La relación entre los métodos de curado y las temperaturas de curado con la molaridad de NaOH y sus efectos en el comportamiento del hormigón geopolimérico

Hormigón más resistente y más ecológico para las estructuras de uso cotidiano

El hormigón está por todas partes: desde viviendas y puentes hasta aceras. Pero la fabricación del hormigón tradicional libera grandes cantidades de dióxido de carbono. Este estudio explora una alternativa denominada hormigón geopolimérico, que puede producirse a partir de subproductos industriales como cenizas volantes y escoria de alto horno. Los investigadores querían saber cuál es la mejor forma de «curar» este hormigón más ecológico —ya sea en un horno caliente o a temperatura ambiente— para que alcance la resistencia necesaria en edificaciones reales manteniendo bajo el consumo energético y el impacto ambiental.

Dos maneras de endurecer un nuevo tipo de hormigón

El equipo produjo numerosos lotes de hormigón geopolimérico empleando ceniza volante como ingrediente principal, arena natural y grava como áridos, y un líquido fuertemente alcalino basado en hidróxido de sodio y silicato de sodio. Algunas mezclas también incluyeron escoria granulada de alto horno molida, otro subproducto industrial rico en calcio. El hormigón fresco se endureció luego mediante dos enfoques distintos. En uno, las probetas se introdujeron en un horno a temperaturas entre 45 °C y 120 °C. En el otro, las mezclas que contenían escoria se dejaron simplemente curar en el laboratorio a unos 23 °C, similar a un ambiente interior típico. Esto permitió una comparación directa entre el tratamiento térmico intensivo en energía y el curado a temperatura ambiente de bajo consumo energético.

Encontrar el punto óptimo entre calor y química

Para las probetas curadas en horno, los investigadores midieron la carga que el hormigón podía soportar en compresión, flexión y tensión indirecta tras el curado. Encontraron un patrón claro: aumentar la temperatura del horno de 45 °C a 90 °C incrementó notablemente la resistencia, pero subir hasta 120 °C debilitó de nuevo el hormigón. Imágenes microscópicas revelaron la razón: el calor elevado acelera las reacciones químicas que cohesionan el material, pero demasiado calor evapora agua y genera microfisuras. La concentración de la solución alcalina también fue importante: usar una solución de hidróxido de sodio más concentrada (12 molar en lugar de 8 o 10) produjo las mayores resistencias, con valores de compresión en torno a 60–65 MPa a 90 °C, comparables con hormigones estructurales de alto rendimiento.

Hacer que el curado a temperatura ambiente funcione

El curado a temperatura ambiente es mucho más práctico en las obras, por lo que el equipo probó qué cantidad de escoria debía añadirse para ayudar al material a endurecer sin calor adicional. En condiciones ambientales, la resistencia dependió fuertemente tanto del contenido de escoria como de la concentración alcalina. Cantidades moderadas de escoria —típicamente alrededor del 10–15 % del ligante— hicieron el hormigón significativamente más resistente al generar gels adicionales de unión ricos en calcio, que rellenaron poros y produjeron una estructura interna más densa. Muy poca escoria llevó a un endurecimiento más lento, mientras que demasiado la diluía con respecto a la ceniza volante reactiva y reducía la trabajabilidad, provocando de nuevo una caída de resistencia. Aumentar la concentración de hidróxido de sodio de 8 a 12 molar incrementó de forma consistente la resistencia en todos los niveles de escoria, incluso sin curado en horno.

Lo que ocurre dentro del hormigón

Para ver lo que sucedía a escala microscópica, los investigadores emplearon imágenes de alta resolución y análisis químico. En las mezclas curadas a ambiente con escoria, la estructura interna apareció relativamente compacta, con una mezcla de distintas fases gelificadas que unían las partículas y dejaron pocos poros. En contraste, las muestras curadas en horno sin escoria mostraron redes muy densas de gel aluminosilicatado pero también más microfisuras cuando las temperaturas eran demasiado altas. Las mediciones elementales confirmaron estas diferencias: las mezclas con escoria contenían más calcio y formaron gels ricos en calcio adecuados para el endurecimiento a temperatura ambiente, mientras que las mezclas sin escoria curadas en horno dependían principalmente de gels aluminosilicatados basados en sodio que respondían fuertemente al calor.

Equilibrar resistencia, consumo de energía y sostenibilidad

Al reunir todos los datos, incluido el análisis estadístico, el estudio muestra que tanto el método de curado como la concentración alcalina influyen de forma notable en el rendimiento del hormigón geopolimérico. La mezcla más resistente se obtuvo con una solución de hidróxido de sodio a 12 molar y un curado a 90 °C. Sin embargo, una mezcla optimizada a temperatura ambiente con el mismo nivel alcalino y aproximadamente un 10 % de escoria alcanzó más de tres cuartas partes de esa resistencia —suficiente para muchos usos estructurales— sin necesidad de calentamiento externo. Para el público general, el mensaje es claro: afinando con cuidado la temperatura, la fuerza química y el contenido de escoria, los ingenieros pueden diseñar hormigones geopoliméricos lo bastante resistentes para la construcción real mientras reducen tanto el consumo de combustible como el impacto climático en comparación con el hormigón tradicional a base de cemento.

Cita: Özkılıç, Y.O., Mohamud, M.A., Yılmaz, F. et al. The relationship of curing methods and curing temperatures with NaOH molarity and their effects on the behavior of geopolymer concrete. Sci Rep 16, 8346 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39478-4

Palabras clave: hormigón geopolimérico, construcción baja en carbono, temperatura de curado, escoria de alto horno, materiales sostenibles