los desechos que la industria genera actualmente.

Cita: Huang, T., Xie, Q., Deng, J. et al. Effects of steel slag content on the performance of alkali-activated coal gangue-slag mortar. Sci Rep 16, 7993 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38962-1

Palabras clave: escoria de acero, hormigón ecológico, reciclaje de residuos industriales, retracción por secado, mortero activado por álcalis