Optimización del tamaño de las partículas de cemento para aumentar la resistencia y reducir el CO₂ en morteros ligeros

Por qué importan los granos de cemento para el clima y la construcción

Desde puentes hasta bloques de viviendas, la vida moderna depende en gran medida del cemento. Sin embargo, fabricar cemento es una de las mayores fuentes industriales de dióxido de carbono. Este estudio explora una palanca sorprendentemente simple para construir estructuras más fuertes y ligeras con una menor huella de carbono: cambiar la finura de los granos de cemento, no mediante un molido intensivo, sino principalmente tamizando las partículas más gruesas. El trabajo muestra cómo ajustar el tamaño de los granos puede aumentar la resistencia, alterar el comportamiento de fisuración y reducir las emisiones por unidad de resistencia en morteros ligeros empleados para elementos más delgados y ligeros.

Granos más pequeños, mezclas más ligeras y necesidades habituales de la edificación

Los autores se centran en los “morteros ligeros”, en los que parte de la arena pesada se sustituye por grava expandida (arcilla expandida). Estas mezclas ayudan a reducir el peso de muros y losas, lo que resulta atractivo para edificios altos y reformas. Sin embargo, las mezclas más ligeras a menudo requieren más cemento para alcanzar la misma resistencia, lo que aumenta tanto el coste como las emisiones. Para abordar esto, el equipo comparó tres versiones del mismo cemento Portland: una mezcla normal, un cemento “fino” tamizado para eliminar partículas por encima de 50 micrómetros, y un cemento “superfino” con solo partículas por debajo de 25 micrómetros. Es importante destacar que no molieron el cemento adicionalmente —un proceso que consume mucha energía— sino que eliminaron selectivamente los mayores aglomerados mediante cribado.

Qué hace el cemento más fino en el mortero fresco y endurecido

En el laboratorio, los investigadores mezclaron cuatro morteros: un mortero denso estándar, una versión ligera y dos versiones ligeras elaboradas con los cementos fino y superfino. Mantuvieron el contenido de agua y los aditivos químicos esencialmente constantes para que solo el tamaño de partícula variara el comportamiento. A medida que el cemento se hacía más fino, las mezclas frescas fluían con mayor facilidad y se volvían algo más densas, señal de un mejor empaquetamiento entre granos. Tras el endurecimiento, la resistencia a compresión —la capacidad de soportar esfuerzos de tracción— aumentó de forma notable: las mezclas con cemento fino y superfino ganaron hasta un 40–45% más de resistencia a los tres días y un 15–21% más a los siete días en comparación con el mortero ligero sin tamizar. El intercambio fue una reducción moderada de la resistencia a la flexión y un incremento de la retracción, ambos relacionados con una estructura interna más rígida y frágil y una mayor tendencia a la fisuración fina.

Escudriñar el interior de los granos para ver la aceleración de las reacciones

Para entender por qué el cemento más fino se comporta así, el equipo siguió sus reacciones tempranas durante las primeras 12 horas. Utilizando difracción de rayos X, análisis termogravimétrico y microscopía electrónica de transmisión, observaron cómo los productos de reacción clave —especialmente el gel cementante de hidróxido de silicato de calcio (C–S–H)— se formaban más rápidamente y en mayor cantidad en los cementos más finos. Imágenes de microscopía mostraron el “pegamento” interno evolucionando de racimos dispersos en forma de agujas a masas densas, laminares y compactas con mayor rapidez cuando las partículas eran pequeñas. Las medidas de pérdida de peso al calentar confirmaron más agua ligada y más hidratados en las pastas finas y superfina, lo que concuerda con el observado aumento de la resistencia a compresión. En otras palabras, una mayor área de superficie por tener granos más finos ofrece al agua más sitios para reaccionar, de modo que el esqueleto interno del material se forma más rápido y de manera más densa.

Equilibrar consumo energético, emisiones y rendimiento estructural

Dado que la producción de cemento ya consume grandes cantidades de energía y emite cerca de una tonelada de CO₂ por tonelada de producto, los autores se preguntaron si el cemento más fino realmente ayuda al clima una vez incluido el procesamiento. Construyeron una evaluación del ciclo de vida que comparó tres rutas: cemento ordinario, molienda adicional para aumentar el área superficial y simple tamizado del cemento estándar en fracciones más finas. Moler sí aumenta las emisiones y el consumo eléctrico, pero también incrementa la resistencia lo suficiente como para necesitar menos cemento para una resistencia de diseño dada, reduciendo ligeramente el CO₂ por unidad de resistencia. El tamizado resultó ser aún más atractivo. Pasar el cemento por una criba de 50 micrómetros requirió solo alrededor de un 1% más de energía pero permitió hasta un 14% menos de emisiones de CO₂ por unidad de resistencia en morteros ligeros; ir hasta 25 micrómetros aportó solo una mejora modesta adicional en resistencia a costa de un mayor procesamiento y mayor retracción.

Qué significa esto para edificios más verdes y ligeros

Para no especialistas, la conclusión es que “qué tan pequeños son los granos” puede ser tan importante como “cuánto cemento usas”. Al eliminar selectivamente solo las partículas más gruesas, los fabricantes pueden producir morteros que son más fáciles de colocar, significativamente más resistentes a compresión y menos intensivos en carbono por unidad de resistencia —sin aumentar masivamente el consumo energético en fábrica. El estudio también advierte que los cementos muy finos pueden encoger más y agrietarse con mayor facilidad, lo que podría afectar la durabilidad a largo plazo. En conjunto, el trabajo sugiere que un ajuste relativamente de baja tecnología —el tamizado industrial del cemento alrededor de 50 micrómetros— ofrece una vía práctica hacia materiales cementosos más ligeros, más fuertes y algo más limpios.

Cita: Nieświec, M., Chajec, A., Walendzik, I. et al. Optimizing cement particle size for strength enhancement and CO₂ reduction in lightweight mortars. Sci Rep 16, 8418 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39546-9

Palabras clave: finura del cemento, mortero ligero, resistencia a compresión, emisiones de CO2, evaluación del ciclo de vida