Mejora sostenible de la durabilidad química y la estabilidad microestructural en mortero de cemento con árido fino reciclado tratado con silicato sódico y humo de sílice

Por qué convertir hormigón viejo en nuevo importa

En todo el mundo, los edificios demolidos generan montañas de hormigón fragmentado. Gran parte de este material acaba en vertederos, aunque contiene arena y piedra que podrían reutilizarse en nueva construcción. El problema es que las partículas finas recicladas del hormigón antiguo suelen debilitar el mortero nuevo y hacerlo más vulnerable a ambientes agresivos, sobre todo donde alcantarillas, industrias o suelos salinos atacan las estructuras. Este estudio explora un tratamiento sencillo que puede convertir estas partículas problemáticas en ingredientes confiables de construcción, ayudando a las ciudades a construir de forma más sostenible sin sacrificar la durabilidad.

De los residuos de demolición a la arena fina para construcción

Cuando se tritura el hormigón antiguo se obtiene árido fino reciclado—granos de tamaño de arena todavía recubiertos con restos de pasta de cemento envejecida. Estos granos absorben más agua y contienen numerosos poros y grietas microscópicas. Como resultado, el mortero fabricado con ellos tiende a ser más permeable y menos resistente al daño por ácidos y sales que el mortero hecho con arena fluvial natural. Los autores se propusieron comprobar si un sencillo paso de pre‑remojo usando dos materiales de amplia disponibilidad—silicato sódico (un “vidrio acuoso” líquido) y humo de sílice (un polvo mineral ultrafino)—podía fortalecer esa capa de pasta adherida y mejorar el comportamiento del árido reciclado en nuevas mezclas.

Un baño simple que sella los poros

Los investigadores recogieron residuos de construcción y demolición, los trituraron y separaron la fracción fina. A continuación, empaparon esas finas recicladas durante 24 horas en soluciones acuosas con diferentes dosis de silicato sódico y humo de sílice. Tras el secado, las partículas tratadas reemplazaron toda la arena en morteros de cemento estándar, que luego se colaron en pequeños cubos. Se compararon cinco mezclas: una con arena natural, una con finos reciclados sin tratar y tres con finos reciclados tratados a dosis químicas crecientes. Una vez endurecido el mortero, los cubos se sumergieron durante meses en soluciones concentradas de ácido sulfúrico y sulfato de magnesio—condiciones diseñadas para imitar ambientes severos de alcantarillado y suelos ricos en sulfatos. A intervalos, el equipo midió pérdida de masa, resistencia, absorción de agua y sonoridad interna mediante pulsos ultrasónicos, y examinó la estructura interna con técnicas avanzadas de imagen y espectroscopía.

Resistencia al ácido y a las sales

Los finos reciclados sin tratar tuvieron el peor comportamiento tanto frente al ataque ácido como al sulfático. Sus morteros perdieron más masa, sufrieron las mayores caídas de resistencia, absorbieron más agua y mostraron el mayor descenso en la velocidad de pulso ultrasónico—señales de agrietamiento extenso y daño interno. Los morteros con arena natural se comportaron mejor, aunque también mostraron erosión superficial visible y debilitamiento gradual con el tiempo. En contraste, los morteros con finos reciclados tratados resistieron el daño con mayor eficacia. La mezcla remojada en un baño de fuerza media, con 20% de silicato sódico y 2% de humo de sílice, destacó: en ácido perdió aproximadamente un 40% menos de masa y conservó alrededor de un 30% más de resistencia que la mezcla reciclada sin tratar, y en la solución de sulfato limitó de forma similar la pérdida de masa y la disminución de resistencia mientras mantenía mayores velocidades ultrasónicas.

Qué cambia dentro del material

Las pruebas microscópicas y químicas revelaron por qué funcionó el tratamiento. En los morteros reciclados sin tratar, las soluciones agresivas penetraban fácilmente, disolviendo compuestos ricos en calcio y formando cristales expansivos de yeso y etringita que fracturaban la microestructura. Las imágenes mostraron zonas de contacto porosas alrededor de los granos reciclados y agrietamiento generalizado. Tras el tratamiento, la pasta adherida alrededor de cada grano era visiblemente más densa y estaba más firmemente unida a la matriz nueva. La solución de silicato sódico había infiltrado los poros y reaccionado con el calcio para formar gel adicional aglutinante, mientras que el humo de sílice consumió más calcio libre para construir una red más rica en sílice y más estable. Los análisis por rayos X e infrarrojo confirmaron que los subproductos perjudiciales se redujeron significativamente y que la fase aglutinante principal permaneció más intacta, incluso tras exposiciones prolongadas.

Una vía práctica hacia morteros más verdes y resistentes

Para un público general, la idea clave es que un paso de remojo relativamente simple y de bajo consumo energético puede convertir los finos reciclados problemáticos en un ingrediente de alto rendimiento para mortero nuevo. Al sellar los poros y reconfigurar la química del recubrimiento cementoso antiguo, el baño combinado de silicato sódico y humo de sílice permite que un 100% de árido fino reciclado compita con, y en algunos aspectos supere, a la arena natural en condiciones químicas muy agresivas. Este enfoque ofrece una forma realista de reciclar más residuos de demolición en materiales de construcción duraderos, reduciendo la presión sobre los recursos de arena fluvial y alargando la vida útil de las estructuras de hormigón en ambientes agresivos.

Cita: Shaju, A.C., Nagarajan, P., Sudhakumar, J. et al. Sustainable enhancement of chemical durability and microstructural stability in cement mortar incorporating sodium silicate–silica fume treated recycled fine aggregate. Sci Rep 16, 9380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40549-9

Palabras clave: hormigón reciclado, durabilidad del cemento, construcción sostenible, tratamiento de áridos, ataque por ácidos y sulfatos