Optimización de proporciones de mezcla y estudio de hidratación del hormigón de alta resistencia que incorpora ceniza de tallos de maíz y humo de sílice como materiales cementantes suplementarios

Convertir los residuos agrícolas en ciudades más fuertes

Cada año, se queman o desechan montañas de restos de cultivos, mientras que la producción del cemento que mantiene unidos nuestros edificios emite grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera. Este estudio explora una forma de abordar ambos problemas a la vez: moler la ceniza procedente de tallos de maíz descartados y mezclarla con un polvo industrial muy fino llamado humo de sílice para crear un hormigón de alta resistencia que sea duradero y cuya producción sea significativamente más limpia.

Por qué el hormigón tradicional necesita una renovación

El hormigón es la columna vertebral de la construcción moderna, desde puentes y rascacielos hasta aceras y presas. Pero su ingrediente clave, el cemento, es una de las principales fuentes industriales de emisiones de carbono del mundo porque su fabricación requiere calentar la piedra caliza a temperaturas muy altas. Al mismo tiempo, la agricultura genera enormes cantidades de residuos—como los tallos de maíz—que a menudo se queman en campo abierto, añadiendo más contaminación y desaprovechando material potencialmente útil. Los investigadores sospechan desde hace tiempo que ciertas cenizas de cultivos podrían sustituir parte del cemento, pero no estaba claro hasta qué punto puede hacerse esa sustitución manteniendo un hormigón de muy alta resistencia adecuado para estructuras exigentes.

Construir hormigón a partir de tallos de maíz

En este trabajo, el equipo quemó tallos de maíz a temperaturas controladas para obtener una ceniza fina y rica en sílice y la combinó con humo de sílice, otro subproducto industrial muy fino. En conjunto, estos polvos reemplazaron el 20% del cemento habitual en hormigón de alta resistencia. Los investigadores variaron sistemáticamente tres factores: cuánto de ese 20% era ceniza de tallo de maíz, cuánta agua se añadía en relación con los aglutinantes y cuánta arena se empleaba. Usando un plan de ensayos estructurado, produjeron dieciséis recetas diferentes de hormigón, colaron cubos pequeños y midieron la presión que cada cubo podía soportar después de 7 días y tras 28 días de curado.

Encontrar el punto óptimo para la resistencia

Los experimentos revelaron que no todas las combinaciones son iguales. La mezcla más fuerte alcanzó una impresionante resistencia a la compresión a 28 días de aproximadamente 110 megapascales—varias veces más resistente que el hormigón estructural típico. Esta receta de mejor rendimiento usó un 15% de ceniza de tallo de maíz dentro del 20% de sustitución, un contenido de agua relativamente bajo y un contenido de arena bastante alto. Cuando la ceniza de tallo de maíz se elevó hasta el 20% sin humo de sílice, el hormigón se debilitó notablemente, lo que muestra que la ceniza funciona mejor en asociación con el humo de sílice que por sí sola. Un análisis cuidadoso indicó que, en edades tempranas, la cantidad de agua tuvo el mayor efecto sobre la resistencia, mientras que a edades más avanzadas el contenido de arena y el nivel de sustitución por ceniza cobraron mayor importancia.

Mirando dentro del hormigón

Para entender por qué algunas mezclas eran más fuertes, el equipo examinó la estructura interna del hormigón usando microscopios electrónicos y técnicas de rayos X. Al principio, el material contenía muchos poros y relativamente pocos productos de enlace. A medida que continuó el curado, la sílice reactiva de la ceniza de tallo de maíz y del humo de sílice desencadenó reacciones “secundarias” con compuestos de calcio liberados por el cemento. Estas reacciones produjeron minerales gelificados adicionales que llenaron los poros con mayor densidad, uniendo la arena, los áridos y las partículas de cemento de forma más compacta. Tras 28 días, el espacio poroso se redujo drásticamente, la estructura interna se volvió más densa y lisa, y la resistencia medida aumentó en consecuencia. Las fibras de acero mezcladas en el hormigón contribuyeron además a que la rotura fuera más gradual y dúctil en lugar de producirse de forma súbita y catastrófica.

Hormigón más limpio para un futuro con menos carbono

Al reemplazar una quinta parte del cemento con ceniza de tallo de maíz y humo de sílice, la mezcla de hormigón optimizada redujo las emisiones de carbono del aglutinante en casi una quinta parte en comparación con el cemento ordinario, al tiempo que aún ofrecía una resistencia muy elevada. En términos sencillos, el estudio muestra que los residuos agrícolas que antes se consideraban basura pueden convertirse en un ingrediente valioso para hormigones robustos y duraderos, aliviando la carga ambiental tanto de la agricultura como de la construcción. Si se adoptaran ampliamente, este tipo de mezclas podría ayudar a que las ciudades crezcan hacia arriba y hacia afuera mientras pisan la Tierra con más ligereza.

Cita: Wang, R., Chen, Y., Wei, G. et al. Optimization of mix proportions and hydration study of high-strength concrete incorporating corn stalk ash and silica fume as supplementary cementitious materials. Sci Rep 16, 8318 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39419-1

Palabras clave: hormigón sostenible, ceniza de tallos de maíz, hormigón de alta resistencia, materiales cementantes suplementarios, construcción baja en carbono